Ocean Responses to Typhoon Namtheun Explored with Argo Floats and Multiplatform Satellites

Argo salinity and temperature profiles, along with other sea surface measurements, were used to explore the impacts of Typhoon Namtheun (2004) on the ocean. Namtheun took local enthalpy heat from the sea (0.39–0.7?×?10⁸ J m^?2), cooled the sea surface water as a result of vertical mixing (maximum 3–4°C) and produced heavy precipitation over the sea (100–180 mm). During this time, the vast latent heat released (2.6–4.4?×?10⁸ J m^?2) by the precipitation made a larger contribution to the typhoon's energy budget than the local air-sea enthalpy flux. In the upper ocean, the oceanic responses can be separated into two sub-processes, the fast spin-up accompanied by one-dimensional vertical mixing and the slow spin-down accompanied by the convergence of surface water. From Argo profiles on 28 July, it can be seen that the typhoon-induced surface mixing broke down the seasonal thermocline (approximately 20 db) within one day. In addition, the shallower (<200 db) convergence of the sea surface fresh water as a result of precipitation also made the post-typhoon water fresher (0.04 (practical salinity scale used)). In the deep ocean, the rapid upwelling at the top of the permanent thermocline suggests that the fast spin-up is a barotropic mechanism, probably gravity pressure. During the slow spin-down stage, the upwelling signal propagated downward (approximately 2 m h^?1) from the shallow water to the deep ocean for about 10 days; this was a baroclinic process. The baroclinic mechanism was more effective in maintaining a cyclonic eddy than in maintaining an inertial wave, and the low sea surface height anomaly and upwelling lasted much longer than the inertial oscillation (>20 days as opposed to approximately 10 days). This change in vertical structure and long-term upwelling could have impacts on the ocean environment and even on the short-term climate.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous nous sommes servis des profils de salinité et de température Argo, de pair avec d'autres mesures de la surface de la mer, pour explorer les répercussions du typhon Namtheun (2004) sur l'océan. Namtheun a pris de la chaleur enthalpique locale de la mer (0.39–0.7?×?10⁸ J m^?2), a refroidi l'eau de la surface de la mer par suite d'un mélange vertical (maximum 3°–4 °C) et a produit de fortes précipitations au-dessus de la mer (100–180 mm). Durant ce temps, l'importante quantité de chaleur latente (2.6–4.4?×?10⁸ J m^?2) relâchée par les précipitations a apporté une plus grande contribution au bilan énergétique du typhon que le flux enthalpique air-mer local. Dans la couche supérieure de l'océan, les réponses océaniques peuvent être divisées en deux sous-processus, la surgyration rapide accompagnée d'un mélange vertical unidimensionnel et la dégyration lente accompagnée de la convergence d'eau de surface. Sur les profils Argo du 28 juillet, on peut voir que le mélange en surface produit par le typhon a brisé la thermocline saisonnière (approximativement 20 db) à l'intérieur d'une journée. De plus, la convergence moins profonde (<200 db) de l'eau douce à la surface de la mer provenant des précipitations a aussi rendu l'eau post-typhon plus douce (0.04 — en utilisant l’échelle de salinité pratique). Dans l'océan profond, la remonté d'eau rapide au sommet de la thermocline permanente suggère que la surgyration rapide est un mécanisme barotrope, probablement de pression gravitationnelle. Durant la phase de dégyration lente, le signal de remonté d'eau s'est propagé vers le bas (approximativement à 2 m h^?1) de la couche superficielle vers l'océan profond pendant environ 10 jours; c’était un processus barocline. Le mécanisme barocline était plus efficace à entretenir un remous cyclonique qu’à entretenir une onde d'inertie, et l'anomalie de basse hauteur de la surface de la mer ainsi que la remonté d'eau ont duré beaucoup plus longtemps que l'oscillation d'inertie (>20 jours contre environ 10 jours). Ce changement dans la structure verticale et la remontée d'eau à long terme pourrait avoir des répercussions sur l'environnement océanique et même sur le climat à court terme.     

Variation Features of the Mindanao Eddy from Argo Data

Based on monthly mean Argo profiler float data from 2004 to 2008 and monthly mean sea surface height and current velocity data from the Simple Ocean Data Assimilation (SODA) reanalysis for the period 1958–2007, the three-dimensional structure of the Mindanao Eddy (ME), its seasonal and interannual variability, and its impact on the thermohaline structure are analyzed. In addition, the displacement of the ME centre and its relation to ocean circulations are also discussed. The results showed that the ME spreads vertically from about 600 db depth upward to about 40 db depth. In addition to its strong seasonal variation, the strength of the ME displays strong interannual variability resulting from the interannual variability in the North Equatorial Current (NEC), the North Equatorial Counter Current (NECC) and the Mindanao Current (MC). The meridional movement of the centre of the ME has strong seasonal and interannual variability, and the zonal movement has a strong seasonal variation. The meridional movement is associated with the meridional displacement of the interface between the NECC and the NEC, whereas the zonal movement is associated with the zonal displacement of the interface between the MC and the northward branch of the NECC. The ME variability can greatly affect the pattern of the thermohaline structure in the local upper ocean. When the eddy is strong, the cold and low salinity water within it moves vigorously upward from the deep layer; the thermocline shoals significantly; the subsurface high salinity water shows a large decrease; and the upper mixed layer becomes thinner, and vice versa.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] En nous basant sur les données mensuelles moyennes des flotteurs profileurs Argo pour la période de 2004 à 2008 et sur les données mensuelles moyennes de hauteur de la surface de la mer et de vitesses vectorielles du courant fournies par les réanalyses SODA (Simple Ocean Data Assimilation) pour la période de 1958 à 2007, nous analysons la structure tridimensionnelle du remous de Mindanao, sa variabilité saisonnière et interannuelle et son impact sur la structure thermohaline. De plus, nous discutons du déplacement du centre du remous de Mindanao et de sa relation avec les circulations océaniques. Les résultats ont montré que le remous s'étend verticalement vers le haut à partir d'une profondeur de 600 db jusqu’à une profondeur d'environ 40 db. En plus de sa forte variabilité saisonnière, la force du remous de Mindanao affiche une forte variabilité interannuelle résultant de la variabilité interannuelle dans le courant nord-équatorial (NEC), le contre-courant nord-équatorial (NECC) et le courant de Mindanao (MC). Le mouvement méridien du centre du centre du remous de Mindanao affiche une forte variabilité saisonnière et interannuelle et le mouvement zonal possède une forte variabilité saisonnière. Le mouvement méridien est lié au déplacement méridien de l'interface entre le NECC et le NEC alors que le mouvement zonal est lié au déplacement zonal de l'interface entre le MC et le bras allant vers le nord du NECC. La variabilité du remous de Mindanao peut grandement modifier la configuration de la structure thermohaline dans les couches supérieures locales de l'océan. Quand le remous est fort, l'eau froide et de faible salinité qu'il renferme se déplace vigoureusement vers le haut à partir de la couche profonde; la thermocline s'élève de façon marquée; les eaux de subsurface de forte salinité affichent une diminution importante; et la couche de mélange supérieure devient plus mince, et inversement.     

Typhoon-Induced Variability of the Oceanic Surface Mixed Layer Observed by Argo Floats in the Western North Pacific Ocean

This study takes advantage of the newly established observational network of Argo floats to investigate the variability of the oceanic surface mixed layer (ML) in response to typhoons occurring over the period 2000–08 in the western North Pacific Ocean. After removing the background variability due to the seasonal cycle, the regionally averaged ML response is statistically analyzed as a function of the distance from the typhoon centre, the time after typhoon passage, the geographic location, the translation speed of the typhoon and the pre-existing patterns of oceanic circulation. Based on an unprecedented amount of new observational data, our analysis reveals some notable differences between ML temperature and ML depth changes induced by a typhoon, including the delayed response of ML temperature relative to ML depth, the longer restoring time of ML temperature, and the tendency of pre-existing cold-core features to favour ML cooling while warm-core features favour ML deepening.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] La présente étude tire profit du nouveau réseau de balises d'observation Argo qui étudie la variabilité de la couche de mélange de la surface océanique en réponse aux typhons survenus durant la période 2000–2008 dans l'ouest du Pacifique Nord. Après avoir éliminé la variabilité de fond due au cycle saisonnier, nous faisons une analyse statistique de la réponse de la couche de mélange, moyennée dans une région, en fonction de la distance du centre du typhon, du temps écoulé depuis le passage du typhon, du lieu géographique, de la vitesse de déplacement du typhon et des configurations de circulation océanique préexistantes. En se basant sur une quantité sans précédent de nouvelles données d'observation, notre analyse révèle des différences notables entre les changements de température et de profondeur de la couche de mélange produits par le typhon, y compris la réponse retardée de la température de la couche de mélange par rapport à la profondeur de la couche de mélange, le temps de rétablissement plus long de la température de la couche de mélange et la tendance des caractéristiques de noyaux froids préexistantes à favoriser le refroidissement de la couche de mélange pendant que les caractéristiques de noyaux chauds favorisent l'approfondissement de la couche de mélange.     

Evaluating the contribution of satellite measurements to the re-construction of three-dimensional ocean temperature fields in combination with Argo profiles

Assimilation systems absorb both satellite measurements and Argo observations. This assimilation is essential to diagnose and evaluate the contribution from each type of data to the reconstructed analysis, allowing for better configuration of assimilation parameters. To achieve this, two comparative reconstruction schemes were designed under the optimal interpolation framework. Using a static scheme, an in situ-only field of ocean temperature was derived by correcting climatology with only Argo ...     

Effects of interannual salinity variability on the dynamic height in the western equatorial Pacific as diagnosed by Argo

In this paper, interannual variations of the ocean dynamic height over the tropical Pacific are diagnosed using three-dimensional temperature and salinity fields from Argo profiles, with a focus on the...     

一种利用SMOS卫星观测的海表面盐度反演海水盐度廓线的方法

This paper proposes a new method to retrieve salinity profiles from the sea surface salinity(SSS) observed by the Soil Moisture and Ocean Salinity(SMOS) satellite. The main vertical patterns of the salinity profiles are firstly extracted from the salinity profiles measured by Argo using the empirical orthogonal function. To determine the time coefficients for each vertical pattern, two statistical models are developed. In the linear model, a transfer function is proposed to relate the SSS observed by SMOS(SMOS_SSS) with that measured by Argo, and then a linear relationship between the SMOS_SSS and the time coefficient is established. In the nonlinear model, the neural network is utilized to estimate the time coefficients from SMOS_SSS, months and positions of the salinity profiles. The two models are validated by comparing the salinity profiles retrieved from SMOS with those measured by Argo and the climatological salinities. The root-mean-square error(RMSE) of the linear and nonlinear model are 0.08–0.16 and 0.08–0.14 for the upper 400 m, which are 0.01–0.07 and 0.01–0.09 smaller than the RMSE of climatology. The error sources of the method are also discussed.     

基于Argo资料的北太平洋绝对地转流计算

针对海洋实测流速资料极其匮乏的事实, 利用2004 年1 月~2009 年12 月月平均的Argo 温盐格点资料, 结合改进的P-vector 方法重构北太平洋绝对地转流流场。与卫星高度计和实测流速的比较以及相关性分析表明, 重构的绝对地转流是可信的, 可以用来研究不同大尺度环流特征及其动力结构。可以为研究海洋动力过程和气候变化提供一套有用的流场数据。     

基于GIS的南海海温时空过程分析研究

海温是海洋环境影响因子之一,对于海洋生态环境、海水养殖业等尤为重要。本文以Argo数据提取的南海海洋温度场数据为例,结合GIS(GeographicInformationSystem)技术,研究南海海温点过程、面过程可视化表达的方法。利用GIS作为可视化框架提供南海海温场的可视化显示,包括放大、缩小和拖动等基本功能,绘制多种形式的数值图像并进行空间分析,包括海温数据曲线绘制、海温值查询、空间插值、等值线等。基于Argo数据可视化表达的结果,从南海海温年变化、随纬度的变化、垂向变化、季节分布特征四方面对南海的海温时空特征进行了分析,结果表明:(1)南海海表温度高温的持续时间比较长,升温过程比降温过程相对要短一些;(2)随着纬度的降低,温度整体升高,温度的年变化幅度越来越小。夏秋两季随着纬度的变化,温度变化不大,春冬两季的温度变化较大;(3)在0~30 m温度变化很小,在深度为30m处温度开始逐渐下降,到达500m以下,海温一年四季都比较接近;(4)冬季海温总体最低,夏季海温总体最高。冬季和秋季,在南海西南方向等值线呈现西北—东南向,等值线比较密集。海温的时空变化研究可以对海洋温跃层、海洋温度锋,海水不同层次的结构的研究提供一定参考。     

基于机器学习的海洋浮标寿命及轨迹预测

Argo计划(Array or Real-time Geostrophic Oceanography)为海洋和大气研究提供了宝贵的资料,在短期天气预报和长期气候预测中起到了重要作用.为保证Argo观测阵列的正常运转,需要时刻关注浮标的运行状态,以保证研究区域内维持一定数量和密度的浮标.然而Argo浮标投放费用高昂,投放...     

基于Argo浮标的南极海冰范围变化分析

南极海冰的生消冻融与全球气候变化息息相关,多年以来受到国际社会的高度关注。目前已有诸多关于南极海冰范围变化的研究,但大部分是基于卫星遥感影像来展开分析。Argo观测网遍布全球各大洋,为海冰范围研究提供了一种新的思路,即根据浮标GPS点的南部边界推算南极海冰边界,由浮标的年、月累积数据得到南极海冰范围的年际、月际变化规律。对于这种研究思路提出了三种实现方法:(1)绘制专题图,可以清晰直观地看到南极海冰在2—9月间的生消变化情况;(2)利用南极附近浮标GPS点数量占全球比例的变化情况来分析海冰变化规律,在月际变化趋势上与影像数据一致,在年际变化上稍显不足;(3)使用点密度分析方法估计海冰边界,建立基于浮标GPS点密度的海冰-海水分界模型,可得到南极海冰范围变化规律的定量分析结果。浮标数据与影像数据互为补充,可为全球气候变化研究提供更多参考。