台风引起南海海表面降温的位置变化特征

台风过后通常会在上层海洋引起冷迹,即路径附近的海表而温度(sea surface temperature,SST)降低.本文利用多种卫星数据分析了12年(1998-2009)内经过中国南海的92个台风所引起的海表降温位置的分布特征.通过分析逐日微波遥感SST数据发现,64个台风(69.6%)引起了明显降温(降温≥2℃).其中,43个台风(46.7%)引起的最大降温位于台风路径右侧;13个台风(14.1%)引起的降温出现在路径附近;同时还有8个台风(8.7%)引起的最大降温明显位于路径左侧.台风引起的最大降温出现的位置主要集中在路径左右两侧100km范围内.统计分析表明台风之前存在于上层海洋环境的冷涡,特别是强冷涡,在台风引起的海表面降温和位置分布中可能起着重要的作用.     

连续台风对海表温度和海表高度的影响

利用多卫星观测资料,分析了2008年9月3个连续台风前后的海表温度(SST)和海表高度距平(SSHA)的时空变化特征,并探讨了影响其变化的主要因子。结果表明:(1)3个台风引起了强烈的上升流(1×10-5~150×10-5 m/s),海表显著降温(1~6 ℃),海表高度也有不同程度降低(10~50 cm);(2)台风引起的SST最大降温中心与SSHA负值或中尺度冷涡的区域中心十分吻合,同时台风使得先前存在的海洋中尺度冷涡得到加强;(3)同一区域台风对SST影响程度大小受台风的强度、移动速度以及台风对海面强迫时间等因素控制;(4)在原先SSHA为正值的海域,3个台风连续强迫下使得局地洋面形成一个SSHA为负值的中尺度涡,这与单一"打转"台风强迫海洋生成中尺度涡的现象不同。因此,对于西北太平洋海域而言,频发的台风在中尺度涡生消演变过程中的影响应不容忽视。     

上层海洋对台风"凯萨娜"(2009)的响应特征

本文利用多源卫星遥感数据和Argo浮标数据对2009年台风"凯萨娜"过后,南海上层海洋的物理和生态响应特征进行了分析。结果表明,"凯萨娜"引起的上升流流速最大可以达到1.6×10~(–3)m/s,台风过后,海表面温度(SST)下降显著,最大降温幅度可以达到6℃,海表面高度降低,先前存在的中尺度冷涡进一步加强。台风过后,沿着台风路径,叶绿素浓度升高,最大值可以达到2 mg/m~3以上,初级生产力升高到台风过境前的5倍。SST的最大降温中心与海面高度下降区域以及叶绿素浓度升高的区域一致。Argo数据表明台风诱发了强烈的垂向混合和艾克曼泵吸,不同位置处,垂向混合和艾克曼泵吸的强度不一样。通过混合和泵吸过程,台风可以把海洋内部的营养盐输送到海洋表层,对整个南海的物理和生态过程有重要影响。     

南海SST对台风过程响应分析

根据ECMWF和CFSV2的数据,本文选择了3个影响我国南海的典型台风过程,分析了海表温度SST在台风期间的变化。结果表明,台风期间SST下降,台风路径右侧的降温幅度明显高于左侧。在过境2d左右,SST下降幅度最为明显,其中201509号台风威马逊降温中心右侧最大异常值可达-2.5762℃,左侧为-1.441℃,降温中心呈明显的右偏性。在此基础上,对SST异常与有效波高,热通量以及风速的相关性进行研究。统计表明,台风期间的SST异常与有效波高和风速的相关性较高,相关系数高达0.6-0.7;与热通量相关性最低,相关系数为0.2-0.4,且台风的最大风速越大,相关系数就越高。通过计算台风期间风向海表波浪输入动能发现,风应力越大,风向波浪输入的动能以及动能下传的深度也越大。海洋内部的混合就越剧烈,故而由混合引起的海表降温幅度较大。可见SST异常与风速以及波浪要素确实有很高的相关性。     

南海北部海洋对局地生成热带气旋的响应

应用Topex/Poseidon卫星高度计海面高度距平(SSHA)资料以及TMI的逐日海表温度数据,对两个局地生成的热带气旋(1999年台风LEO和2000年台风WUKONG)引起的南海北部海洋响应过程进行研究.结果表明,在热带气旋影响下,海面高度显著降低,SSHA平均减少30cm,流场上出现气旋型环流,海表温度显著降低,降低幅度为2℃左右,在其尾迹上出现冷涡;相对于降温过程,海表温度的恢复过程非常缓慢;热带气旋强度突变或移行较缓时易引起海洋的强烈响应,这种响应的空间和时间尺度都较大,持续时间至少1周,发生响应的海域范围也很广,甚至可以跨越3个纬度的距离.     

西北太平洋上层海洋对台风“巴威”(2008)的响应分析

基于多源卫星遥感数据、Argo浮标数据和HYCOM（HYbrid Coordinate Ocean Model）再分析数据,分析上层海洋对2020年第8号北上强台风“巴威”的温盐响应特征,结果表明：（1）台风中心附近埃克曼（Ekman）抽吸引起上升流,表层以下海水辐合高盐冷水上翻,Ekman输运方向由台风路径指向路径两侧沿岸,海水在黄海两侧沿岸堆积引起下降流。由此导致台风路径附近海面温度（sea surface temperature,SST）与海面高度（sea surface height,SSH）下降,海面盐度（sea surface salinity,SSS）上升,路径两侧沿岸SSH上升,次表层海水温度增加和盐度降低。（2）由于台风前进方向右侧的风速更大,右侧Ekman输运强度比左侧大。台风更靠近右侧陆地,地形阻挡导致风速减小,在济州岛西南侧的海域上空10 m风呈现反气旋旋转,出现负Ekman抽吸速率（Ekman pumping velocity,EPV）,为下降流,所以在台风和济州岛之间的海域存在着由强烈上升流到下降流的转变。这会让原本台风前进方向右侧强的夹卷和垂直混合进一步加强。这就导致了SST下降和SSS上升在台风前进方向右侧更为显著。（3）除了夹卷和垂直混合,台风前进方向右侧SSS的增加还与表层海水由南向北的水平流动有关。     

台湾岛附近海洋对0908号台风“莫拉克”的响应特征

在模拟2009年登陆我国东部沿海的台风"莫拉克"的基础上,利用AVHRR/AMSR和SODA再分析数据和模拟结果,初步评估了GRAPES-ECOM海-气耦合模式(上海台风研究所基于GRAPES-TCM区域台风模式和ECOM海洋模式开发而成)模拟台风期间海洋响应的能力,并分析了台风期间台湾岛周围海域的海温、上升流、中尺度冷涡等的变化特点。分析结果表明,GRAPES-ECOM耦合模式较好地模拟了表层海温对台风的响应,与深水海洋响应比较,揭示了近海对台风响应的一些新特征:(1)在台湾以东海域,台风活动改变了黑潮海域海水的垂直运动,诱导黑潮南部沿岸上升流,而北部先于台风存在的上升流减弱,导致不同水深海温的最大降温位置都出现在路径左侧,与深海偏向路径右侧不同;(2)位于台湾岛东北面的彭佳屿冷涡因其形成与大陆架和黑潮有关,当台风在台湾以东洋面活动时,冷涡位于台风右前方,黑潮表层海水辐合流向大陆架,冷涡中心温度上升,强度减弱,当台风转折北上,冷涡位于台风东南侧,表层海水辐散,加强底层冷水上涌,从而增强了该冷涡的强度;(3)台风不仅加深了台湾海峡的混合层深度,还使得海水的垂直热力结构改变,并使整层海温趋于一致。     

冷涡对过境台风的响应研究

利用多源卫星遥感资料及再分析资料,对台风泰利(Talim)对中尺度冷涡的影响进行了分析研究。结果表明,台风泰利过境中尺度冷涡时,冷涡显著增强。最大海面高度异常出现在冷涡中心区域,达到-32.7cm,最大海表温度降幅达到3℃以上,叶绿素平均浓度增长了10倍。通过计算冷涡海域的罗斯贝数、水体拉伸度和离散度等动力学参数,可以进一步发现,台风过境冷涡所在海域时,局地非地转效应和混合效应显著增强,罗斯贝数、水体拉伸和离散度均增加了2倍以上,最大水体拉伸度和离散度发生在冷涡南侧靠近台风路径的区域。本研究对深入理解涡-台风相互作用,以及由此产生的海洋生态环境效应具有重要的意义和作用。     

南海东北部上层海洋对台风“莲花”的响应

台风过境会引起所经海域海洋环境要素场剧烈响应。本文通过分析南海东北部上层海域各要素对2015年第10号台风"莲花"的响应过程,发现以下规律:台风过境期间,海表温度(SST)影响台风的移动路径和强度,两次显著的台风移动方向偏转均发生在台风下垫面温度发生显著改变的条件下。台风吸收海表热量引起SST降低0～1.5℃,而这种热量(以短波辐射和潜热通量为主的海表净热通量)吸收引起的海表失热每秒可达60 W/m2,对台风移动过程产生影响。同时,台风过境时(7月6—9日)的SST降低与失热变化都存在一定的"左偏性"。台风引起的Ekman抽吸速率最高可达1.6×10-3m/s,引起台风过后(7月9日之后) SST的降低。通过对海面10 m风场、海表温度、降雨量进行EOF分析发现:风场在南海东北部海域呈东西反位相分布,风场增强持续时间约5天,具有显著"右偏性"且近岸的局部风场特征明显;降雨量在台风期间呈全域一致性的增加,持续时长约4天,具有显著"左偏性"且在吕宋岛北部局部降雨特征明显;SST在南海东北部绝大部分海域呈降温态势,时长超过8天,降温时间滞后风场约2～3天。整个降温过程(7月5—15日)受Ekman抽吸作用较海表失热作用更大,表现为在台风右侧降温更为显著。同时,台风移动速度越慢,降温效果越明显。台风过境时,粤东离岸流显著增强,上升流区的垂直温度降幅可达2.5℃且滞后流场响应约1～2天;垂直盐度降幅可达1.3 psu且滞后流场响应约2～3天。总体上看,温度在台风响应过程中起着重要的联结作用。     

黄海海洋对台风“灿鸿”外围过程响应的观测研究

2015年9月台风“灿鸿”经过黄海海域的QF111浮标,该浮标观测到黄海海洋的温度和流速响应。受台风影响,黄海海表温度有明显的下降,降温幅度在2~4°C,且在台风路径右侧形成了海表面温度低于20°C的低温斑块。流速的响应主要表现为台风过境期间流速增强,达1.2~1.5 m/s,呈现出全水深强化的特征。风一直对海洋有能量输入,且在台风过境期间风输入海洋的能量最大,旋转功率谱的分析结果表明台风输入海洋的能量向海洋内部传播。黄海海域由台风激发出的近惯性振荡衰减较快,近惯性振荡e折时间尺度约为2 d。     

台风对海表温度的影响分析

文章选取2011-2012年出现在西北太平洋地区的3个不同类型的台风,利用中国台风网"CMA-STI热带气旋最佳路径资料数据"和多卫星遥感观测资料,分析了台风对大洋以及中国近海海表温度的影响。分析结果表明,台风对SST的影响程度与台风自身强度和台风的移速密切相关。SST降低区域一般位于台风路径的右侧,台风在大洋右转向时可形成显著降温区。最大SST降低一般滞后台风中心2d或1d,在台风过境后,该海域降低的SST恢复时间也较长。     

台风背景下海浪对海表流场和海表温度的影响

海浪作为海-气界面中重要的物理过程,对海洋上混合层的近表面分布具有重要作用。本文以台风"威马逊"和"麦德姆"为背景,基于FVCOM耦合模式模拟了台风浪及上层海洋的响应过程,探讨了海浪对海表流场和海表温度的影响。结果表明耦合模式能够较准确地模拟出有效波高,台风过境后海表流场在海浪的作用下反映出与台风相对应的气旋性特性,改变的流场量级可达0.4 m/s;海表温度出现不同程度的下降,最大降温约4℃,最大降温中心与流场变化区域相对应,且降温区相对台风路径呈显著的"右偏性"。最大降温滞后台风中心过境2 d左右,恢复时间一般超过10 d,与实况相吻合。     

珠江口鸡啼门近海海洋对台风的响应

海洋对台风的响应对台风预报具有重要意义,但是由于动力结构比较复杂,近岸水体对台风的响应仍然不明确。基于珠江口海洋生态环境教育部野外科学观测研究站的1号浮标观测资料(2021年7~8月),分析了珠江口鸡啼门海域在台风“查帕卡”和“卢碧”期间海洋动力学和热力学响应特征。台风过境引起水体的纬向流速显著增强,“查帕卡”激发了强烈的顺时针近惯性振荡,“卢碧”则激发了接近惯性频率的逆时针海水运动。受当地浅水深的影响,近惯性能量在一个惯性周期(32 h)后快速耗散。两个台风引起的海表温度(sea surface temperature,SST)降温幅度均大于2.2℃,这种降温受潜热通量影响较大;同时,台风过后晚上的SST均大于白天的SST,这也是受到潜热通量的影响。     

赤道海洋对罕见台风“画眉”的响应

利用GHRSST L4、QuikSCAT、OAFLUX以及SeaWiFS L3资料分析了近赤道罕见台风"画眉"生成前后海表温度SST及其感热通量、潜热通量和叶绿素a浓度的变化。在台风"画眉"生成之前,中南半岛沿岸海表平均温度较其他区域低,并且在南海盛行东北风,在台风生成区有一明显的气旋性涡旋存在。南海北部地区潜热通量和感热通量均较大,而在台风的生成区域仅感热通量较大。台风"画眉"使其路径右侧的区域发生海表温度降低,相对于其他强度较强的台风降温较小,海表温度在马来半岛以东洋面以及马六甲海峡降低明显,降低约2—2.5℃。与高纬度的台风类似,台风"画眉"使中南半岛沿岸以及马来半岛与苏门答腊岛之间的地区叶绿素a浓度相对于台风前增大0.6 mg.m 3以上。     

海面温度变化影响台风"海棠"强度的数值研究

通过对台风"海棠"5 d的数值模拟,研究海表温度(SST)变化对台风强度的影响。与NCEP月平均海表温度相对比,在中尺度大气模式中引入热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)/先进微波扫描辐射计(AMSR-E)来考察SST对台风"海棠"路径和强度的影响。研究结果表明,每天变化SST的试验模拟的台风强度和路径整体效果不错;模拟的台风路径不敏感于SST的变化,而台风强度的变化不仅取决于由于台风移动引发的SST冷却的幅度大小,而且取决于SST冷却区域的相对位置。在台风"海棠"强烈发展过程中,台风中心右侧冷却区对台风中心气压影响很小;台风强烈发展过后,SST冷却区开始影响台风强度,但造成台风中心气压下降幅度不大,6 h内台风中心气压减弱约3.9 hPa。海面热量通量和海面风速与SST的分布都有良好的相关性:在SST变化为正值的暖水区,感热通量和潜热通量都是一个正的通量分布的极值区,并有风速极大值区域存在;在台风右侧相应的冷却区,则存在着负的通量异常和风速极小值区域。     

浙江沿岸水对“魔蝎”台风的响应

台风"魔蝎"于2018年8月12日夜子时登陆浙江温岭，台风登陆前后造成了浙江近海海水物理特性的诸多变化。台风登陆时的最大风速约为27.5 m/s，登陆时正值天文大潮期间，引起了超过0.30 m的沿岸增水，增水持续了3~4 d。在台风登陆前的7 h内，锚系点水域的海水温度降幅超过1℃。分析表明，海气热交换引起的海水热量损失是锚系点水域温度降低的主要因素，而海水垂向混合带来的海水降温幅度有限。降温在水平区域分布上具有不对称性，台风路径两侧的降温中心呈现明显的不对称性，台风路径右侧的表层海水温度降幅明显强于路径左侧。长江口外至苏南外海水温降幅最为明显，最大降温接近3℃，舟山东南方向海域和温岭东南方向海域最大降温分别超过1.6℃和1.2℃，而在台风路径左侧海域，表层海水温度降幅普遍小于1℃。在台风登陆前的7 h内，海水盐度降低了1.2，研究表明台风带来的强降雨是海水盐度降低的主要因素。本研究，得到了台风"魔蝎"登陆前、登陆时和登陆后，锚系点及周边海域海流、水位、温度、盐度等的变化特征，初步获悉台风期间海水物理特性变化的动力因素，可以为台风影响研究、预防和降低台风带来的风险和损失等提供动力学方面的依据。     

琼东上升流区海表温度对台风过境的响应

对1982—2015年间过境琼东上升流区的台风及其引起的海表温度(SST)变化进行统计分析,并探究SST变化的影响因素和热量输送机制。结果显示,与开阔大洋显著不同,琼东上升流区SST变化存在降温、基本不变和升温三种类型。在42例台风中,3种类型分别为19例、20例和3例。平均升温(2.1℃)大于平均降温(-1.5℃)。SST变化与台风参量相关性分析显示,与台风过境时长相比,台风强度和台风入射角度对SST变化幅度影响更大。台风在外海引起的非线性海面孤立波向近岸的热输送可能是SST升温的重要机制,观测的SST上升与台风入射角度的关系与理论结果吻合。台风过境琼东上升流区引起的SST变化特征取决于台风局地热输送和外海热输送的相对大小。     

波致应力对台风天气下南海上层海流的影响分析

利用海洋环流模式POM,分别在考虑波致应力和不考虑波致应力的情况下对1998年台风Faith影响南海期间的海洋环流进行了模拟试验,并将模拟结果与浮标观测资料进行了对比分析。初步的分析结果显示,在考虑波致应力情况下的模式结果无论在海表面温度(SST)的最大降温还是台风引起的海流的近惯性波动等方面均与观测结果更为接近;相对于不考虑波致应力的模式结果,最低SST降低了1℃,达到了24.12℃,而最大表层流速增加了17cm.s-1,达到了1.74m.s-1,计算的1 000m以内的正压流速大约增加了32%,达到了16.2cm.s-1。     

一次台风过程对西北太平洋西边界流系源区影响的数值模拟研究

利用POM及其与WRF的耦合模式对"格美"台风影响下的该海区进行了5组数值模拟试验,在对结果分析的基础上,得到了西北太平洋西边界流系源区对此次台风过程的响应。研究表明:在台风影响下,最大风速区及热通量输送决定了海表温度(SST)降温中心范围,热通量的输送对SST的降低贡献超过16.7%;受此次台风影响的混合层(OML)加深、维持的时间为42 h,热通量对OML的加深有正作用,但不如风应力的贡献明显。台风移动方向右侧,OML加深范围更大,且SST最大降低区并不是OML最大加深区。此次台风过程对黑潮南向流的影响较弱,主要增加了海洋混合层的北向流流量。利用耦合模式,考虑了海气间的相互作用,在台风中心附近模拟出由于低压引起的海面升高现象。     

基于ARGO资料的MTSAT海温产品误差分析

利用全球海洋观测网计划ARGO浮标的表层海温测量值分析了MTSAT卫星的海温反演误差。结果显示,平均绝对误差为0.73℃,均方根误差为0.885℃,满足应用需要;海温反演异常点多分布在30°N以北的高纬区域。为了确保海温产品数据的可靠性,需要通过数据误差控制技术来检测和控制海表温度反演的异常值,影像边缘和高纬地区的区域数据应谨慎使用。