西北太平洋上层海洋对热带气旋的响应

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西北太平洋海域热带气旋频发,登陆期间伴随的强风、暴雨、大浪和风暴潮,会对沿海地区的生命和财产造成毁灭性的破坏,是影响我国的严重海洋灾害之一。作为强烈的海气相互作用过程,海洋对热带气旋的响应和反馈涉及从动力学、热力学要素到多种环境变量的复杂过程,一直是大气和海洋科学研究的前沿问题。开展海洋对热带气旋的响应过程研究,增进对热带气旋影响海洋的物理过程的认识,有利于我们更深层次地理解海气相互作用过程,具有重要的科学意义。为了更好地体现热带气旋左右两侧海洋响应的不同,本文采用以热带气旋移动方向为正北的正交坐标系,开展合成统计分析,基于中国气象局热带气旋最佳路径数据、1993-2018年Aviso卫星高度计数据和海表温度数据,2006-2018年Argo温盐剖面数据,合成分析了西北太平洋海面高度异常、海表温度和海洋上层200m温盐剖面对热带气旋的响应。发现上层海洋对热带气旋的热力和动力响应过程的持续时间并不一致,海面高度异常持续减小的时间更长。上层海洋对热带气旋响应的水平、垂直响应都呈现出明显的左右不对称性。主要结论如下:(1)热带气旋经过时路径中心海面高度明显下降,其右侧海面高度升高,热带气旋经过后第6-7天,海面高度异常降到最低值,然后缓慢升高。在热带气旋经过之后,海面高度异常负值中心逐渐左移。热带气旋的强度和移动速度对海面高度异常变化均有不同程度的影响。移动缓慢、近中心风速大的热带气旋对海面高度异常的影响显著,如在超强台风的影响下,海面高度异常最大降幅为10.93cm;台风情况下,移动速度小于5km/h时,对海面高度的影响最大,海面高度异常最大降幅为19.80cm。(2)热带气旋经过时路径中心海表温度显著下降,热带气旋经过后第3-4天,海表温度降到最低值,之后缓慢升温。在热带气旋经过后,降温中心区域随着热带气旋移动。海表面温度对热带气旋响应呈现出明显的左右不对称分布。热带气旋的风速和移动速度对海表温度变化也均有不同程度影响。热带气旋近中心风速越大,海表温度降低幅度越大。风速大于51.0m/s时海表温度最大降幅可达1.27°C。热带气旋的移动速度越慢,对海表温度的影响越大;强热带风暴情况下,移动速度小于5km/h时,对海表温度的影响最大,海表温度最大降低值可达1.97°C。(3)基于Argo浮标观测数据统计分析了2006-2018年期间西北太平洋5-200m深度上温度、盐度异常对热带气旋的响应。结果表明:在热带气旋经过时和经过之后,热带气旋中心区域及左右两侧温度异常的垂向结构基本一致,大致分为3个深度层:5-40m、40-100m、100-200m,海温异常表现为“负-正-负”,呈反“S”分布形态。在5-40m深度范围内,海温为负异常,5m深度处海温降低幅度为0.27-0.56°C;在40-100m深度范围内,海温为正异常,在50m深度处出现最大升温幅度;在100-200m深度范围内,海温为负异常,但异常值较小。热带气旋经过后海水盐度异常的垂向结构也大致分为3个深度层:5-20m、20-120m、120-200m,呈“S”分布形态。热带气旋路径左侧和中心区域盐度主要为负异常,而在右侧区域海水盐度异常表现为“正-负-正”分布形态。热带气旋路径右侧温盐异常的变化幅度都大于左侧温盐异常的变化幅度。
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