北阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)為研究復(fù)雜水文和環(huán)流過程提供了新的數(shù)據(jù)，可以讓我們首次精細(xì)地研究環(huán)流的季節(jié)性和年際間的變化。例如，在2007年，當(dāng)一個(gè)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴經(jīng)過的時(shí)候，觀測(cè)網(wǎng)首次在阿拉伯海觀測(cè)到3000m水深處對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的響應(yīng)（Wang et al.，2012）。若沒有阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)的長(zhǎng)期、連續(xù)觀測(cè)，像海洋對(duì)熱帶風(fēng)暴這種突發(fā)的、強(qiáng)烈海洋過程的響應(yīng)是難以捕捉到的。利用獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)北阿拉伯海的物理和生物過程也做了一系列的研究（Wang et al.，2012，2013，2014；Di Marco et al.，2016）。下面將對(duì)這些觀測(cè)研究做一簡(jiǎn)略介紹和舉例說明。

5.3.1 海洋對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴響應(yīng)的研究

當(dāng)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，比如熱帶氣旋、臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)等過境時(shí)，由于極端惡劣的天氣狀況，海洋在極端天氣狀況下的變化和響應(yīng)是很難直接觀測(cè)的（Shayetal.，1989）。在2007年6月，強(qiáng)熱帶氣旋古怒（Cyclone Gonu）橫穿了研究海區(qū)并直接通過了3個(gè)深海海洋觀測(cè)水下基站，而淺水的4個(gè)基站也在熱帶氣旋直接影響范圍內(nèi)。北阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)的2個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)，成功記錄了海流、水溫、鹽度和溶解氧等海洋基本要素對(duì)熱帶氣旋的直接海洋響應(yīng)（Wangetal.，2012）。

古怒是有歷史記載以來發(fā)生在阿拉伯海最強(qiáng)的一次熱帶氣旋（Fritz et al.，2010）。隨之而來的狂風(fēng)、洪水和巨浪給阿曼和周圍國(guó)家的沿海地區(qū)造成了巨大的損失。在阿曼，古怒造成了49人死亡和40多億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失（Fritz et al.，2010）。由于觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)置，獲得了第一手的觀測(cè)資料，得以研究海洋要素在這一極端天氣下的變化，為今后的熱帶氣旋預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支撐；另外，也檢驗(yàn)了整個(gè)觀測(cè)網(wǎng)在極端天氣下的穩(wěn)定性和可靠性。通過對(duì)氣旋古怒前后的數(shù)據(jù)分析和對(duì)比，系統(tǒng)地研究了在深水和淺水不同條件下，各種頻率的波動(dòng)對(duì)熱帶氣旋的時(shí)空響應(yīng)（包括水平和垂向）（Wang et al.，2012）。在氣旋過境后的十天里，靠近熱帶氣旋中心的深水觀測(cè)站完整記錄了海水對(duì)熱帶氣旋的強(qiáng)迫響應(yīng)。與理論預(yù)測(cè)相符，靠近表層的響應(yīng)最大，隨深度漸弱。在阿曼海，觀測(cè)到了三種最具特征性的海洋響應(yīng)，即三種不同頻率波動(dòng)的耦合：近慣性（周期為28～33小時(shí)）、弱慣性（周期為2～10天）和低頻波動(dòng)（周期大于10天），其中近慣性震蕩響應(yīng)最為明顯。不同頻率波動(dòng)隨古怒的到來而強(qiáng)迫產(chǎn)生，在兩個(gè)觀測(cè)網(wǎng)中從溫躍層到海底的幾乎所有水深都能看到。2～10天的弱慣性震蕩主要是在氣旋過后能量松弛階段觀測(cè)到的，它們主要位于深水測(cè)站的溫躍層上和淺水測(cè)站的靠近海岸的幾個(gè)站點(diǎn)。熱帶氣旋古怒過后，最有價(jià)值的是在遠(yuǎn)離海岸大約300km的一個(gè)深水海洋觀測(cè)節(jié)點(diǎn)上（MR站），觀測(cè)到在3000m水深的海底產(chǎn)生了一系列非常顯著的周期平均為12.7天的低頻波動(dòng)。這一低頻波動(dòng)持續(xù)了五個(gè)周期，長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于以往觀測(cè)到的風(fēng)暴產(chǎn)生的低頻波動(dòng)，它被限制在了1000m水深以下，具有底部加強(qiáng)的斜壓地形波的特性。進(jìn)一步基于地形波模式推導(dǎo)出的理論結(jié)果和觀測(cè)到的12.7天的波動(dòng)具有很強(qiáng)的一致性。理論分析結(jié)合阿曼海的海底地形，表明12.7天的波動(dòng)是由阿曼海特殊的地形所造成的共振駐波引起的（Wang et al.，2012）。該研究是對(duì)北阿拉伯海的熱帶氣旋引起的海洋響應(yīng)的首次綜合研究，證明了觀測(cè)網(wǎng)對(duì)于極端天氣多發(fā)區(qū)域的海況研究具有非常重要的意義。

該研究也給我們帶來啟示：中國(guó)的南海和東海都是臺(tái)風(fēng)的多發(fā)區(qū)，在這兩個(gè)地區(qū)建設(shè)海底觀測(cè)網(wǎng)，有利于對(duì)臺(tái)風(fēng)的直接觀測(cè)和研究，有助于改進(jìn)臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)和預(yù)警。

圖5-3 在 Murray Ridge站觀測(cè)到的40小時(shí)低頻濾波沿等深線的海流變化

垂直虛線表示古怒到達(dá)觀測(cè)站的時(shí)間。（a）-（d）圖分別展示了在532m， 1030m， 1944m 和2850m深度上沿等深線的海流觀測(cè)

5.3.2 阿曼海水團(tuán)的研究

北阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)對(duì)于阿曼海和阿拉伯海水團(tuán)的研究，尤其是對(duì)于來自波斯灣的次表層高鹽水的研究也做出了新的貢獻(xiàn)。由于缺乏系統(tǒng)的觀測(cè)，前人的研究對(duì)于波斯灣殘余水團(tuán)的形態(tài)和進(jìn)入阿拉伯海的路徑存在很多爭(zhēng)議和猜測(cè)，甚至都不清楚這一水團(tuán)是以連續(xù)的海流還是系列渦流的形式存在。

通過分析阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，并結(jié)合多年的ARGO浮標(biāo)數(shù)據(jù)和海面高度數(shù)據(jù)，研究了經(jīng)霍爾木茲海峽流出的高溫高鹽的波斯灣殘留水在北阿拉伯海的分布和變化（Wang et al.，2013）。其中最有趣的現(xiàn)象是在2007年夏天，隨著熱帶氣旋古怒的通過，在阿曼海的外海出現(xiàn)了大量的高溫高鹽的水團(tuán)。這一現(xiàn)象被觀測(cè)網(wǎng)的兩個(gè)深水觀測(cè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)ARGO浮標(biāo)同時(shí)觀測(cè)到。而在其他的年份，高鹽水主要集中在靠近霍爾木茲海峽的區(qū)域和沿阿曼海岸的大陸坡上，在內(nèi)海只有少量的孤立的高鹽水團(tuán)（Wang et al.，2013）。進(jìn)一步分析表明，高鹽水在古怒過后有兩個(gè)途徑可以進(jìn)入阿曼海的內(nèi)海（Wang et al.，2013）：①通過海洋對(duì)熱帶氣旋的直接響應(yīng)，具體表現(xiàn)為熱帶氣旋過后，持續(xù)的離岸流將高鹽水由大陸坡帶入內(nèi)海。這一機(jī)制主要在古怒剛過的階段起作用。②沿順時(shí)針的中尺度渦，將高鹽水從近岸帶入內(nèi)海。這一機(jī)制持續(xù)了三個(gè)月的時(shí)間，直到順時(shí)針渦流被一個(gè)逆時(shí)針渦流所取代。另外Rasal Hadd急流也可能對(duì)高鹽水往阿拉伯海的傳輸做出貢獻(xiàn)。這是對(duì)熱帶氣旋過后出現(xiàn)的獨(dú)特的高鹽水團(tuán)現(xiàn)象的首次研究，對(duì)探索北阿拉伯海和阿曼海中的高鹽水團(tuán)的分布及演變具有重要意義。

5.3.3 海洋漁業(yè)資源研究

觀測(cè)網(wǎng)在監(jiān)測(cè)海水質(zhì)量和漁業(yè)資源方面也發(fā)揮巨大的功效。前人研究表明，ADCP觀測(cè)的回波反射強(qiáng)度可以用于估計(jì)浮游動(dòng)物和中層水魚類生物量隨時(shí)空的演變。作為深水觀測(cè)網(wǎng)的一部分，每個(gè)深水觀測(cè)基站都安裝了一個(gè)75k Hz的ADCP，這些儀器被安裝在大約500m水深處，觀測(cè)海表到500m水深處的海流和回波反射信息。

在阿曼海的中層水，燈魚（lanternfish）是主導(dǎo)性魚類，七星底燈魚（Benthosema Ptero-tum）是其中最為常見的魚種。ADCP的回波反射數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了燈魚每天的垂向遷移路徑（Wang et al.，2014）：它們每天傍晚集體上升到淺水（小于150m），在日出前后一小時(shí)又群體下潛到深水（200～450m深）。圖5-4展示了觀測(cè)到的魚層隨時(shí)間和空間的變化。在每年的上半年，可以觀測(cè)到兩個(gè)日間魚層和一個(gè)夜間魚層，其中上層的日間魚層以200m水深為中心，生物量濃度非常大，魚層很??；而下層的日間魚層則較厚，分布在250～450m并呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。上層的日間魚層一般在6～7月開始變?nèi)跸?，在次年?月再次出現(xiàn)。而下層的日間魚層則常年存在，但魚層的深度，強(qiáng)度都具有明顯的季節(jié)性周期變化，冬季最淺、濃度最高，而夏季最深。對(duì)于夜間魚層，它的下邊界也具有明顯的季節(jié)變化，上半年較深（50～150m），下半年則上升到50m及以上。由于受測(cè)波的影響，50m以上的數(shù)據(jù)不可信，所以在圖5-4（b）中只能看到很少一部分夜間魚層。

圖5-4 北阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)深水系統(tǒng)LORIII采集的2010年3月—2011年10月76.8k Hz ADCP回聲散射強(qiáng)度數(shù)據(jù)

（a）日間回聲散射強(qiáng)度（d B）；（b）夜間回聲散射強(qiáng)度（d B）；“o”代表月圓時(shí)間

另外，夜間魚層還受到月光強(qiáng)度很明顯的影響，表明該類魚群對(duì)于光線強(qiáng)度非常敏感。在圖5-4（b）中，上部的圓圈表明滿月的時(shí)刻?？梢钥吹綕M月前后，深水區(qū)的回波強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，而表層魚層的下邊界也往往更深。利用阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)的回波數(shù)據(jù)并結(jié)合周圍氣象站的數(shù)據(jù)，研究了云層厚度對(duì)夜間魚層的影響。另外結(jié)合ARGO浮標(biāo)數(shù)據(jù)，還研究了溫鹽對(duì)于日間魚層形成和深度的影響，對(duì)魚層隨季節(jié)的深度變化提出了全新的解釋。研究表明，下層日間魚層的深度和來自波斯灣的高溫高鹽的次表層水的邊界相吻合，很可能是受波斯灣殘留水層的影響（Wangetal.，2014）。

5.3.4 低氧區(qū)成因的探縈

現(xiàn)在全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了400多處低氧區(qū)域，而且數(shù)量從20世紀(jì)60年代開始，幾乎每隔10年就翻一倍（Diazand Rosenberg，2008）。對(duì)阿拉伯海觀測(cè)網(wǎng)多年的溶解氧數(shù)據(jù)的分析表明，阿曼海北部存在著一個(gè)與上升流密切相關(guān)的季節(jié)性缺氧現(xiàn)象。利用所采集的多年連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，深入分析這一現(xiàn)象的成因及其年際變化和對(duì)當(dāng)?shù)佤~類大量死亡事件的關(guān)聯(lián)（Di Marcoetal.，2016）。多年數(shù)據(jù)顯示，這一周期性的溶解氧變化呈現(xiàn)出明顯的鋸齒狀變化形態(tài)：12月，溶解氧從最低谷（＜10μmol/L）急劇增大到最高峰（約200μmol/L），隨后溶解氧濃度逐漸降低，直到在來年9—10月再次達(dá)到最低值。這一現(xiàn)象主要出現(xiàn)在淺水網(wǎng)絡(luò)的靠近海岸的3個(gè)水下基站節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步分析表明，低溶解氧水很可能來自于印度洋中層水中的溶解氧濃度最低層，其季節(jié)性變化主要受季風(fēng)的控制。具體的機(jī)制是，在11—12月隨著東北季風(fēng)的到來，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隨下降流沿著大陸架的底部離岸擴(kuò)展，等它們到達(dá)淺水觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)淺水基站時(shí)，就造成該區(qū)域溶解氧濃度的急劇升高。觀測(cè)網(wǎng)同時(shí)觀測(cè)到海流在這一期間呈現(xiàn)為持續(xù)的東南方向的海流，這與理論假設(shè)一致。在春季和夏季，隨著下降流為主的風(fēng)力漸弱，海流隨之變?nèi)?，從深層而來的低溶解氧的水團(tuán)慢慢上升并抵達(dá)近岸，并在秋季達(dá)到低氧區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。另外在季節(jié)性變化之上，還觀測(cè)到顯著的短周期變化，表明在這一海區(qū)，缺氧和富氧現(xiàn)象在一年中的幾乎任何時(shí)間都可以出現(xiàn)，并維持短暫的幾天時(shí)間。與缺氧現(xiàn)象相一致的是該海區(qū)秋季魚類大量死亡事件的頻繁出現(xiàn)。這一研究為當(dāng)?shù)貪O業(yè)和自然資源的管理及關(guān)于魚類大量死亡現(xiàn)象的成因提供了科研線索。