【摘 要】
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台风作为一种动力强劲的天气过程,它不仅影响海洋上升流、垂向混合等动力过程,还改变海洋的生物地球化学与物理耦合过程,从而引发强烈的生态环境效应。深入了解海洋对台风过程的响应机制不仅可以提高台风的预测能力,还可以加深我们对局地和全球海气相互作用的认识。迄今已经实施了诸多国际合作研究计划,如“海洋观测体系和预报实验研究-THORPEX”,“太平洋与亚洲区域性海域研究-T-PARC”等均指出,厘清台风引起
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台风作为一种动力强劲的天气过程,它不仅影响海洋上升流、垂向混合等动力过程,还改变海洋的生物地球化学与物理耦合过程,从而引发强烈的生态环境效应。深入了解海洋对台风过程的响应机制不仅可以提高台风的预测能力,还可以加深我们对局地和全球海气相互作用的认识。迄今已经实施了诸多国际合作研究计划,如“海洋观测体系和预报实验研究-THORPEX”,“太平洋与亚洲区域性海域研究-T-PARC”等均指出,厘清台风引起的动力过程和生态环境的变化,是准确认识上层海洋对台风响应的关键。由于台风期间观测极其困难,目前关于上层海洋的响应研究多依赖于表层遥感观测资料。因此,海洋动力过程和生态环境变化的研究还停留在定性层面上,上层海洋对不同性质台风的响应和调制作用还不清楚。针对这一现状,本文基于多源数据(卫星、Array for Real-time Geostrophic Oceanography:Argo和锚系观测),结合模式研究,合成分析和定量评估了台风影响下的亚洲热带边缘海(西北太平洋,Northwest Pacific Ocean,WNPO;南海,South China Sea,SCS;孟加拉湾,Bay of Bengal,Bo B;阿拉伯海,Arabian Sea,AS)物理生化要素的时空分布特征,并对几个典型台风事件展开探讨。本研究得到的主要结论如下:(1)强台风路径0~100 km(100~300 km)范围内,上层海洋以降温(表层降温,次表层增温)为主,呈现右偏性。混合层内(底)降温(增温)由垂直混合和上升流以及海气热通量(垂直混合)主导,温跃层降温由上升流主导。由于WNPO、SCS和Bo B(AS)的盐度随着深度加深递增(递减),台风造成海表盐度(Sea Surface Salinity,SSS)增加(减少)的现象,以Bo B的SSS增加幅度最大。垂向盐度梯度越大,受台风扰动引起的盐度异常值越大。AS和Bo B的营养盐跃层位于混合层内,易出现生态过程,导致叶绿素(Chlorophyll-a,Chl-a)浓度增加幅度大于SCS和WNPO。强而快(强而慢)台风引起的Chl-a异常值呈现右偏性(对称)。WNPO表层Chl-a的增加更多是Chl-a垂向结构改变的结果。WNPO表层(次表层)溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)浓度增加(减少),形成正-负结构,是因为垂直混合和上升流将次表层的高(低)浓度DO水体输送至表(次表)层。由于AS和Bo B的DO随深度加深迅速减少,强台风造成DO呈现出负-正结构。(2)本文建立不同类型台风条件下海表温度(Sea Surface Temperature,SST)和Chl-a与风速、移动速度、海表高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)和混合层厚度(Mixed Layer Depth,MLD)之间的线性回归方程,评估海洋物理与生态响应之间的关系。剧烈的降温和高浓度Chl-a主要分布在MLD<30 m海域。SLA可以作为一个指示性的参数,同时代表Chl-a与SST变化特征。SLA、MLD对Chl-a浓度增加的贡献比台风性质多。一维Price Weller Pinkel模式结果表明,冷涡区域的降温幅度是暖涡的两倍;强而慢台风驱动长时间的强剪切不稳定,伴随的湍流混合和上升流过程输送富含营养盐的冷水,造成更大幅度地降温和增加Chl-a。(3)连续三个台风(Haitang、Nesat和Nalgae)过境后,SCS西北部的低温区持续了38天,出现了两次浮游植物藻华。台风驱动上升流是第一次浮游植物藻华的主要原因,第二次是Nesat和Nalgae引起的强烈近惯性湍流混合的结果。AS的连续热带气旋Kyarr和Maha过境后,海面出现两次降温和两次短周期的Chl-a增加的现象。最初表层(次表层)Chl-a的快速增加(减少)主要是由于Kyarr后的物理过程重新分配Chl-a,随后上层海洋中更明显的Chl-a增加是浮游植物繁殖的结果。上升流(垂直混合)是路径附近(右侧)养分再补给的主要驱动力。(4)台风Linfa过境SCS北部海域后,有两个区域的浮游植物减少。陆架区域浮游植物的减少可能归因于沿海东北流的衰减和向岸埃克曼输送和黑潮入侵水造成的营养物质供应受限,以及垂直混合和上升流驱动次表层低浓度Chl-a的抬升。雷州半岛东部上升流区的浮游植物减少可能是由向岸埃克曼输送和沿岸北向流的衰减造成的。环状型的热带风暴Nakri造成长期的降温和浮游植物藻华。温度诊断方程结果表明,上层海洋的冷却机制主要是混合和垂直平流,而不是水平平流。强(弱)热带风暴期间,混合项的贡献大于(等于)平流项,有效地增加营养盐的垂直供应。
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