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《降水对于热带气旋期间上层海洋响应的影响》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2024-02-22

  • 近日，自然资源部第二海洋研究所与中山大学联合培养的博士生刘甫在Journal of Physical Oceanography上发表了题为“Impact of Precipitation on Ocean Responses during Tropical Cyclone”的研究论文，合作者包括帝国理工学院的Ralf Toumi教授、自然资源部第二海洋研究所张翰副研究员（通讯作者）以及陈大可院士。

    降水作为上层海洋的淡水来源之一，对上层海洋的盐度和层结具有重要调节作用。前人关于热带气旋降水作用的研究多针对热带气旋个例开展，并且其研究结论存在较大差异。利用理想个例开展研究能够避免复杂海洋状况的影响，有助于更清晰地得到降水的作用效果及作用机制。本研究利用区域海洋模式ROMS和理想热带气旋降水模型，设计一系列理想实验讨论了热带气旋降水对上层海洋响应的三维影响及其作用机制，主要结论如下：（1）无论热带气旋强度如何，热带气旋降水均会引起非对称的、一致的海表面“暖异常”，即抑制由垂向混合引起的海表面冷却，最强“暖异常”位于路径的右后侧；（2）在垂直方向上，降水的作用仍为抑制动力效应的作用，自海表向下产生相对的暖-冷-暖异常；（3）在400km范围内，降水引起的热带气旋热含量增长可高达约4%，但区域平均来看，上层海洋热含量和热带气旋热含量增加约0.4%~0.5%。尽管热带气旋降水引起的海表面温度异常和热含量异常较小，但在气候变暖的背景下，逐渐增多的热带气旋降水可能会产生一定的影响。

    降水的直接作用是降低海表盐度并增强稳定度，抑制垂向混合，同时也会引起更强的流场切变。这一作用机制与热带气旋强风场引起的垂向混合之间存在相互竞争的关系，研究发现，降水引起的海表面温度异常与热带气旋强度存在非线性关系，海表面温度异常随着热带气旋强度的增强逐渐趋于饱和。同时，一致的海表面暖异常指出降水引起的层结增强效应是其发挥作用的主要机制，而非增强的流场切变。诊断分析发现，当热带气旋低于Category3（风速低于55.3 m/s）时，垂直混合作用明显受到抑制，因此削弱了海表面的降温幅度；而随着热带气旋的增强，降水的作用途径主要是平流作用而非垂向混合。

    本研究得到了国家自然科学基金（42176015, 42227901）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（JG2309）等资助。

    论文引用：

    Liu, F., R. Toumi, H. Zhang, and D. Chen, 2024: Impact of Precipitation on Ocean Responses during Tropical Cyclone. Journal of Physical Oceanography. https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0138.1

  • 原文来源：https://www.sio.org.cn/a/yjcg/21961.html
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    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-07-08
    • 近日，中国科学院海洋研究所海洋数值模拟和气候预测课题组在热带气旋引起的淡水通量强迫对上层海洋的影响方面取得新进展。相关研究成果近日发表在国际学术期刊Ocean Modelling上。 热带气旋是一种发生在热带、副热带海区的中小尺度极端天气现象，引起的强风和强降水会对上层海洋产生显著影响。随着全球气候变暖和海洋活动的大力开展，热带气旋引起的海洋气象灾害影响越发严重，因此准确模拟和预报热带气旋及其影响对防灾减灾具有重要意义。现今，我们对热带气旋路径的预报能力已经有了较大提升，而对其强度的预报能力仍然不足，重要原因之一是我们对气旋相关海洋动力和热力过程的复杂性与反馈作用的认识尚且不足。目前，对热带气旋引起上层海洋响应的研究主要集中于风应力的强迫效应，而对热带气旋伴随的强降水引起的淡水通量强迫在上层海洋响应中的作用相关研究还比较少。同时，由于热带气旋相关的局地海洋过程又能引起海盆尺度的海洋响应，进而也能对气候系统产生影响。因此，研究热带气旋引起的淡水通量强迫在上层海洋局地响应中的作用对大尺度气候系统研究也具有重要科学意义。 本工作利用一个高分辨率海洋环流模式，以台风玉兔（2018）为研究对象，进行基于观测和数值试验的分析。结果表明，在淡水通量和风应力强迫的联合作用下，淡水通量强迫在上层海洋响应中表现为两种效应：一方面，淡水通量强迫使海温升高，抵消了风应力强迫引起的海温降低；另一方面，淡水通量强迫使海温降低，增强了风应力强迫引起的海表海水冷却。具体地，淡水通量强迫使得海洋表面海水变淡、上层海洋层结加强，一方面能够减弱垂直混合以及次表层冷水夹卷进入混合层，这就减缓了风应力强迫引起的海温冷却，甚至使得海表温度升高；另一方面，上层海洋层结加强也抑制了向海洋深处的热量输送，而增强了海洋表面向大气的热量损失，这有助于加强上层海洋的垂直混合，从而增强风应力强迫引起的海温冷却，降低了海温。 团队通过敏感性试验定量研究了淡水通量强迫和风应力强迫对海温响应的相对贡献程度。在风应力强迫保持不变的情况下，当淡水通量强迫较弱时，淡水通量强迫作用表现为增强风应力强迫引起的海温冷却，降低了海温；随着淡水通量强迫的增强，淡水通量强迫作用表现为减缓风应力强迫引起的海温冷却；而当淡水通量强迫较大时，淡水通量强迫作用表现为抵消风应力的冷却效应，反而使得海温升高。值得注意的是，当淡水通量强迫较大而风应力强迫较小时，淡水通量强迫作用与风应力强迫两者对海温变化的补偿效应存在平衡点，此时海表温度没有明显变化。 该研究揭示了热带气旋引起的淡水通量强迫在上层海洋局地响应中的作用，对于提高台风强度预报和路径预报能力具有重要意义。本研究由中国科学院海洋所博士研究生叶烁旎、南京信息工程大学教授张荣华（通讯作者）和中国科学院海洋所副研究员王宏娜共同完成，研究得到了国家自然科学基金等项目的联合资助。 　 文章信息及链接：Shuoni Ye, Rong-Hua Zhang, Hongna Wang, The role played by tropical cyclones-induced freshwater flux forcing in the upper-ocean responses: A case for Typhoon Yutu (2018), Ocean Modelling, Volume 184, 2023, 102211, ISSN 1463-5003, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2023.102211.
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  • 《基于现场观测揭示孟加拉湾上层海洋对热带气旋Amphan（2020）的响应特征》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-11-20
    • 近期，自然资源部第二海洋研究所周锋研究员团队在国际海洋学TOP期刊Progress in Oceanography上发表了题为“Observed oceanic response to Tropical Cyclone Amphan (2020) from a subsurface mooring in the Bay of Bengal”的研究成果，为“孟加拉湾和赤道东印度洋联合海洋与生态研究计划”（Joint Advanced Marine and Ecological Studies，简称JAMES）再立新功。第一作者为自然资源部第二海洋研究所与上海交通大学联合培养的博士研究生彭映瑜，通讯作者为田娣副研究员和周锋研究员，合作者为张翰副研究员，马晓助理研究员、曾定勇工程师、孟启承副研究员、周蓓峰高级工程师、叶瑞杰助理研究员、陈叶青工程师、蔺飞龙助理研究员、胡振涛科研助理，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）朱学明副研究员。 热带气旋是全球最具破坏性的天气事件和自然灾害，生成于海水温度较高的热带或副热带海域。孟加拉湾是位于北印度洋东部的边缘海，是热带气旋的活跃形成区，每年平均有三到四场风暴。由于其特殊的地理位置和复杂的地形特征，孟加拉湾蕴含着丰富而活跃的多尺度海洋动力过程，包括内潮、中尺度或亚中尺度涡旋和大尺度环流等。孟加拉湾的大多数内潮活动仅限于半日潮频率，安达曼-尼科巴山脊是该地区半日潮（D2）的主要来源。过去，由于缺乏孟加拉湾中北部连续观测的水体剖面资料，孟加拉湾上层海洋对热带气旋的响应研究一直受到限制。自然资源部全球变化与海气相互作用二期专项对此进行了针对性的设计，在公海海域部署了潜标等多种观测，通过守株待兔的方式捕捉到了热带气旋Amphan。热带气旋Amphan是近20年来发生在北印度洋的第一个超级热带气旋。本研究基于JAMES研究计划在孟加拉湾南部的潜标观测资料Q12和Argo浮标，研究了孟加拉湾上层海洋对气旋Amphan（2020）的温盐和动力响应。随着Amphan的形成和移动，海面对Amphan的响应主要表现为海表温度下降和海表盐度增加。同时，潜标观测到了很强的上升流，气旋过后13℃等温线抬升约50 m，导致整个温盐链观测深度范围内（150-800 m）都有显著的冷却。在150-200 m的深度范围内，盐度显著增加，最大增加约0.16。在动力响应方面，当Amphan经过时，流速显著增加，尤其是在122.6 m以上。Q12观测到的最大流速在42.6 m处增加到1.12 m/s。平均深度功率谱表明，Amphan经过后，近惯性频带出现了显著的能量谱峰。有趣的是，在D2-f和2f频带也出现了显著的能谱谱峰，能量增加了约3-7倍。 为了进一步讨论近惯性动能的衰减以及D2-f和2f频带出现的原因，本研究用小波分析和双相干分析诊断了近惯性波与半日潮之间的非线性相互作用。结果表明，D2-f和2f频带中带通滤波动能与本次事件中出现的强烈的近惯性动能（NIKE）相一致。它们的生成和衰减与近惯性波的生消过程密切相关，D2-f和2f频带的能量分别约为NIKE的12%和22%。在近惯性能量衰减过程中，近惯性波和半日潮发生非线性相互作用，将能量传递到高频波段（D2-f）。此外，本研究发现热带气旋诱导的近惯性波发生自相互作用，并产生高频内波2f。根据前人研究表明，在容易发生参量次谐频不稳定机制（PSI）的临界日纬度（29°和14°）附近，热带气旋可以诱导近惯性波发生自相互作用（f+f=2f）。虽然本研究锚系的位置并不位于临界纬度，但仍然发生了自相互作用，这可能与Amphan持续向海洋输入的正相对涡度有关。 该研究获得了国家重大专项－自然资源部“全球变化与海气相互作用二期”的经费资助和观测支撑。在该专项的支持下，海洋二所牵头发起了“孟加拉湾和赤道东印度洋联合海洋与生态研究计划”（Joint Advanced Marine and Ecological Studies，简称JAMES），合作单位包括国家海洋环境预报中心、国家海洋技术中心等国内业务与研发机构，以及来自斯里兰卡、缅甸和泰国等国家的大学或部委机构。今年是共建“一带一路”倡议提出十周年。JAMES研究计划旨在研究赤道东印度洋和孟加拉湾海域的生态环境特征及其对季风、气候以及人类活动的响应规律，与海上丝绸之路沿线国家共同深化落实一带一路合作愿景，为海洋治理提供科技支撑。 论文引用： [1] Peng, Y., Tian, D., Zhou, F., Zhang, H., Ma, X., Zeng, D., Meng, Q., Zhou, B., Ye, R., Chen, Y., Lin, F., Hu, Z., and Zhu, X. 2023. Observed oceanic response to Tropical Cyclone Amphan (2020) from a subsurface mooring in the Bay of Bengal. Progress in Oceanography, 103148. doi:10.1016/j.pocean.2023.103148.
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