吳鈴蔚，凌 征*

(1. 衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學國家重點實驗室，浙江 杭州 310012；2. 國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

基于Argo資料的西北太平洋海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征分析

吳鈴蔚1，2，凌 征*1，2

(1. 衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學國家重點實驗室，浙江 杭州 310012；2. 國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮標鹽度觀測資料，利用合成分析方法研究了海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征。結(jié)果表明海表面鹽度對臺風的響應(yīng)具有明顯的非對稱性：臺風過后其路徑右側(cè)的海表面鹽度顯著上升；左側(cè)的則在R50內(nèi)上升，R50外區(qū)域普遍下降。進一步分析顯示臺風強度、移動速度和海洋混合層深度對海表面鹽度響應(yīng)特征均有較大影響。強度大或移動緩慢的臺風能造成大范圍的海表面鹽度上升；強度小或移動快速的臺風只在路徑右側(cè)造成海表面鹽度上升，左側(cè)的則普遍下降。夏季(6-9月)臺風過后，海表面鹽度在混合層淺的區(qū)域普遍大幅上升，在混合層深的區(qū)域則在臺風路徑左右兩側(cè)2R50范圍內(nèi)小幅上升，在遠離臺風路徑左側(cè)區(qū)域下降。

海表面鹽度；Argo 剖面浮標；臺風；混合層深度

0 引言

上層海洋與臺風的相互作用在過去的幾十年中備受關(guān)注[1-8]，這種相互作用對上層海洋的熱量交換、動力過程以及生物過程意義重大。以往海洋對臺風響應(yīng)的研究主要集中于海表面溫度、環(huán)流、淡水通量以及葉綠素等要素[4,6,8-14]，而對于鹽度，由于觀測資料的匱乏，其對臺風響應(yīng)的研究相對較少。

臺風經(jīng)過時海表面鹽度主要受以下4個過程影響：降水、蒸發(fā)、混合和Ekman抽吸。在這4個過程中，只有降水會造成海表面鹽度下降，其他3個過程均會使海表面鹽度增加，因此海表面鹽度對臺風的響應(yīng)取決于以上4個過程最終的競爭結(jié)果[15]。KOWN和RISER[16]利用PALACE型浮標發(fā)現(xiàn)大西洋颶風“Dennis”使混合層內(nèi)鹽度增加了0.24，他們認為強烈的風暴引起的近表層蒸發(fā)及更深層高鹽水的涌升是造成鹽度上升的主要原因；而許東峰 等[15]根據(jù)Argo浮標得到的次表層鹽度剖面發(fā)現(xiàn)大多數(shù)臺風經(jīng)過西北太平洋暖池區(qū)時會引起鹽度下降，他們認為熱帶氣旋帶來的淡水輸入有利于鹽度的下降，同時降水也會抑制臺風引起的混合作用。劉增宏 等[17]對西北太平洋Argo浮標觀測資料的分析結(jié)果顯示臺風造成的混合層鹽度變化在臺風軌跡兩側(cè)基本呈對稱分布；而JACOB和KOBLINSKY[18]利用HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)模式則發(fā)現(xiàn)颶風路徑右側(cè)鹽度下降更多，和溫度一樣存在明顯的右偏現(xiàn)象。

綜上所述，受到鹽度觀測數(shù)據(jù)的制約，以往海表面鹽度對臺風響應(yīng)的研究多局限于個例研究和數(shù)值模擬，且結(jié)論存在較大分歧。近年來，隨著全球Argo實時海洋觀測網(wǎng)的全面建成，上層海洋鹽度資料大大增加，為研究上層海洋鹽度對臺風的響應(yīng)提供了良好的契機。本文通過合成分析西北太平洋1996—2012年這17 a內(nèi)臺風前后的Argo剖面浮標鹽度觀測資料，揭示了西北太平洋海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征，同時分析了臺風強度、移動速度以及混合層深度對海表面鹽度變化的影響。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 臺風資料

臺風數(shù)據(jù)采用日本氣象廳(http:∥www.jma.go.jp/jma/jma-eng/jma-center/rsmc-hp-pub-eg/trackarchives.html)1996—2012 年的臺風最佳路徑資料，該數(shù)據(jù)集包含了每6 h 1次的臺風中心位置、最大風速以及50 kn(約25.7 m/s)風速長半徑(R50)等信息。為了對不同強度的臺風作標準化處理，我們僅使用最大風速在50 kn及以上的臺風數(shù)據(jù)，標準化過程使用R50來歸一化Argo剖面距離臺風中心的距離。經(jīng)統(tǒng)計，1996—2012年間西北太平洋共有258個臺風(圖1)滿足上述要求。

圖1 1996—2012 年間西北太平洋臺風路徑(實線)、Argo剖面分布(紅點)和夏季(6—9月)平均混合層深度Fig. 1 Typhoon tracks (solid lines) , locations of Argo profiling floats (red dots) and summer mean mixed layer depth in Northwest Pacific during 1996-2012

1.2 Argo 浮標資料

Argo浮標資料取自中國Argo實時資料中心(http://www.argo.org.cn/)，所有的剖面數(shù)據(jù)在發(fā)布之前都已經(jīng)過實時和延時質(zhì)量控制[19]。1996—2012年間，西北太平洋共有111 773個Argo浮標剖面。本文對臺風引起的海表面鹽度變化特征的合成分析基于臺風前后的Argo剖面對，選取時基于以下4個原則：(1)本文的研究區(qū)域著重在深海大洋，故僅保留觀測深度大于1 000 m的剖面[20]；(2)沿臺風路徑及垂直于臺風路徑方向上，Argo剖面與臺風中心的距離均在5R50以內(nèi)；(3)臺風前后的Argo剖面對之間的距離必須小于200 km，以減小由于海洋背景場空間變化所造成的差異[20]；(4)時間窗口為臺風前10 d之內(nèi)[20]和臺風后3 d之內(nèi)。根據(jù)以上采樣原則，從滿足條件的258個臺風中共挑選出955對剖面，其中647對剖面在臺風期間觀測到了海表面(5 m)鹽度數(shù)據(jù)(圖1)。

1.3 混合層深度資料

氣侯態(tài)混合層深度數(shù)據(jù)采用亞太數(shù)據(jù)研究中心 (http://apdrc.soest.hawaii.edu/data/data.php) 提供的基于溫度判據(jù)的氣侯態(tài)數(shù)據(jù)集，空間分辨率為1/2°×1/2°。西北太平洋夏季(6—9月)平均混合層深度空間分布特征如圖1所示。

1.4 風場資料

海面風場資料取自美國國家氣候數(shù)據(jù)中心(http://www.ncdc.noaa.gov/data-access/marineocean-data/blended-global/blended-sea-winds)提供的距海表面10 m高度上的風場，為多衛(wèi)星融合的逐日格點數(shù)據(jù)，空間分辨率為1/4°×1/4°。

1.5 合成分析方法

本文采用HART et al[21]的合成分析方法研究海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征。根據(jù)Argo剖面對在沿著臺風路徑方向和垂直于臺風路徑方向距離相應(yīng)臺風中心的距離，利用BARNES[22]于1964年提出的空間插值方法(又稱高斯加權(quán)客觀分析方法)，將各臺風過程中的Argo剖面對觀測到的海表面鹽度變化插值到規(guī)則的網(wǎng)格上，最后得到海表面鹽度變化的平面分布圖。該網(wǎng)格以臺風中心為中心，在沿著臺風路徑及垂直于臺風路徑方向各取10R50，格距為R50。使用Barnes插值方法時，選取各向同性的影響半徑為2R50，這樣可以對鹽度異常場進行一定程度的平滑，以濾去因合成方法帶來的小尺度噪聲。

2 結(jié)果

2.1 海表面鹽度對臺風的基本響應(yīng)特征

利用Argo剖面浮標在臺風前后的海表面鹽度觀測值，合成分析了西北太平洋海表面鹽度對臺風的基本響應(yīng)特征。如圖2所示，臺風在其路徑右側(cè)引起了海表面鹽度的顯著上升，其范圍達到了5R50(R50的平均值為158 km)；其中，上升最顯著之處位于臺風中心右后方(2R50，-1R50)處，幅度達到了0.03。在臺風路徑左側(cè)，海表面鹽度在R50范圍內(nèi)上升而在R50外區(qū)域普遍下降。出現(xiàn)海表面鹽度響應(yīng)這種左右不對稱現(xiàn)象的原因在于臺風的風場具有右偏性[5]，即右側(cè)風場較強(圖2)，更容易將下層高鹽水通過混合等作用帶到海表，從而使得海表面鹽度上升；而在左側(cè)R50以外區(qū)域由于風場較弱，混合等作用引起的鹽度上升小于降水造成的鹽度下降，最終引起海表面鹽度下降。

2.2 臺風強度對海表面鹽度變化的影響

為分析臺風強度對海表面鹽度變化的影響，將臺風分為強臺風(最大風速>36 m/s)和弱臺風(最大風速<36 m/s)，兩類臺風影響下的剖面對分別為357和290對。圖3a顯示，強臺風造成了海表面鹽度大范圍顯著上升，且具有明顯的右偏性，臺風中心右側(cè)且垂直于臺風路徑方向R50處上升幅度最大，達到了0.05。這說明，在強臺風情況下，蒸發(fā)、混合和Ekman

圖2 合成的臺風風場(箭頭)和臺風引起的海表面鹽度變化Fig. 2 Compositive wind field of typhoon (vector) and sea surface salinity variation induced by typhoons

抽吸引起的海表面鹽度上升的幅度在臺風左右兩側(cè)均要大于降水導致的鹽度下降的幅度，且在右側(cè)更大。當臺風強度較小時，只在其路徑右側(cè)引起海表面鹽度的小幅上升，其中相對顯著的上升區(qū)域位于臺風路徑右側(cè)(4R50,-1R50)處，幅度僅為0.02；其路徑左側(cè)海表面鹽度在臺風過后則普遍下降(圖3b)。由此可見，當臺風較弱時，由于其路徑左側(cè)風場較弱，故影響海表面鹽度變化的4個過程中降水起主導作用；而在路徑右側(cè)，在相對較強的風場作用下，其余三者的影響要略強于降水的作用，導致海表面鹽度小幅升高。

圖3 強臺風(a)和弱臺風(b)引起的海表面鹽度變化Fig. 3 Sea surface salinity variation induced by strong(a) and weak(b) typhoons

2.3 臺風移動速度對海表面鹽度變化的影響

為分析臺風移動速度對海表面鹽度變化的影響，將臺風分為快速移動臺風(移動速度>6 m/s)和緩慢移動臺風(移動速度<6 m/s)，兩者影響下的剖面對分別為316和331對。如圖4a所示，當臺風快速移動時，只在其路徑右側(cè)出現(xiàn)海表面鹽度升高且幅度較小，最大升幅為0.02，位于臺風路徑右側(cè)3R50附近；路徑左側(cè)海表面鹽度則普遍顯著下降。據(jù)此可見，當臺風快速移動時，由于其在海洋上空作用時間較短，同時路徑左側(cè)風速又相對較小，故降水造成的鹽度下降過程占主導地位；而在其路徑右側(cè)，相對較強的風場作用彌補了由于臺風作用時間較短的不足，蒸發(fā)、混合和Ekman抽吸的作用加強，引起海表面鹽度上升。當臺風緩慢移動時，海表面鹽度出現(xiàn)大范圍的上升，其中上升幅度在臺風中心右后方(2R50，-1R50)處最大，達到了0.05(圖4b)。這是由于臺風在海洋上空作用時間相對較長，海洋上層得到充分混合,次表層的高鹽水進入混合層，從而導致臺風中心附近海域出現(xiàn)大范圍的海表面鹽度升高。

圖4 快速移動臺風(a)和緩慢移動臺風(b)引起的海表面鹽度變化Fig. 4 Sea surface salinity variation induced by fast(a) and slow(b) moving typhoons

2.4 混合層深度對海表面鹽度變化的影響

海表面鹽度對臺風的響應(yīng)，除了受臺風強度和移動速度影響外，也受到海洋鹽度層結(jié)的影響。根據(jù)氣侯態(tài)月均混合層深度數(shù)據(jù)，西北太平洋夏季(6—9月)各月混合層分布較為一致(圖略)，且平均混合層深度的空間分布表現(xiàn)出明顯的南北向梯度(圖1)：相比25°N以北，25°N以南的混合層顯著加深，其平均值分別為22.5 m 和41.4 m。此外，6—9月是西北太平洋臺風的高發(fā)季節(jié),在挑選的258個臺風中，有172個發(fā)生在此期間。 因此，取6—9月作為研究的時間范圍，同時將西北太平洋進一步劃分為兩個子海盆：25°N以北和25°N以南。據(jù)統(tǒng)計，分別有246和198對剖面位于上述兩個子海盆。如圖5a所示，在混合層較淺的區(qū)域，由于次表層高鹽水更容易在臺風作用下被卷入混合層，臺風過后海表面鹽度普遍較大幅度上升，其中上升最明顯的區(qū)域位于臺風路徑右側(cè)距其R50的條帶上。在混合層較深的區(qū)域，臺風過后其路徑右側(cè)及左側(cè)2R50以內(nèi)區(qū)域海表面鹽度小幅升高，其中升高最大值位于臺風中心右側(cè)(2R50，0)處，僅為0.02；而左側(cè)遠離臺風中心的海表面鹽度則普遍下降(圖5b)。相比于混合層較淺的區(qū)域，海表面鹽度升高的幅度在混合層較深的區(qū)域略小，這是由于較深的混合層抑制了次表層高鹽水進入混合層。

圖5 25°N以北(a)和25°N以南(b)臺風引起的海表面鹽度變化Fig. 5 Sea surface salinity variation induced by typhoons located in north(a) and south(b) of 25°N

3 小結(jié)

本文利用1996—2012年的Argo剖面浮標鹽度觀測資料，分析了西北太平洋海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征。結(jié)果表明海表面鹽度對臺風的響應(yīng)具有明顯的非對稱性：臺風過后其路徑右側(cè)的海表面鹽度顯著上升，上升幅度最大處位于臺風中心右后方；路徑左側(cè)的海表面鹽度則在R50內(nèi)上升而在R50以外區(qū)域普遍下降。該特征與臺風風場具有右偏性相對應(yīng)，進而說明強風引起的混合、卷夾等作用是引起海表面鹽度增大的主要原因。

進一步分析表明，臺風強度、移動速度以及混合層深度對海表面鹽度響應(yīng)均有較大影響。對于強度較大或緩慢移動的臺風而言，臺風能夠造成大范圍的海表面鹽度上升；而強度較弱或快速移動的臺風過后，只在其路徑右側(cè)出現(xiàn)海表面鹽度上升，路徑左側(cè)的海表面鹽度則普遍下降?；旌蠈由疃葘１砻纣}度的變化也有重要影響。在混合層較淺的區(qū)域，由于次表層高鹽水更容易在臺風作用下卷入混合層，臺風過后海表面鹽度普遍大幅度上升；在混合層較深的區(qū)域，海表面鹽度在其路徑右側(cè)和左側(cè)2R50范圍內(nèi)上升，但幅度較小，在左側(cè)遠離臺風中心的區(qū)域則下降。

以上結(jié)果表明，由于Argo浮標在臺風等極端惡劣天氣條件下也能夠正常工作，故Argo浮標數(shù)據(jù)能夠很好地用于研究上層海洋對臺風的響應(yīng)特征。未來隨著Argo浮標資料的積累和更高時空分辨率Argo浮標資料的獲取，我們必定能夠更全面地理解臺風條件下的海-氣相互作用過程，對上層海洋對臺風的響應(yīng)情況有一個更加深入的了解。

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Analysis of sea surface salinity response to typhoon in the Northwest Pacific based on Argo data

WU Ling-wei1,2, LING Zheng* 1,2

(1.StateKeyLaboratoryofSatelliteOceanEnvironmentalDynamics,Hangzhou310012,China; 2.TheSecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou310012,China)

Based on sea surface salinity (SSS) observations from Argo profiling floats during 1996—2012, SSS response to typhoons was analyzed by a synthetic analytical method. The results show that there exists an apparent asymmetry in the SSS response to typhoons: the SSS on the right side of the track increases markedly, however on the left side，it increases within radius of 50 knots wind speed (R50) while decreases outside theR50. Further analyses indicate that intensity, translation speed of typhoon and ocean mixed layer depth all have significant impacts on the SSS response. Strong or slow moving typhoons can produce SSS rises in a large area, whereas SSS increases (decreases) on the right (left) side of the track during the period of weak or fast moving typhoons. In summer (Jun.-Sep.), SSS generally rises more in magnitude and area after the passage of typhoon in regions of shallow mixed layer than in deep one，where SSS rises slightly within radius of 2R50and decreases on the left side far away from typhoon track.

sea surface salinity; Argo profiling floats; typhoon; mixed layer depth

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001.

2015-04-10

2015-05-06

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目資助(2013CB430301)；國家自然科學基金項目資助(41306024，41206002)；國家海洋局第二海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項項目資助(JT1301)

吳鈴蔚(1989-)，女，浙江桐廬縣人，主要從事海-氣相互作用研究。E-mail: wulingwei@126.com

*通訊作者:凌征(1981-),男，助理研究員，湖南醴陵市人，主要從事海洋環(huán)流和海-氣相互作用研究。E-mail:lingzheng@sio.org.cn

P731.12

A

1001-909X(2015)03-0001-06

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001

吳鈴蔚，凌征. 基于Argo資料的西北太平洋海表面鹽度對臺風的響應(yīng)特征分析[J]. 海洋學研究,2015,33(3):1-6,

WU Ling-wei, LING Zheng. Analysis of sea surface salinity response to typhoon in the Northwest Pacific based on Argo data[J]. Journal of Marine Sciences, 2015, 33(3):1-6, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001.