飓风Isidore与海洋相互作用数值模拟研究

本文利用MM5大气模型和HYCOM海洋环流模型,模拟研究了2002年飓风Isidore过境墨西哥湾后上层海洋的响应以及墨西哥湾常态水(Gulf common water,GCW)和湾流(Loop Current,LC)对飓风Isidore的不同响应。飓风Isidore穿过GCW区后,导致海表最大降温接近5℃,混合层深度由30m加深到70m,上层海洋损失热量较多,上层海洋的结构恢复时间较长;但在LC区,由于亚热带持续不断的高温、高速水体输运,该区域水体具有较深的混合层和较大的能量,虽然在飓风过程中损失了较多的热量,但仅造成2℃的海表面降温,上层海洋的结构恢复时间较短;此外,飓风过境后,在上层海洋激发近惯性震荡,在LC区可导致1.0m/s近惯性震荡流,能量可传播至1500m以深,但在GCW区,由于较浅的上混合层、较弱的流速和较强的层化结构,近惯性震荡运动影响深度较浅。     

黄海对台风“利奇马”响应的观测研究

2019年8月台风"利奇马"经过黄海海域,对海洋环境产生重要影响,本文利用QF103和QF111浮标观测资料分析了黄海海洋对台风的响应。结果表明:受台风影响,海面温度明显下降,海面水温降幅可达5℃;海面生态要素响应明显,海洋表层盐度、叶绿素a质量浓度(简称叶绿素a浓度)、溶解氧质量浓度(简称溶解氧浓度)均有明显升高,盐度升高约0.6,叶绿素a浓度的最大值可达1.4 mg/m³,溶解氧浓度最大值超过7.9mg/L。台风过境时的强风应力使表层流速明显增强,台风对海洋表层流的能量输入使得近惯性频带能量大幅增加,台风激发的近惯性流速最大振幅为0.15m/s,在垂直方向上具有第一斜压模态的特征;在黄海海域近惯性振荡衰减的时间尺度约为2.2 d。     

基于实测资料的南海北部台风“海鸥”致近惯性振荡研究

文章利用2014年9月南海东北部附近海域的A、B两个相距约20km的潜标数据, 分析了台风“海鸥”在南海东北部激发的近惯性振荡的垂向分布特征。结果表明, 台风过境在两站点激发了强烈的近惯性振荡, 其能量由海表向海洋内部传播; 近惯性能量在表层随着深度增加而增大, 最大值出现在次表层, 此后随着深度增加迅速衰减。但是两个观测站点的近惯性振荡垂向分布特征有较大的差别: A站点的近惯性振荡在不同深度上存在三个不同的垂向相速度, 而B站点的垂向相速度没有变化; 两站点的最大近惯性动能的大小及其所在深度不同, B站点比A站点的最大近惯性动能大15%左右。台风过后两个站点均出现由近惯性波f和半日内潮波D₂非线性相互作用产生的次级波动fD₂, 但其强度存在差异。台风后A站点fD₂在不同深度上有不同的变化, f和D₂相互作用较弱; 而B站点的fD₂在整个近惯性振荡影响深度内都是增强, 其fD₂和f频带的动能和流速在时空分布以及变化趋势上有较好的相关性。两站点的近惯性振荡垂向相速度以及次级波动fD₂的不同可能是水体层结的差异和涡旋的影响所导致的。     

西北太平洋上层海洋对台风响应的个例研究

基于数字台风网、欧洲中心ERA-Interim、美国国家海洋与大气局以及中国Argo实时资料中心的资料研究了西北太平洋上层海洋对台风"奥鹿"的响应。研究结果表明,当"奥鹿"移动速度在2 m/s以下时,强风应力产生的Ekman泵是上层海洋响应的主要机制,移动速度越慢,Ekman抽吸速率(EPV)越大,海表温度(SST)降温持续时间短,冷尾迹出现在台风中心位置处。当"奥鹿"移动速度达到6 m/s以上时,持续风应力驱动的惯性泵是主导机制,SST降温持续时间长,冷尾迹出现在台风路径的右侧。惯性泵比Ekman泵持续的时间长,但Ekman泵影响深度比惯性泵大得多。在"奥鹿"经过西北太平洋时,混合层深度(MLD)变浅并伴随着"冷抽吸"作用的出现。上层海洋中"冷抽吸"现象较"热泵"现象影响深度深,持续时间长,在"奥鹿"过境后可持续20天以上。     

基于HYCOM再分析数据的浙江近海对台风“灿鸿”(2015)的响应研究

基于混合坐标海洋模型（HYbrid coordinate ocean model，HYCOM）再分析数据研究浙江近海对2015年第9号台风"灿鸿"的动力学和热力学响应，并利用卫星遥感的海表面温度（sea surface temperature，SST）数据验证了HYCOM再分析数据的合理性。结果显示，"灿鸿"在浙江近海引起了较强的近惯性运动，最大流速约为0.4 m/s。台风"灿鸿"引起的近惯性能量在300 m以深海域较强，其衰减的e折时间尺度约为4-12 d。"灿鸿"所引起的SST变化约-3--1℃，降温过程持续约7 d；同时在近岸海底引起了增温，最大温度变化幅度为10℃左右，持续时间也约为7 d（浙江近岸）。经过分析，本文认为近岸海底的增温是由台风引起的次级环流和台风引起的强混合共同导致的。     

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料,利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性:台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升;左侧的则在R₅₀内上升,R₅₀外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升;强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升,左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后,海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升,在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R₅₀范围内小幅上升,在远离台风路径左侧区域下降。     

热带气旋过程中的近惯性振荡解及频散关系

基于简单的Slab模式,建立了热带气旋过程中上层海洋近惯性流与风应力之间的定量关系。在此基础上推导出了近惯性振荡在海面能量输入通量及在温跃层内能量耗散表达式,揭示了近惯性流在大尺度准地转流场作用下的频散关系。研究表明:上混合层近惯性流的产生是局地风应力直接作用的结果。海洋因其层化效应存在相应的斜压正交模,当风应力频率与海洋内部固有的斜压模态相近时,二者共振产生近惯性振荡。而当海面输入近惯性能量大于其在上混合层能量损耗的水深平均值时,近惯性振荡处于增长阶段,反之则处于衰减阶段。大尺度准地转流的作用是对近惯性振荡流产生频移效应,而对近惯性流的能量耗散没有贡献。     

南海上层对台风响应的模拟研究

利用中尺度海气耦合模式对2006年第1号台风Chanchu海气相互作用的模拟结果.分析了南海上层海洋对台风的热力和动力响应特征.研究发现:模拟的chanchu影响下南海SST分布与观测较为符合;与SST降低相对应的是混合层深度普遍增加,较大的海面冷却对应了较大的混合层加深;在台风作用下,海面上产生了一个气旋式环流,随着台风中心的移动而移动.流场呈现明显的不对称结构;模拟结果表明南海对台风的响应具有很明显的近惯性振荡特征.     

南海北部深层近惯性振荡信号研究

本研究通过分析布放在南海北部的着陆器流速数据,研究一支蓝移的近惯性振荡信号,发现该信号可以传到600m水深以下,持续时间为11月3—16日。该信号的最大的东向流速为0.133m/s,最大南向流为0.124m/s。谱分析发现垂向流速呈现出5个不同的流核,最强流核发生在600—650m位置。近惯性能量下传速度为67±5m/d,从600m下传到1000m的位置能量耗散18%。经验正交函数(empiricalorthogonalfunction,EOF)分解结果显示,这次近惯性振荡信号开始是第一模态占主导,随后变成高阶模态为主导的形式。由于不知道其信号生成的源头,所以无法确定近惯性振荡形成原因,结合前人的研究结果,可以排除台风引起此次近惯性振荡信号的生成。卫星的海表高度异常显示,此时的正涡度有利于此次近惯性振荡发生蓝移特征。     

台风“康森”产生的海洋近惯性能量的数值模拟研究

文章利用经验台风风场模型(TCWPM)和美国环境预测中心的气候预测系统再分析风场资料(NCEP/CFSR)对台风“康森(Conson)”进行数值模拟, 并将模拟的台风带入平板模式(slab model)模拟台风产生的海洋近惯性流。对比实测数据表明, 模拟结果与真实风场、近惯性流场均比较一致, 台风“康森”在近海面的风场不对称结构非常明显, 台风中心两侧的速度大小相差可达10m·s^-1。台风“康森”在台风中心后方产生强烈的海洋近惯性振荡, 且持续时间超过4d。海洋近惯性动能沿着台风路径呈显著的不对称分布, 表明台风“康森”在共振作用下主要在路径右侧激发强烈的近惯性振荡。研究不同强度的热带气旋产生的海洋近惯性能量, 发现热带风暴产生的海洋近惯性能量较小, 平均近惯性动能不超过35J·m^-3。随着气旋强度的增大, 热带气旋激发的近惯性能量呈指数增长, 而台风的影响面积与最大风速半径的变化相对比较一致, 当最大风速半径(R₀)增大一半(1.5R₀)时, 其产生的最大平均近惯性动能从81J·m^-3增大到631J·m^-3, 影响面积从大约600km²增加到大于900km²。     

南海北部陆架区两个台风过境时近惯性运动的若干特征

Features of near-inertial motions on the shelf(60 m deep) of the northern South China Sea were observed under the passage of two typhoons during the summer of 2009. There are two peaks in spectra at both sub-inertial and super-inertial frequencies. The super-inertial energy maximizes near the surface, while the sub-inertial energy maximizes at a deeper layer of 15 m. The sub-inertial shift of frequency is induced by the negative background vorticity. The super-inertial shift is probably attributed to the near-inertial wave propagating from higher latitudes. The near-inertial currents exhibit a two-layer pattern being separated at mid-depth(25–30 m), with the phase in the upper layer being nearly opposite to that in the lower layer. The vertical propagation of phase implies that the near-inertial energy is not dominantly downward. The upward flux of the near-inertial energy is more evident at the surface layer(17 m). There exist two boundaries at 17 and 40 m, where the near-inertial energy is reflected upward and downward. The near-inertial motion is intermittent and can reach a peak of as much as 30 cm/s. The passage of Typhoon Nangka generates an intensive near-inertial event, but Typhoon Linfa does not. This difference is attributed to the relative mooring locations, which is on the right hand side of Nangka's path(leading to a wind pattern rotating clockwise with time) and is on the left hand side of Linfa's path(leading to a wind pattern rotating anti-clockwise with time).     

Upper ocean near-inertial response to 1998 Typhoon Faith in the South China Sea

During the South China Sea monsoon experiment (SCSMEX),three autonomous temperature line acquisition system (ATLAS) buoys with acoustic Doppler current profiler (ADCP) were moored in the South China Sea to measure temperature,salinity and current velocity.Typhoon Faith passed through about 250 km south to one of the mooring buoys located at 12 58.5 N,114 24.5 E from December 11 to 14,1998.The data analysis indicates that the typhoon winds induce a great increase in the kinetic energy at near-inertial frequencies with two maxima in the mixed layer and thermocline.The near-inertial oscillations were observed at the upper 270 m in the wake of Typhoon Faith.The oscillations were originally excited in the sea surface layer and propagated downward.The amplitudes of the oscillations decrease with depth except in the thermocline.The near-inertial oscillation signals are also remarkable in temperature and salinity fields.     

南海北部2011年台风“纳沙”尾迹处近惯性内波特征的研究

In September 2011, Typhoon Nesat passed over a moored array of instruments recording current and temperature in the northern South China Sea（SCS）. A wake of baroclinic near-inertial waves（NIWs） commenced after Nesat passed the array. The associated near-inertial currents are surface-intensified and clockwise-polarized. The vertical range of NIWs reached 300 m, where the vertical range is defined as the maximum depth of the horizontal near-inertial velocity 5 cm/s. The current oscillations have a frequency of 0.709 9 cycles per day（cpd）, which is 0.025 f higher than the local inertial frequency. The NIWs have an e-folding time-scale of 10 d based on the evolution of the near-inertial kinetic energy. The depth-leading phase of near-inertial currents indicates downward group velocity and energy flux. The estimated vertical phase velocity and group velocity are 0.27 and 0.08 cm/s respectively, corresponding to a vertical wavelength of 329 m. A spectral analysis reveals that NIWs act as a crucial process to redistribute the energy injected by Typhoon Nesat. A normal mode and an empirical orthogonal function analysis indicate that the second mode has a dominant variance contribution of 81%, and the corresponding horizontal phase velocity and wavelength are 3.50 m/s and 420 km respectively. The remarkable large horizontal phase velocity is relevant to the rotation of the earth, and a quantitative analysis suggests that the phase velocity of the NIWs with a blue-shift of 0.025 f overwhelms that of internal gravity waves by a factor of 4.6.     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海潮流特征研究

本文使用吕宋海峡以东的潜标观测的长达1年的海流数据,重点对该海域海流的高频波动(潮流)的垂向分布及其时间变化特征进行了分析,结果表明:该海域次表层(100～160 m)的潮动能比中层(1 550 m)和深层(2 560 m)大1～2个数量级,近底层(4 040 m)的潮动能略大于中、深层;次表层为不正规半日潮流,中、深层为不正规全日潮流;各层次潮动能均在夏季(6?9月)和冬季(2?3月)增强,与M₂分潮和K₁分潮在夏季和冬季的增强相对应;各层次海流的高频波动以顺时针旋转为主,次表层海流近惯性周期接近当地理论惯性周期,中、深层略小于当地理论惯性周期。     

Oceanic response to Typhoon Nari (2007) in the East China Sea

The oceanic response to a typhoon in the East China Sea (ECS) was examined using thermal and current structures obtained from ocean surface drifters and a bottom-moored current profiler installed on the right side of the typhoon’s track. Typhoon Nari (2007) had strong winds as it passed the central region of the ECS. The thermal structure in the ECS responded to Typhoon Nari (2007) very quickly: the seasonal thermocline abruptly collapsed and the sea surface temperature dropped immediately by about 4°C after the typhoon passed. The strong vertical mixing and surface cooling caused by the typhoon resulted in a change in the thermal structure. Strong near-inertial oscillation occurred immediately after the typhoon passed and lasted for at least 4–5 days, during which a strong vertical current existed in the lower layer. Characteristics of the near-inertial internal oscillation were observed in the middle layer. The clockwise component of the inertial frequency was enhanced in the surface layer and at 63 m depth after the typhoon passed, with these layers almost perfectly out of phase. The vertical shear current was intensified by the interaction of the wind-driven current in the upper layer and the background semi-diurnal tidal current during the arrival of the typhoon, and also by the near-inertial internal oscillation after the typhoon passage. The strong near-inertial internal oscillation persisted without significant interfacial structure after the mixing of the thermocline, which could enhance the vertical mixing over several days.     

南海西北部半日内潮参量次谐频不稳定生成的近惯性波研究

为了研究非临界纬度上参量次谐频不稳定(parametric subharmonic instability,PSI)过程生成的近惯性波(near-inertial wave,NIW),本文基于国家重点研发项目的 准实时传输深海潜标资料,对内波速度谱、近惯性流速和动能、D2-f(半日频减惯性频)流速和动能、半日内潮流速和...     

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=10~(12)W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺度涡旋涡度仅改变近惯性能通量的空间分布,而对全球近惯性能量输入功率的影响可以忽略。