上层海洋温度对热带气旋的响应

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作为引起大气海洋相互作用的最强烈的天气系统,热带气旋在西北太平洋海洋环境变化中起着重要作用。本文结合Argo观测数据、理想模式和理论分析,研究了热带气旋引起的上层海洋温盐变化特征及其机制,着重讨论了上升流对温度响应的贡献。首先利用Argo浮标温盐数据,统计分析了台风引起的西北太平洋上层海洋温盐异常结构,并针对上升流在台风过程中的重要性展开了讨论。在此基础上,凭借理想模式,对Argo观测结果进行了验证和深入研究,得到了海表降温和上升流幅度(上升流的时间累积效应)与热带气旋参数和海洋初始场的关系。然后从一维混合层模式入手,在理论上得到了海表降温的估算公式,并利用理想模式结果进行了验证和讨论。最后,通过海洋-大气耦合模式,针对一个台风个例讨论了中尺度涡对海洋温度响应的影响。西北太平洋台风引起的表层最大降温明显右偏,并随深度逐渐靠近台风中心,右偏在100m深度附近消失。除了表层由于垂直混合作用产生的降温核心,在上升流的作用下,次表层存在另一个降温核心。在中心区域(距台风路径75 km的范围内),近表层(10~30 m)上升流对温度异常的贡献为15%,次表层(30~250 m)为84%,深层为94%(250~600 m)。上升流加强了垂直混合引起的海表降温,同时上升流造成的降温抑制并超过了垂直混合造成的次表层增温。上升流对盐度的贡献也很明显,除了 10~20m和110~160m层外,上升流对盐度的贡献占主要作用。上升流造成的温盐异常与台风性质有关,强台风和移动慢的台风造成的温度异常比弱台风和移动快的台风强。混合层加深会减弱表层的降温,但是会加大温跃层的降温。理想模型得到的平均温度异常三维场与Argo观测结果相似,但不存在次表层降温核心,通过敏感性分析发现,次表层降温核心主要存在于弱热带气旋和强热带气旋中,而在超强热带气旋中不存在。热带气旋移动速度会影响次表层降温的范围,移动速度越快,次表层降温范围越窄。除了热带气旋强度、移动速度和热带气旋经过前的海洋初始场,温度异常的大小还与热带气旋最大风速半径有关。最大风速半径越大的热带气旋引起的海表降温越大,且其表层至深层的降温范围也越大。热带气旋引起上升流幅度与热带气旋的强度、移动速度、最大风速半径有关,但与初始条件的海洋层结结构关系不大。热带气旋强度越强、移动速度越慢、最大风速半径越大,其引起的上升流幅度越大。由于没有考虑最大风速半径的影响,通过τ/ρfVf估算得到的上升流幅度偏大,根据理想模式结果,本文提出了校正因子K*Rmwr/(Rmw2+r2),热带气旋引起的上升流可以通过τ/ρf Vf·K*Rmwr/(Rmw2+r2)来估算。通过一维混合层模式,本文推导得到了热带气旋引起海表降温的公式,将热带气旋最大风速、最大风速半径、移动速度以及初始海洋层结和初始混合层深度包含在一个公式中,并通过理想模式结果验证了海表降温公式。然后提出了初始海洋温度场的近似处理方案,讨论了上升流的贡献形式。最后,通过遥感观测和海洋-大气耦合模型讨论了气旋涡对台风苏力引起的海表降温的影响。遥感观测表明,台风苏力过后海表降温并不是带状结构,而是呈现出三核结构,耦合模型成功地模拟出了这种结构。三核的位置与台风经过前存在的气旋涡位置基本一致。气旋涡中较大的垂直温度梯度和水平对流加强了海表降温,同时抑制了垂直混合的作用。台风过后,位于台风中心右后方的冷尾迹,在中尺度涡水平环流的影响下,加强了涡旋中心右侧的降温。
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