主要观测成果

北阿拉伯海观测网为研究复杂水文和环流过程提供了新的数据，可以让我们首次精细地研究环流的季节性和年际间的变化。例如，在2007年，当一个强热带风暴经过的时候，观测网首次在阿拉伯海观测到3000m水深处对强热带风暴的响应（Wang et al.，2012）。若没有阿拉伯海观测网的长期、连续观测，像海洋对热带风暴这种突发的、强烈海洋过程的响应是难以捕捉到的。利用获取的观测数据，对北阿拉伯海的物理和生物过程也做了一系列的研究（Wang et al.，2012，2013，2014；Di Marco et al.，2016）。下面将对这些观测研究做一简略介绍和举例说明。

5.3.1 海洋对强热带风暴响应的研究

当强热带风暴，比如热带气旋、台风、飓风等过境时，由于极端恶劣的天气状况，海洋在极端天气状况下的变化和响应是很难直接观测的（Shayetal.，1989）。在2007年6月，强热带气旋古怒（Cyclone Gonu）横穿了研究海区并直接通过了3个深海海洋观测水下基站，而浅水的4个基站也在热带气旋直接影响范围内。北阿拉伯海观测网的2个观测系统，成功记录了海流、水温、盐度和溶解氧等海洋基本要素对热带气旋的直接海洋响应（Wangetal.，2012）。

古怒是有历史记载以来发生在阿拉伯海最强的一次热带气旋（Fritz et al.，2010）。随之而来的狂风、洪水和巨浪给阿曼和周围国家的沿海地区造成了巨大的损失。在阿曼，古怒造成了49人死亡和40多亿美元的直接经济损失（Fritz et al.，2010）。由于观测网的设置，获得了第一手的观测资料，得以研究海洋要素在这一极端天气下的变化，为今后的热带气旋预报提供数据支撑；另外，也检验了整个观测网在极端天气下的稳定性和可靠性。通过对气旋古怒前后的数据分析和对比，系统地研究了在深水和浅水不同条件下，各种频率的波动对热带气旋的时空响应（包括水平和垂向）（Wang et al.，2012）。在气旋过境后的十天里，靠近热带气旋中心的深水观测站完整记录了海水对热带气旋的强迫响应。与理论预测相符，靠近表层的响应最大，随深度渐弱。在阿曼海，观测到了三种最具特征性的海洋响应，即三种不同频率波动的耦合：近惯性（周期为28～33小时）、弱惯性（周期为2～10天）和低频波动（周期大于10天），其中近惯性震荡响应最为明显。不同频率波动随古怒的到来而强迫产生，在两个观测网中从温跃层到海底的几乎所有水深都能看到。2～10天的弱惯性震荡主要是在气旋过后能量松弛阶段观测到的，它们主要位于深水测站的温跃层上和浅水测站的靠近海岸的几个站点。热带气旋古怒过后，最有价值的是在远离海岸大约300km的一个深水海洋观测节点上（MR站），观测到在3000m水深的海底产生了一系列非常显著的周期平均为12.7天的低频波动。这一低频波动持续了五个周期，长达两个月的时间，远远长于以往观测到的风暴产生的低频波动，它被限制在了1000m水深以下，具有底部加强的斜压地形波的特性。进一步基于地形波模式推导出的理论结果和观测到的12.7天的波动具有很强的一致性。理论分析结合阿曼海的海底地形，表明12.7天的波动是由阿曼海特殊的地形所造成的共振驻波引起的（Wang et al.，2012）。该研究是对北阿拉伯海的热带气旋引起的海洋响应的首次综合研究，证明了观测网对于极端天气多发区域的海况研究具有非常重要的意义。

该研究也给我们带来启示：中国的南海和东海都是台风的多发区，在这两个地区建设海底观测网，有利于对台风的直接观测和研究，有助于改进台风的预报和预警。

图5-3 在 Murray Ridge站观测到的40小时低频滤波沿等深线的海流变化

垂直虚线表示古怒到达观测站的时间。（a）-（d）图分别展示了在532m， 1030m， 1944m 和2850m深度上沿等深线的海流观测

5.3.2 阿曼海水团的研究

北阿拉伯海观测网对于阿曼海和阿拉伯海水团的研究，尤其是对于来自波斯湾的次表层高盐水的研究也做出了新的贡献。由于缺乏系统的观测，前人的研究对于波斯湾残余水团的形态和进入阿拉伯海的路径存在很多争议和猜测，甚至都不清楚这一水团是以连续的海流还是系列涡流的形式存在。

通过分析阿拉伯海观测网系统采集的数据，并结合多年的ARGO浮标数据和海面高度数据，研究了经霍尔木兹海峡流出的高温高盐的波斯湾残留水在北阿拉伯海的分布和变化（Wang et al.，2013）。其中最有趣的现象是在2007年夏天，随着热带气旋古怒的通过，在阿曼海的外海出现了大量的高温高盐的水团。这一现象被观测网的两个深水观测节点和多个ARGO浮标同时观测到。而在其他的年份，高盐水主要集中在靠近霍尔木兹海峡的区域和沿阿曼海岸的大陆坡上，在内海只有少量的孤立的高盐水团（Wang et al.，2013）。进一步分析表明，高盐水在古怒过后有两个途径可以进入阿曼海的内海（Wang et al.，2013）：①通过海洋对热带气旋的直接响应，具体表现为热带气旋过后，持续的离岸流将高盐水由大陆坡带入内海。这一机制主要在古怒刚过的阶段起作用。②沿顺时针的中尺度涡，将高盐水从近岸带入内海。这一机制持续了三个月的时间，直到顺时针涡流被一个逆时针涡流所取代。另外Rasal Hadd急流也可能对高盐水往阿拉伯海的传输做出贡献。这是对热带气旋过后出现的独特的高盐水团现象的首次研究，对探索北阿拉伯海和阿曼海中的高盐水团的分布及演变具有重要意义。

5.3.3 海洋渔业资源研究

观测网在监测海水质量和渔业资源方面也发挥巨大的功效。前人研究表明，ADCP观测的回波反射强度可以用于估计浮游动物和中层水鱼类生物量随时空的演变。作为深水观测网的一部分，每个深水观测基站都安装了一个75k Hz的ADCP，这些仪器被安装在大约500m水深处，观测海表到500m水深处的海流和回波反射信息。

在阿曼海的中层水，灯鱼（lanternfish）是主导性鱼类，七星底灯鱼（Benthosema Ptero-tum）是其中最为常见的鱼种。ADCP的回波反射数据详细记录了灯鱼每天的垂向迁移路径（Wang et al.，2014）：它们每天傍晚集体上升到浅水（小于150m），在日出前后一小时又群体下潜到深水（200～450m深）。图5-4展示了观测到的鱼层随时间和空间的变化。在每年的上半年，可以观测到两个日间鱼层和一个夜间鱼层，其中上层的日间鱼层以200m水深为中心，生物量浓度非常大，鱼层很薄；而下层的日间鱼层则较厚，分布在250～450m并呈现明显的季节变化。上层的日间鱼层一般在6～7月开始变弱消失，在次年的2月再次出现。而下层的日间鱼层则常年存在，但鱼层的深度，强度都具有明显的季节性周期变化，冬季最浅、浓度最高，而夏季最深。对于夜间鱼层，它的下边界也具有明显的季节变化，上半年较深（50～150m），下半年则上升到50m及以上。由于受测波的影响，50m以上的数据不可信，所以在图5-4（b）中只能看到很少一部分夜间鱼层。

图5-4 北阿拉伯海观测网深水系统LORIII采集的2010年3月—2011年10月76.8k Hz ADCP回声散射强度数据

（a）日间回声散射强度（d B）；（b）夜间回声散射强度（d B）；“o”代表月圆时间

另外，夜间鱼层还受到月光强度很明显的影响，表明该类鱼群对于光线强度非常敏感。在图5-4（b）中，上部的圆圈表明满月的时刻。可以看到满月前后，深水区的回波强度明显增强，而表层鱼层的下边界也往往更深。利用阿拉伯海观测网的回波数据并结合周围气象站的数据，研究了云层厚度对夜间鱼层的影响。另外结合ARGO浮标数据，还研究了温盐对于日间鱼层形成和深度的影响，对鱼层随季节的深度变化提出了全新的解释。研究表明，下层日间鱼层的深度和来自波斯湾的高温高盐的次表层水的边界相吻合，很可能是受波斯湾残留水层的影响（Wangetal.，2014）。

5.3.4 低氧区成因的探萦

现在全球已经发现了400多处低氧区域，而且数量从20世纪60年代开始，几乎每隔10年就翻一倍（Diazand Rosenberg，2008）。对阿拉伯海观测网多年的溶解氧数据的分析表明，阿曼海北部存在着一个与上升流密切相关的季节性缺氧现象。利用所采集的多年连续观测数据，深入分析这一现象的成因及其年际变化和对当地鱼类大量死亡事件的关联（Di Marcoetal.，2016）。多年数据显示，这一周期性的溶解氧变化呈现出明显的锯齿状变化形态：12月，溶解氧从最低谷（＜10μmol/L）急剧增大到最高峰（约200μmol/L），随后溶解氧浓度逐渐降低，直到在来年9—10月再次达到最低值。这一现象主要出现在浅水网络的靠近海岸的3个水下基站节点。进一步分析表明，低溶解氧水很可能来自于印度洋中层水中的溶解氧浓度最低层，其季节性变化主要受季风的控制。具体的机制是，在11—12月随着东北季风的到来，沿岸下降流在阿曼海岸快速形成。海表和近岸的富含溶解氧的水随下降流沿着大陆架的底部离岸扩展，等它们到达浅水观测网络的几个浅水基站时，就造成该区域溶解氧浓度的急剧升高。观测网同时观测到海流在这一期间呈现为持续的东南方向的海流，这与理论假设一致。在春季和夏季，随着下降流为主的风力渐弱，海流随之变弱，从深层而来的低溶解氧的水团慢慢上升并抵达近岸，并在秋季达到低氧区的标准。另外在季节性变化之上，还观测到显著的短周期变化，表明在这一海区，缺氧和富氧现象在一年中的几乎任何时间都可以出现，并维持短暂的几天时间。与缺氧现象相一致的是该海区秋季鱼类大量死亡事件的频繁出现。这一研究为当地渔业和自然资源的管理及关于鱼类大量死亡现象的成因提供了科研线索。