【摘要】：海洋對熱帶氣旋的響應(yīng)和反饋機理是海洋與大氣科學(xué)的研究熱點,也是準(zhǔn)確預(yù)報熱帶氣旋強度和相關(guān)海洋環(huán)境變化的關(guān)鍵所在。本文結(jié)合現(xiàn)場觀測、數(shù)值模擬和理論分析,著重研究上層海洋對熱帶氣旋的響應(yīng)特征和機制。首先采用2014年和2016年兩組南海北部的浮標(biāo)/潛標(biāo)實測資料,針對幾個過境的熱帶氣旋(特別是臺風(fēng)海鷗)開展個例分析和數(shù)值模擬;在此基礎(chǔ)上,再從理論上進一步探討一般情況下海洋對熱帶氣旋的動力學(xué)響應(yīng)機制。臺風(fēng)海鷗于2014年9月經(jīng)過南海觀測陣列上空,導(dǎo)致局地風(fēng)速迅速增加并伴隨著大氣壓強降低、路徑右側(cè)(左側(cè))風(fēng)向順時針(逆時針)旋轉(zhuǎn)、相對濕度增加和持續(xù)降雨。海鷗過境時,海表波高和波周期增加,海表氣溫和水溫均降低,但海溫降低幅度小于并滯后于氣溫。流場響應(yīng)主要表現(xiàn)為一階斜壓模形態(tài),且在路徑右側(cè)偏強�；旌蠈恿髟�4-5個近慣性周期內(nèi)衰減,伴隨著能量下傳。熱鹽異常在垂向呈三層結(jié)構(gòu),表層變冷變咸、次表層變暖變淡、更深層又變冷變咸。3DPWP模式結(jié)果表明,溫度響應(yīng)主要由垂向混合和垂向平流引起,水平平流不重要。海表熱通量在強迫階段作用不大,但太陽短波輻射是臺風(fēng)過去后海表溫度恢復(fù)的主因。其他熱帶氣旋個例包括2014年的臺風(fēng)威馬遜、2016年的熱帶風(fēng)暴電母和臺風(fēng)莎莉嘉和2004的臺風(fēng)弗朗西斯。在威馬遜影響下,海表的氣溫、水溫和鹽度均降低,混合層動能傳至150m以下。熱帶風(fēng)暴電母生命期僅兩天,對上層流場無明顯作用,只略微增強局地風(fēng)速并降低氣壓。莎莉嘉過境時,海洋中出現(xiàn)強烈的近慣性振蕩,響應(yīng)形態(tài)接近一階斜壓模,在深層也有明顯信號。除觀測外,ROMS模式模擬海洋對臺風(fēng)弗朗西斯響應(yīng)的結(jié)果表明,強迫階段的流場中心偏向路徑左后方,而松弛階段的流場響應(yīng)在“單核”和“雙核”間振蕩,其中心在50～80 m水層;上升流出現(xiàn)于路徑正下方,進入混合層的冷水會被水平平流帶至路徑右側(cè);混合層以下,路徑下方的上升流引起強烈冷卻,而其兩側(cè)的下沉流則導(dǎo)致增暖。理論分析的第一部分是一系列理想模式實驗。在兩層模式實驗中,當(dāng)熱帶氣旋移速低于一階斜壓模波速時,僅在風(fēng)場附近出現(xiàn)流場響應(yīng);當(dāng)熱帶氣旋移速高于一階斜壓模波速時,熱帶氣旋路徑后部將出現(xiàn)波動形態(tài)的響應(yīng),其影響范圍的邊緣與熱帶氣旋路徑有一夾角,是熱帶氣旋移速和斜壓模波速的函數(shù)。在連續(xù)層化模式實驗中,當(dāng)熱帶氣旋不移動時,海洋的響應(yīng)為Ekman輸運的輻散和輻聚,大風(fēng)圈內(nèi)為上升流冷卻,大風(fēng)圈外為下沉流增暖。當(dāng)熱帶氣旋移速大于斜壓模波速時,路徑后部會出現(xiàn)強烈的近慣性振蕩,造成凈的溫躍層抬升。振蕩的形態(tài)取決于海洋層結(jié),其能量主要集中于混合層和溫躍層,但以內(nèi)波形式向水平和垂直方向同時傳播,最后通過頻散過程逐漸消失。理論分析的第二部分集中于熱帶氣旋對海洋的“熱泵”和“冷抽吸”作用。熱帶氣旋的風(fēng)致混合會加深混合層,冷卻表層加熱次表層,當(dāng)表層溫度在臺風(fēng)過去后逐漸恢復(fù)時,次表層的熱異常卻留了下來,形成所謂“熱泵”效應(yīng)。另一方面,熱帶氣旋驅(qū)動的上升流能減少混合層厚度,同時增加混合層底的夾卷效率,最終冷卻表層和次表層,產(chǎn)生“冷抽吸”作用。理論分析給出了“熱泵”和“冷抽吸”作用的參數(shù)范圍,表明熱帶氣旋引起的次表層溫度異常決定于“熱泵”和“冷抽吸”作用的相對強度;“冷抽吸”作用能減少“熱泵”引起的次表層增暖,甚至使次表層出現(xiàn)冷異常。研究結(jié)果初步闡明了“熱泵”和“冷抽吸”作用的相對重要性,對過分強調(diào)熱帶氣旋“熱泵”效應(yīng)的主流觀點提出了挑戰(zhàn)。
【圖文】：

２．１邐２０１４年觀測簡介逡逑為了獲得上層海洋對熱帶氣旋響應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)，我們于２０１４年７月在南海北逡逑部布放了一個十字型的浮標(biāo)／潛標(biāo)陣列，如圖２－１，這一區(qū)域是我國附近熱帶氣旋逡逑發(fā)生頻數(shù)最高的地方。此觀測陣列于２０１５年５月完全回收。逡逑陣列共５個站位，由５個浮標(biāo)和４個潛標(biāo)組成，每個站位的經(jīng)yN度和水深如表逡逑２－１所示。圖２－２給出了站位２的設(shè)計圖，它的觀測要素如表２－２所示，包括標(biāo)準(zhǔn)的逡逑氣象參數(shù)、海表面波、０？８５０邋ｍ的流、近底層流及０￣４００ｍ的溫度和鹽度。其它站逡逑位觀測要素和站位２—致，只是某些儀器深度不同（注意站位３沒有潛標(biāo)，故沒有逡逑深層觀測）。此外，站位３還進行了海表長波輻射和短波輻射通量等。逡逑ｍｍｍ逡逑圖２－１浮標(biāo)／潛標(biāo)布放位置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｕｏｙ／ｍｏｏｒｉｎｇ邋ａｒｒａｙ逡逑表２－２站點位置及水深逡逑９逡逑

由于海鷗過程強烈的作用，，浮標(biāo)３的繩索在２０１４年９月１５日，之后浮標(biāo)３處于漂流狀態(tài)。圖２－３為浮標(biāo)３的軌跡和每天００：００時刻的位置看到，浮標(biāo)３成為自由的漂流浮標(biāo)后，先順時針向北運動，之后在９月２０日？日向東運動，最后逐漸向西南運動，于１０月１０日被我們的船追回。因此，標(biāo)３的資料時需要特別留意它漂移的事實。逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P444

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張榮華;裴玉華;陳大可;;Remote Efects of Tropical Cyclone Wind Forcing over the Western Pacific on the Eastern Equatorial Ocean[J];Advances in Atmospheric Sciences;2013年06期

本文編號：2651508