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冷涡对过境台风的响应研究

刘潇  
【摘要】:作为最剧烈的海气相互作用过程之一,台风过境不仅引起了海洋物理及生态环境的响应,还会对近海养殖和沿岸经济产生重要影响。西北太平洋是台风的频发海区,存在着丰富的海洋中尺度涡,有着较为复杂的动力和生物地球化学过程,蕴藏着丰富的海洋资源,对海-气通量交换、海洋能量收支平衡和物质输运等诸多过程有着重要的影响。探讨海洋中尺度涡对台风的响应是海洋学研究中普遍关注的热点问题之一,开展这方面的研究对深入理解上层海洋与台风的相互作用机制具有重要的科学意义和作用。目前对于台风与暖涡相互作用前人已开展了大量研究工作,取得了若干重要研究进展,但关于台风对冷涡的影响,以及由此产生的非地转效应,目前仍缺乏深入认识。本文利用多源卫星遥感资料及再分析资料,对台风泰利(Talim)对海洋中尺度冷涡的影响进行了分析研究,主要关注了2017年第19号台风泰利发生期间,西北太平洋气旋涡对其的物理及生态响应,讨论了台风过境前后海面高度、海表温度、叶绿素浓度及动力学参数涡度、水体拉伸及离散度的时空变化特征,为深入理解上层海洋与台风相互作用提供工作基础。论文研究结果表明:(1)超强台风泰利于2017年9月过境中尺度冷涡期间,冷涡显著增强,海面高度明显降低,最大降幅出现在冷涡中心,达到32.7cm,冷涡面积扩大了两倍。(2)台风气旋式风应力诱发了海洋强烈的挟卷混合和上升流等动力过程,将深层富含营养盐的冷水输送至表层,结合冷涡附近相对不稳定的热力学结构,造成海表温度明显降低,降温幅度超过3°C以上。(3)台风过境导致海面涡旋结构更加完整,冷涡局地水平剪切和水平浮力梯度显著增大,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。(4)台风引起冷涡局地非地转效应和混合效应显著增强,有利于上边界层与海洋内部之间的物质能量与动量交换,对上层海洋营养盐的供给产生重要影响,导致冷涡海域叶绿素平均浓度增长了10倍但仅维持了约一周的时间。基于上述研究,本文进一步统计了2017年经过西北太平洋的30个热带气旋,目的是找出台风泰利引起冷涡剧烈变化的关键因子和物理机制。统计结果表明,只有7个台风导致冷涡增强,其中泰利是唯一引起海洋上层强烈响应的台风。实际上,台风过境期间海面浮游植物的短暂爆发主要取决于低层富含营养盐低温水向真光层的输送能力。而营养盐向上的输送通量主要受风生Ekman Pumping和近惯性混合所控制。只有风应力剪切频率接近于局地惯性频率时,才会诱导产生近惯性振荡和强混合。台风泰利在过境冷涡期间强迫洋面时间相对较长(48h),向海洋输入更多的能量(120k J),在冷涡所在海域形成强上升流区和混合区,其抽吸速度最大达到13.03?10~(-5) m/s,这可能是造成冷涡对台风强烈响应的重要原因。本研究对深入理解涡对台风的响应过程,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。


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