【摘要】：海洋對熱帶氣旋的響應和反饋機理是海洋與大氣科學的研究熱點,也是準確預報熱帶氣旋強度和相關海洋環(huán)境變化的關鍵所在。本文結合現(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特征和機制。首先采用2014年和2016年兩組南海北部的浮標/潛標實測資料,針對幾個過境的熱帶氣旋(特別是臺風海鷗)開展個例分析和數(shù)值模擬;在此基礎上,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響應機制。臺風海鷗于2014年9月經(jīng)過南海觀測陣列上空,導致局地風速迅速增加并伴隨著大氣壓強降低、路徑右側(左側)風向順時針(逆時針)旋轉、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。流場響應主要表現(xiàn)為一階斜壓模形態(tài),且在路徑右側偏強。混合層流在4-5個近慣性周期內衰減,伴隨著能量下傳。熱鹽異常在垂向呈三層結構,表層變冷變咸、次表層變暖變淡、更深層又變冷變咸。3DPWP模式結果表明,溫度響應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過去后海表溫度恢復的主因。其他熱帶氣旋個例包括2014年的臺風威馬遜、2016年的熱帶風暴電母和臺風莎莉嘉和2004的臺風弗朗西斯。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弗朗西斯響應的結果表明,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;混合層以下,路徑下方的上升流引起強烈冷卻,而其兩側的下沉流則導致增暖。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,當熱帶氣旋移速低于一階斜壓模波速時,僅在風場附近出現(xiàn)流場響應;當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,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,當熱帶氣旋不移動時,海洋的響應為Ekman輸運的輻散和輻聚,大風圈內為上升流冷卻,大風圈外為下沉流增暖。當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,其能量主要集中于混合層和溫躍層,但以內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。熱帶氣旋的風致混合會加深混合層,冷卻表層加熱次表層,當表層溫度在臺風過去后逐漸恢復時,次表層的熱異常卻留了下來,形成所謂“熱泵”效應。另一方面,熱帶氣旋驅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,對過分強調熱帶氣旋“熱泵”效應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的三維結構，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／潛標陣列，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個浮標和４個潛標組成，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的設計圖，它的觀測要素如表２－２所示，包括標準的逡逑氣象參數(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，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／潛標布放位置逡逑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３的繩索在２０１４年９月１５日，之后浮標３處于漂流狀態(tài)。圖２－３為浮標３的軌跡和每天００：００時刻的位置看到，浮標３成為自由的漂流浮標后，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３的資料時需要特別留意它漂移的事實。逡逑１１逡逑
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P444

【參考文獻】

相關期刊論文 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