徐智昕，周 慧，郭佩芳，侍茂崇

（1.中国海洋大学，山东 青岛266003；2.中国科学院海洋研究所，山东 青岛266071；3.国家海洋局海洋－大气化学与全球变化重点实验室，福建 厦门361005）

棉兰老隆起（Mindanao Dome；MD）是指由北赤道流、棉兰老流和北赤道逆流所构成的位于菲律宾海棉兰老岛以东一个气旋式的再循环结构。因为MD位于热带西太平洋西边界，且濒临热带西太平洋暖池，因此MD的结构特征和变异规律对于了解太平洋西边界流的结构和变化特征以及热量的经向输送都非常重要。以往研究的棉兰老冷涡（Mindanao Eddy；ME）其实是MD的西部的低温中心，Masumoto and Yamagata［1］认识到了包含ME的这一气旋式再循环区的整体效应，将其定义为MD并用数值模式对其季节、年际变化特征进行了研究。而在Masumoto and Yamagata之前的研究均是对于棉兰老冷涡的研究，对这个范围更为广阔的气旋式冷水区的研究较少。

Masumoto和Yamagata指出，MD在北半球冬季增强是由于与东北亚冬季季风相关的正风应力旋度增大而引起的局部上升流，在春季衰退是由于下降流的影响。这种季节变化已被很多研究证实。Tozuka等［2］利用全球海洋模式（OGCM）对MD的季节和年际变异特征进行了模拟研究。Kashino等［3］根据位于8°N，137°E；5°N，137°E；和8°N，130°E的 TRITON浮标水下传感器数据，通过分析温度和热收支变化，进一步验证了MD演变过程中的半年、一年和年际变化信号，即ENSO时间尺度上的MD区域的热容量变化。Song等［4］利用一层半模式研究了MD区域的SSH变化并指出该区域存在显著的0.5年、1年、2～7年和超过8年的周期变化。

由于以往的研究基于单独的断面观测，关注的主要是棉兰老冷涡且主要是表层的结构讨论［5－10］，而对于MD这一更大范围冷水区的研究，特别是其三维结构特征的研究较少。对该区域变异规律研究主要是针对棉兰老冷涡的季节变化特征和年际变化受ENSO循环影响的讨论［5，11］，鲜有其他时间尺度的讨论。由于MD位于太平洋西边界，此区域风场变化非常复杂，除与ENSO有关的风场的年际变化外，还受很强的热带季风及局地风场的控制。地形的复杂和气候条件的多变性使得MD的变化异常复杂。随着观测手段的改进，该区域的观测资料也越来越多。从卫星高度计资料来看，MD是与北赤道流－棉兰老流及北赤道逆流构成的1个气旋式再循环结构紧密相连，其东西向尺度变化异常大，有时甚至可以达到40个经度以上。如此大范围的冷水必然会对该区域的环流以及气候产生重要影响。因此，本文利用近十年来构建起来的Argo剖面浮标大洋观测网资料，来系统研究这一气旋式再循环区域的三维结构以及各时间尺度的变化规律。

1 资料与方法

1.1 Argo资料

文中所用的资料来自日本气象厅（JAMSTEC）所提供的2001年1月～2009年12月间Argo全球1°×1°格点温、盐度资料。原始资料来源于全球Argo资料中心（GDAC）收集的约44万条经过实时或延时质量控制的剖面资料以及该区域其他的观测资料。在对这些资料进行了更加严格的质量控制（剔除了某些Argo浮标观测存在系统压力误差的剖面以及位于边缘海或没有浮标定位信息的剖面）后，又对这些剖面资料进行了盐度漂移订正，并剔除了盐度值与 WGHC历史资料（Roemmich and Gilson，2009）［12］盐度值之差大于0.1的剖面以及观测深度小于600m的剖面。最后对剩余的约35万条剖面资料进行最优插值及客观分析得到了1°×1°全球格点温度、盐度资料。文中仅选用了西热带太平洋（15°S～15°N，120°E～140°W）的温、盐度剖面资料。

1.2 风场资料

本文所用的风场资料是由NOAA提供的卫星观测数据。数据空间分辨率为1／4°，时间间隔包括6h，日平均和11年（1995—2005）气候态平均，数据发布时间从1987年7月至今。本文采用从2001年1月～2009年12月月平均的风速数据。

1.3 采用方法

由于MD濒临热带西太平洋暖池，表层容易收到暖池的伸展而冷信号被掩盖，其低温中心在次表层到中层比较显著。作者根据资料得到西太平洋多年平均温度场以及MD中心位置的垂直温盐图，确定100m处的温度场最能代表MD的强度。应用统计分析方法如相关分析和功率谱分析方法讨论MD的变化机制。

2 结果分析

2.1 三维结构特征

根据Argo资料分别计算得到西太平洋各层多年平均的温度分布和盐度分布（见图1，2）。

图1 西太平洋各层多年平均温度分布Fig.1 Annual average temperature distribution in different layers in the Western Pacific

由图1可以看出，由于MD濒临西太平洋暖池，所以在表层（见图1a）和50m（见图1b）看不到明显的冷水。而到了100m（见图1c）处，由于暖池在此深度上的强度变弱，棉兰老岛东部就出现了明显的低温区域。本文以25℃等温线包围区域来定义MD在100m的核心位置，由该图可看出MD呈1个东西长、南北窄的狭长形状，中心位置大约在7.5°N，128.5°E。由图1的a～g分图可看出，MD的顶部位于50m层，而其底部则见于600m层。在50m层，MD中心的水温低于28℃，比周围低0.2～0.4℃（见图1b），而在600m层MD中心的水温降至6.4℃以下，比周围低0.1～0.5℃（见图1g）。应注意的是，在100m层MD中心的水温低于22℃，比周围低3℃多（见图1c），而在200m层MD中心的水温则降至12.5℃以下，比周围低2℃多（见图1d）。显然，MD的强度并非表现在表层而是在次表层100～200m附近最显著。

图2 西太平洋各层多年平均盐度分布Fig.2 Annual average salinity distribution in different layers in the Western Pacific

由图2可以看出，在MD中心及其附近海域，盐度的垂直结构比较复杂。其中，在100m层（见图2c）盐度偏高，约为34.7；而在200m层以下盐度降至34.5（见图2d～g），均比周围低0.2～0.3。管秉贤认为，这一盐度极小值是北太平洋中层水所固有的，它随着棉兰老海流进入苏拉威西海，并遍及棉兰老岛以东、4°N～5°N以北的200～300m层水域［6］。

模式研究表明［1，13］，在热带西太平洋，亚洲冬季季风正的风应力旋度的增强引起的局地Ekman上升流，促使了MD的产生。图3是128.5°E断面处的温度和盐度分布。从图3a可以看到，在4°N～9°N之间300m以浅的等温线明显地上凸。这是由于Ekman抽吸效应引起的下层冷水涌升所造成的。盐度垂直分布也可以说明这一点，如图3b所示。在4°N以北有一股低盐水，其盐度最小值小于34.3，从400m以深向斜上方涌升。正是由于下层低盐水的涌升，形成了位于4°N附近的盐度锋面（100～300m），此外还使得4°N以北的盐度跃层（中心位置在50m附近）比4°N以南的浅，且垂直梯度也大得多。在该盐度锋面的南侧为来自东南方向的高盐水南太平洋热带水（SPTW），其核心附近的最大盐度值为34.9，该水团由新几内亚沿岸潜流（NGCUC）携带，沿着巴布亚新几内亚沿岸向 W－NW方向流动跨越赤道进入北太平洋。对照图3中温度和盐度断面在4°N～10°N附近出现明显的等温线和等盐线抬升的现象，表明MD的低温低盐特征是一致的。另外，从图3b还可以看到北太平洋中层水（NPIW）在MD中的强烈涌升现象，该水团沿着26.8等密度面经过北太平洋副热带环流的下潜过程可以到达西边界流区域。在15°N附近其盐度为34.2，深度在500m，在其到达低纬度区域逐步抬升至400m，盐度也因为混合效应达到34.4～34.5。但是从图3b可以看到在 MD核心位置，由于剧烈的涌升，34.5盐度等值线抬升到了200m，相对于其他位置平均的500m深度抬升了300m左右。

综上所述，MD的强弱变化对局地温盐结构的形态有着非常显著的影响。当MD强盛时，深层低盐冷水向上涌升增强，温跃层深度变浅，上混合层厚度变薄；反之当MD较弱时，深层低盐冷水向上涌升减弱，温跃层深度变深，上混合层厚度变厚，这些也体现了MD是1个气旋式冷水区的特征。

图3 多年平均128.5°E断面温度分布（a）和盐度分布（b）Fig.3 Annual average temperature distribution（a）and salinity distribution（b）of the cross section at 128.5°E

为了更全面分析MD的三维结构，同理绘制MD核心纬度上7.5°N处断面的温度和盐度分布图（见图4）。由图4可以看出，温度等值线和盐度等值线在127°E～145°E范围内有抬升现象。因为MD的东西向范围大约从127°E一直延伸到145°E，所以由图4a显示的温度垂向分布比较均匀。在100m存在盐度最大值，约为34.75，小于该层其他纬度处的盐度，这正是由于深层低盐水向上涌升导致34.8盐度等值线在MD核心处断裂。而往下至200～300m，盐度值有所下降，原因如上所说是由于北太平洋中层水的影响。接着往下盐度又有所升高，这可能是由于来自南半球的相对高盐水的影响（见图4b）。

图4 多年平均7.5°N断面温度分布（a）和盐度分布（b）Fig.4 Annual average temperature distribution（a）and salinity distribution（b）of the cross section at 7.5°N

2.2 季节变化特征

根据Argo资料绘制西太平洋100m层冬（1月）、春（4月）、夏（7月）、秋（10月）4个季节的温度分布和盐度分布（见图5、6）。

图5 100m层西太平洋多年月平均温度分布Fig.5 Years of monthly mean temperature distribution at 100mdepth in the Western Pacific

图6 100m层西太平洋多年月平均盐度分布Fig.6 Years of monthly mean salinity distribution at 100mdepth in the Western Pacific

由图5可以看出，若以24℃等温线作为MD核心的界限，其分布范围的季节变化是非常显著的。其中，冬季MD的分布范围最大，其南北、东西向尺度分别为750和2 000km；秋季最小，其南北、东西向尺度分别为300和1 000km。由图6的a～d分图可明显看出，MD是一低盐区域。这一低盐特征与赤道附近的高盐水形成十分明显的对比。春季时，MD的盐度最低，达到34.6以下。秋季时，其盐度偏高。

由100m层的多年平均温度分布，可大体取MD的范围为5°N～10°N，126°E～145°E。对100m层 MD平均温度作功率谱分析，结果如图7所示。

图7 100m层MD平均温度功率谱图Fig.7 The power spectrum of MD at loom depth

图7 是对100m深度上的MD平均温度作的功率谱分析。有2个通过显著性检验的信号周期，1个是12个月的季节循环，另1个就是6个月的信号。由于MD处于东亚季风影响范围内，故其温度变化表现出显著的季节信号特征。分析还发现1个仅次于季节循环的周期为6个月左右的半年信号特征，该信号也明显通过了显著性检验。已有研究表明，MD存在着比较显著的半年周期变化［2－4］，本文则首次利用 Argo观测资料揭示了MD存在的半年周期信号，其动力机制尚需进一步研究。

2.3 年际变化特征

图8 100m层MD温度异常与Nino3指数时间序列Fig.8 The time series of the temperature anomaly of MD at loom depth and Nino3index

现有的研究已证明，西太平洋暖池次表层异常海温的变化及其沿赤道东传是导致ENSO循环的重要机制。故在同一副图上绘制100m层MD温度异常与Nino3指数时间序列（见图8）。进一步对两者进行相关分析，得到的相关系数是－0.414 8，超过99%的信度检验，说明两者呈现很好的负相关性。具体来说，对照图8中MD温度异常与Nino3指数时间序列分布，可看出在2004年和2006年弱厄尔尼诺年的时候，MD的温度均偏高，强度减弱；在2002—2003年厄尔尼诺中等强度的时候，大体前半年温度偏高，后半年温度偏低，所以大致是接近平均值的；在2009—2010年厄尔尼诺较强的时候，MD温度有明显下降的趋势，强度增强。

3 讨论

3.1 MD变化与风应力旋度的关系

为了研究MD变化与风应力旋度的关系，绘制100m层的MD多年平均温度分布的时间过程曲线，同时利用该范围内的卫星风场数据求风应力旋度，并将两者绘制在同一幅图上（见图9）。然后对两者做相关分析，相关系数为－0.346，超过99%的信度检验。表明两者呈负相关，也就是说正的风应力旋度产生向上的Ekman抽吸将下层冷水上翻，使得MD的强度增加，反之亦然。

图9 100m层MD平均温度与风应力旋度时间序列Fig.9 The time series of the average temperature of MD and wind stress curl

3.2 MD变化与暖池的关系

前面讨论了MD变化与Nino3指数的关系，其相关系数为－0.414 8，虽然已经通过显著性检验，但是，作者认为直接与暖池相关，可能会进一步提高相关系数。因为暖池位于MD上方，与MD变化应该有更密切的关联。本文选取暖池的范围为15°S～10°N，120°E～140°W之间的海域。在同一幅图上绘制100m层MD温度异常与暖池温度异常时间序列（见图10），并对两者进行相关分析，得到相关系数为－0.702，超过99%的信度检验。这表明，在暖池发展比较充分时候，由于其暖水范围的增大，暖水厚度的增加，在某种程度上会抑制MD的发展；反之亦然。

图10 100m层MD温度异常与暖池温度异常时间序列Fig.10 The time series of hte temperature anomaly of MD and the temperature anomaly of warm pool at loom depth

4 结论

（1）MD的水平位置大致在5°N～10°N，126°E～145°E范围内1个纬向延伸的狭长带状结构。其垂向范围大致在50～600m之间，其强度并非表现在表层，在次表层100～200m附近最显著。该MD具有明显的季节变化信号，表现为冬强秋弱。冬季MD的分布范围最大，其南北、东西向尺度分别为750和2 000km；秋季最小，其南北、东西向尺度分别为300和1 000km。

（2）MD温盐结构表现为深层低温、低盐冷水向上涌升增强，温跃层深度变浅，上混合层厚度变薄的特征。高温高盐的南太平洋热带水（SPTW），由新几内亚沿岸潜流（NGCUC）携带，沿着巴布亚新几内亚沿岸向W－NW方向流动跨越赤道进入到MD次表层，北太平洋中层水（NPIW）则在MD的核心位置抬升到了200m。

（3）MD变化具有明显的季节和年际变化特征。其中较为显著的变化周期分别为：一年和半年。在El Ni珘no期间，MD的次表层水温明显下降，冷涡增强；而在La Ni珘na期间，MD的次表层水温上升，冷涡减弱。

（4）MD的变化与该处风应力旋度的变化具有较好的负相关关系，相关系数为－0.346，超过99%的信度检验。（5）MD的变化和暖池的变化具有较好的负相关关系，相关系数为－0.702，超过99%的信度检验。在暖池发展比较充分时候，由于其暖水范围的增大，暖水厚度的增加，在某种程度上会抑制MD的发展；反之亦然。

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