韓玉康，龔立新

(中國(guó)人民解放軍31010部隊(duì) 北京市 100081)

南海溫躍層對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程響應(yīng)的數(shù)值模擬研究

韓玉康，龔立新

(中國(guó)人民解放軍31010部隊(duì) 北京市 100081)

本文基于改進(jìn)的垂向28層NERSC-HYCOM海洋模式，采用兩層嵌套形式，對(duì)南海溫躍層進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并探究其對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程的響應(yīng)。檢驗(yàn)證明，改進(jìn)的垂向28層HYCOM模式比原22層模式對(duì)南海溫躍層的模擬能力有了很大的提高，能較好地反映出躍層的基本形態(tài)及季節(jié)變化。通過(guò)臺(tái)風(fēng)影響溫躍層深度變化的個(gè)例研究與統(tǒng)計(jì)分析，得出臺(tái)風(fēng)對(duì)路經(jīng)海域的溫躍層的影響可劃分為4種類型:即時(shí)響應(yīng)型，持續(xù)變化型，雙躍層型，微小影響型，并且認(rèn)為形成上述不同類型的原因主要有以下兩個(gè)方面:臺(tái)風(fēng)自身風(fēng)力大小與作用時(shí)間長(zhǎng)短；臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后的本地風(fēng)力大小。

HYCOM；南海；溫躍層；臺(tái)風(fēng)；數(shù)值模擬

海洋溫度躍層位于海洋混合層之下，是指海洋中海水溫度垂向梯度較大的水層，是反映海洋溫度場(chǎng)的重要物理特性指標(biāo)。研究和掌握溫度躍層的基本特征，對(duì)于研究海洋中光和聲的傳播、水下通訊以及海上軍事活動(dòng)等都具有重要意義。

南海溫躍層作為南海重要的海洋上層物理現(xiàn)象，成為眾多海洋學(xué)家的重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題，并出現(xiàn)了大量的相關(guān)研究[1-6]。近些年來(lái)，隨著人們對(duì)南海溫躍層認(rèn)識(shí)的不斷加深，對(duì)南海溫躍層影響因素的相關(guān)研究也越來(lái)越多[7-10]。Liu[12]等指出，海面凈輻射通量的減弱，會(huì)使海洋溫躍層深度變淺。孫成學(xué)[13]指出，南海混合層深度的分布特征與熱通量的季節(jié)變化，與季風(fēng)引起的Ekman輸送及Ekman抽吸有關(guān)。1985年，F(xiàn)isher[14]根據(jù)1955年的兩次熱帶氣旋過(guò)程Connie和Diana的船舶數(shù)據(jù)，研究得出熱帶氣旋對(duì)海面溫度具有明顯的影響。凌征[15]研究了熱帶氣旋對(duì)南海夏季溫躍層的影響，認(rèn)為熱帶氣旋對(duì)溫躍層的影響主要在于以下兩個(gè)方面:一是強(qiáng)力混合作用，使海洋上層暖水進(jìn)入季節(jié)性溫躍層；二是強(qiáng)烈抽吸作用，使海洋下層冷水進(jìn)入季節(jié)性溫躍層。FAN Wei[16]等利用ROMS模式對(duì)南海冬夏季不同類型的溫躍層分布進(jìn)行了數(shù)值研究，分析了溫躍層特征量在南海海區(qū)的分布狀態(tài)，并再現(xiàn)了幾次臺(tái)風(fēng)過(guò)程中溫躍層的短期變化情況，認(rèn)為臺(tái)風(fēng)過(guò)程將壓縮溫躍層中的等溫線，加深溫躍層深度，增強(qiáng)溫躍層強(qiáng)度。

在很多研究中，將溫躍層上界定義為溫躍層的深度。溫躍層深度所在位置就是上混合層與溫躍層的分界處，是海水垂向溫度和其他海洋要素變化最為劇烈的地方。本文利用改進(jìn)的垂向28層NERSC-HYCOM模式，對(duì)南海溫躍層現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬，探究分析臺(tái)風(fēng)過(guò)程影響溫躍層深度的不同情況，增進(jìn)對(duì)此海氣相互作用現(xiàn)象的了解。

1 模式和方法

1.1HYCOM模式及其改進(jìn)

HYCOM海洋模式是在MICOM(miami isopycnic-coordinate ocean model)數(shù)值模式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。HYCOM數(shù)值模式是全球海洋環(huán)流模式，最大的特點(diǎn)是采用3種垂向坐標(biāo)相結(jié)合的垂向混合坐標(biāo):z坐標(biāo)，sigma坐標(biāo)和等密度坐標(biāo)。近年來(lái)，HYCOM模式被廣泛應(yīng)用于大洋和區(qū)域海洋的研究之中。

1.1.1 垂向混合方案

HYCOM中提供了多種垂向混合參數(shù)化方案來(lái)解決跨等密度面的混合問(wèn)題，例如K-T(Kraus-Turner)， KPP(K-Profile-Parameterization)， PWP(Price-Weller-Pinkel)， GISS(NASA Goddard Institute for Space-Studies-level 2)，MY-2.5 (Mellor-Yamada level 2.5)方案等。本文HYCOM模式中采用了KPP(K-Profile Parameterization，廓線參數(shù)化)方案，與其他混合方案相比，KPP方案具有其自身的優(yōu)點(diǎn):混合過(guò)程能夠?qū)⒑１韺拥膭×一旌虾秃Ｑ髢?nèi)部相對(duì)較弱混合之間進(jìn)行很好的過(guò)渡；在海洋內(nèi)部，將剪切不穩(wěn)定混合、背景內(nèi)波破碎、擴(kuò)散不穩(wěn)定等進(jìn)行參數(shù)化；在海表邊界層，對(duì)表面浮力、風(fēng)驅(qū)動(dòng)混合、連續(xù)不穩(wěn)定等諸多物理過(guò)程參數(shù)化；將溫鹽場(chǎng)的非局地參數(shù)化引入，發(fā)展了反梯度通量[88]。

圖1 模式區(qū)域設(shè)置:模式大區(qū)域(左),模式小區(qū)域(右)

1.1.2 模式區(qū)域及分辨率設(shè)置

模式采用兩層嵌套技術(shù)，分為內(nèi)外兩層模式區(qū)域。外部大區(qū)域?yàn)?0°S以北的太平洋區(qū)域，范圍 99°E-289°E， 20°S-65°N， 水平分辨率1/2°×1/2°；內(nèi)部小區(qū)域?yàn)槲鞅碧窖蠛椭袊?guó)近海海域，范圍99°E-148°E，10°S-52°N，水平分辨率為1/8°×1/8° (如圖1)。

1.1.3 邊界條件

大區(qū)域太平洋海域的邊界采用牛頓松弛邊界條件，邊界上的空間松弛尺度為20個(gè)網(wǎng)格，時(shí)間松弛尺度為20 d。將地形進(jìn)行多次平滑，減少了部分海域中的地形劇烈變化，避免了由于地形劇烈變化而產(chǎn)生的計(jì)算不穩(wěn)定問(wèn)題。中國(guó)近海小區(qū)域模式嵌套于太平洋區(qū)域模式，每天從大區(qū)域獲取一次邊界條件。

1.1.4 初始場(chǎng)和強(qiáng)迫場(chǎng)資料

模式的溫鹽初始場(chǎng)資料采用PHC(Polar Science Center Hydrographic Climatology)溫鹽資料，該資料是由 Levitus′ 1998 WOA資料和 AOA(the EWG Arctic only climatology)資料處理得來(lái)的。與Levitus資料相比，PHC在極地地區(qū)分辨率更高，并且具有更好的初值穩(wěn)定性。

氣候態(tài)大氣強(qiáng)迫場(chǎng)資料采用了歐洲天氣中心的月平均氣候態(tài)數(shù)據(jù)ERA40，數(shù)據(jù)包括飛機(jī)觀測(cè)(Aircraft observations)、高空探測(cè) (upper air soundings)、航海觀測(cè) (Marine observations)以及衛(wèi)星資料等。其空間分辨率為1°×1°，包括海溫、降水量、海面以上10 m風(fēng)場(chǎng)、云量、徑流與河流流量、風(fēng)應(yīng)力、海表通量等數(shù)據(jù)資料。

大氣的高頻強(qiáng)迫場(chǎng)資料采用了歐洲中心的ERA-I(ERA-Interim)資料，是ECMWF 研制的最新的全球大氣再分析高頻強(qiáng)迫資料，范圍覆蓋全球。空間分辨率為0.5°×0.5°，時(shí)間分辨率為6 h。數(shù)據(jù)集包括蒸發(fā)降水場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、海表面溫度場(chǎng)、凈海面輻射通量場(chǎng)以及相對(duì)濕度場(chǎng)等數(shù)據(jù)資料。

1..1.5 模式運(yùn)行設(shè)置

(1)模式大區(qū)域?qū)嶒?yàn)氣候態(tài)運(yùn)行20年，模式穩(wěn)定，將其第16-20年的結(jié)果作為小區(qū)域?qū)嶒?yàn)的背景場(chǎng)；

(2)小區(qū)域?qū)嶒?yàn)氣候態(tài)運(yùn)行5年，模式穩(wěn)定，得到氣候態(tài)結(jié)果；

(3)將小區(qū)實(shí)驗(yàn)域第5年的結(jié)果作為其高頻運(yùn)行的背景場(chǎng)，模式進(jìn)行2000-2008年的高頻強(qiáng)迫計(jì)算，得到2000-2008年結(jié)果。

1.1.6 模式垂向分層與改進(jìn)

在模式的垂向坐標(biāo)與分層設(shè)置上，本文采用吳炎成等[17]對(duì)HYCOM垂向設(shè)置的改進(jìn)方案，模式的垂向分層在原模式22層的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)置為28層，各層的參考目標(biāo)位密值如下表:

表1 垂向28層分層位密設(shè)置

垂向分層前10層的位密值都小于21.5，小于實(shí)際海洋的位密值，使得海洋上層10層的坐標(biāo)設(shè)定為z坐標(biāo)，增加海洋上混合層的垂向分層密度，提高分辨率。同時(shí)將海洋深層的垂向?qū)訑?shù)加密，提高海洋深層的分辨率[18]。圖2為南海中部13°N斷面的模式垂向分層結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的28層模式，垂向分層加密，對(duì)于海洋上層的物理過(guò)程模擬的分辨率更高。

1.2 溫躍層的判定方法

目前溫躍層判定的主要方法包括: 垂向梯度法、曲率極值點(diǎn)法、S-T法(自海表面向下，與表層溫度值之差大于0.5℃的溫度值所在深度為溫躍層上界深度)[19]和擬階梯函數(shù)法。根據(jù) 《海洋調(diào)查規(guī)范》的規(guī)定，淺海 (水深≤200 m)的垂向溫度梯度超過(guò)0.2℃/m的水層為躍層，深海(水深＞200 m)的垂向溫度梯度超過(guò)0.05 ℃/m的水層為躍層[20]。郝佳佳[21]等通過(guò)對(duì)比垂向梯度法和擬階梯函數(shù)法在深水開(kāi)闊海域溫躍層判定中的應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，垂向梯度法深水0.05 ℃cm-1標(biāo)準(zhǔn)所得的溫躍層特征量與實(shí)際符合較好。南海海域?qū)掗?，水深較深，比較符合深水開(kāi)闊海域標(biāo)準(zhǔn)，本文采用此方法來(lái)進(jìn)行溫躍層的判定。

圖2 南海中部13°N斷面的模式垂向分層結(jié)構(gòu):(a)為原22層HYCOM模式垂向分層;(b)為吳炎成改進(jìn)后28層HYCOM模式垂向分層

2 結(jié)果分析

2.1 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

2.1.1 溫躍層的氣候態(tài)模擬

為檢驗(yàn)改進(jìn)前后的垂向28層HYCOM模式對(duì)南海溫躍層的氣候態(tài)模擬效果，本文選取SODA資料作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)模式結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)；并對(duì)比22層HYCOM模式模擬結(jié)果，觀察28層模式的改進(jìn)效果。

圖3為南海中部沿13°N斷面的溫度和溫躍層的垂向斷面結(jié)構(gòu)。從SODA資料的結(jié)果來(lái)看，南海溫躍層在2月份深度較深，平均深度40 m，整體表現(xiàn)為西深東淺，西部最深可達(dá)100 m深度；躍層厚度基本均勻，大約100 m；躍層強(qiáng)度的大值出現(xiàn)在中部以及偏東部海域，西部海域躍層強(qiáng)度較小。8月份，溫躍層整體深度比2月份淺，自西向東逐漸加深，西部海域幾乎可達(dá)海洋表層；躍層厚度相對(duì)2月份略有增大；躍層強(qiáng)度的大值出現(xiàn)在海洋西部。

從圖中可以看出，改進(jìn)之前的22層HYCOM模式對(duì)南海溫躍層模擬的誤差較大，特別是在海洋近表層，由于模式分層粗糙，只有不到10層，不能詳細(xì)刻畫(huà)其溫度場(chǎng)形態(tài)，致使在一些本該出現(xiàn)躍層的地方?jīng)]有表現(xiàn)出躍層的現(xiàn)象來(lái)。改進(jìn)后的28層HYCOM模式，模擬效果較好，在躍層的深度、厚度以及躍層的變化趨勢(shì)等方面的模擬都有了很大的改進(jìn)，能較好表現(xiàn)其基本形態(tài)和位置。

2.1.2 溫躍層的天氣尺度模擬

為檢驗(yàn)28層HYCOM模式對(duì)南海溫躍層在天氣尺度上的模擬效果，本文選取2008年2月份與8月份的南海部分Argo浮標(biāo)資料作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)模式結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖4為2008年2月份和8月份的南海Argo浮標(biāo)資料的分布位置，將研究區(qū)域中的2月份多條浮標(biāo)溫度資料和8月份多條浮標(biāo)資料分別求平均，畫(huà)出其垂向溫度廓線，并與HYCOM結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖5。

從Argo資料的結(jié)果來(lái)看，2008年2月份，研究區(qū)域的躍層深度較深，大約在45 m左右，躍層下界大約深度140 m，躍層厚度95 m；2008年8月份，研究區(qū)域的躍層深度較淺，海面以下30 m左右，但是躍層下界很深，可以到達(dá)190 m，整個(gè)躍層厚度達(dá)到160 m。與Argo資料相比，HYCOM模式模擬結(jié)果整體比較吻合，但也存在一定的偏差。2008年2月，模式模擬結(jié)果較好，躍層深度與Argo相同，躍層的下界偏深10 m左右；2008年8月，躍層深度模擬也較好，躍層下界誤差較大，偏深20 m左右。

圖3 南海13°N斷面溫度分布與溫躍層結(jié)構(gòu):色標(biāo)代表躍層強(qiáng)度,單位℃/m。左側(cè)是冬季結(jié)果,右側(cè)是夏季結(jié)果;上中下分別為SODA資料結(jié)果,22層HYCOM模式結(jié)果,28層HYCOM模式結(jié)果

圖4 2008年2、8月份南海Argo浮標(biāo)分布及研究區(qū)域劃分:藍(lán)色點(diǎn)代表2月份浮標(biāo)位置,紅色點(diǎn)代表8月份浮標(biāo)位置,黑色虛線框表示本文的研究區(qū)域

圖5 Argo資料冬(a)、夏(c)季溫度剖面與模式資料冬(b)、夏(d)季溫度剖面,細(xì)實(shí)線代表溫度,粗實(shí)線代表溫躍層的垂向分布范圍

溫躍層下界模式模擬誤差較大，本文認(rèn)為有以下幾個(gè)原因:一是模式近海表的垂向分層相對(duì)于深處更細(xì)，因此溫躍層上界的模擬效果更好，下界略差；二是模式的溫度場(chǎng)資料ERA40和ERA-I中融合的衛(wèi)星觀測(cè)的海表面溫度數(shù)據(jù)較為豐富，而融合的海面以下觀測(cè)數(shù)據(jù)較少，上層溫度場(chǎng)更為準(zhǔn)確，接近實(shí)際，也是導(dǎo)致溫躍層上界模擬效果好于下界的原因。

綜上所述，改進(jìn)后的28層HYCOM模式對(duì)海洋溫躍層的天氣尺度的模擬是比較好的，能較好地反映出躍層的位置、基本形態(tài)以及季節(jié)變化，特別是對(duì)溫躍層深度的模擬較為準(zhǔn)確。

2.2 溫躍層深度對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程的響應(yīng)

由于特殊的地理位置和氣候條件，南海是一個(gè)臺(tái)風(fēng)經(jīng)常生成或者路經(jīng)的海域。臺(tái)風(fēng)是一個(gè)具有很強(qiáng)的正的風(fēng)應(yīng)力旋度的渦旋系統(tǒng)，臺(tái)風(fēng)在南海形成或者經(jīng)過(guò)，必定會(huì)產(chǎn)生向上的Ekman抽吸，對(duì)南海的表層和上層環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。南海溫躍層對(duì)臺(tái)風(fēng)是如何響應(yīng)的?臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)溫躍層的影響到底有多大?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，本文將通過(guò)結(jié)合臺(tái)風(fēng)個(gè)例與統(tǒng)計(jì)分析兩種形式，基于HYCOM的模式模擬結(jié)果，對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中，溫躍層深度的變化進(jìn)行分析研究。

2.2.1 個(gè)例分析

為了形象的展示臺(tái)風(fēng)過(guò)程中溫躍層深度的變化，本文選取3次臺(tái)風(fēng)過(guò)程作為研究個(gè)例，并在每個(gè)臺(tái)風(fēng)在南海的路徑之上選取一個(gè)點(diǎn)作為研究點(diǎn)，觀察其海面風(fēng)場(chǎng)和溫躍層深度在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后隨時(shí)間的變化。風(fēng)場(chǎng)資料來(lái)自ERA-I，并且使用ERA-I資料作為HYCOM模式的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，來(lái)模擬計(jì)算溫躍層數(shù)據(jù)，保證了風(fēng)場(chǎng)特征和溫躍層特征在進(jìn)行比較時(shí)的統(tǒng)一和匹配。3次臺(tái)風(fēng)過(guò)程的基本信息如下:

表2 三次臺(tái)風(fēng)個(gè)例的基本信息

圖6 2008年4月第2號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速(上)和溫躍層深度(下)的變化

圖6為2008年4月第2號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速和溫躍層深度的變化。如圖所示，臺(tái)風(fēng)時(shí)間大約在圖中第15-20 d之間。臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)，海面10 m風(fēng)速10 m/s左右，臺(tái)風(fēng)前后，海面風(fēng)場(chǎng)都有一次加強(qiáng)，整個(gè)過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度不是很大。海洋溫躍層深度的變化與海面風(fēng)場(chǎng)的變化成正相關(guān)，在一個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)3次明顯的躍層深度的加深?？梢钥闯觯S層深度的加深對(duì)海面風(fēng)場(chǎng)響應(yīng)較快，風(fēng)場(chǎng)加強(qiáng)，躍層隨即加深；當(dāng)風(fēng)場(chǎng)減小，躍層變淺。

圖7為2006年12月第24、25號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速和溫躍層深度的變化。如圖所示，兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程分別在圖中第8-15 d和第17-22 d，并且在兩次臺(tái)風(fēng)之后，還存在一次很強(qiáng)的大風(fēng)天氣。海洋溫躍層因?yàn)?次大風(fēng)天氣的影響，不斷加深。同時(shí)，又因?yàn)閹状未箫L(fēng)作用時(shí)間較長(zhǎng)，他們之間的時(shí)間間隔較短， 并沒(méi)有出現(xiàn)像上文的即時(shí)響應(yīng)型一樣，在大風(fēng)過(guò)后躍層隨之變淺的現(xiàn)象，而是又受下一次大風(fēng)的影響，繼續(xù)加深，最深處達(dá)到55 m，相對(duì)臺(tái)風(fēng)影響之前溫躍層加深20多米。躍層深度較深時(shí)，風(fēng)場(chǎng)對(duì)其影響越來(lái)越小，躍層深度不再加深。

圖7 2006年12月第24、25號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速(上)和溫躍層深度(下)的變化

圖8 2006年5月第2號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速(上)和溫躍層深度(下)的變化

圖8為2006年5月第2號(hào)臺(tái)風(fēng)在研究點(diǎn)的風(fēng)速和溫躍層深度的變化。如圖所示，臺(tái)風(fēng)過(guò)程出現(xiàn)在圖中第10-20 d內(nèi)，臺(tái)風(fēng)前后一個(gè)月內(nèi)，海面風(fēng)場(chǎng)都很小，風(fēng)速平均3 m/s。臺(tái)風(fēng)過(guò)程以前，躍層深度大約10 m左右，當(dāng)臺(tái)風(fēng)路過(guò)時(shí)，躍層深度迅速增加，最深處達(dá)到40 m。隨后，當(dāng)臺(tái)風(fēng)過(guò)去以后，海面風(fēng)力減小，躍層深度開(kāi)始隨之減小。同時(shí)，在海洋表層，由于太陽(yáng)輻射等原因，表層海溫升高，海水垂向溫度差異增大，導(dǎo)致在海表面處產(chǎn)生另一溫度躍層。剛開(kāi)始躍層出現(xiàn)在海表面，厚度較小；隨著不斷的太陽(yáng)輻射，此躍層的深度不斷增加，厚度加大，最終與深度較深的原躍層合為一體，躍層的整體基本恢復(fù)到臺(tái)風(fēng)以前的形態(tài)。

2.2.2 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)篩選出2000-2008年9年間，在南海發(fā)生發(fā)展 (“南海土臺(tái)風(fēng)”)或者移動(dòng)過(guò)程經(jīng)過(guò)南海海域 (外來(lái)臺(tái)風(fēng))的臺(tái)風(fēng)事件，探究其對(duì)南海溫躍層深度的影響。選取臺(tái)風(fēng)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)臺(tái)風(fēng)路徑經(jīng)過(guò)南海海域，并且在南海海域時(shí)的強(qiáng)度達(dá)到臺(tái)風(fēng)級(jí)別的最低標(biāo)準(zhǔn) (中心最大風(fēng)速大于64 m/s)；

(2)通過(guò)JWTC資料篩選出的臺(tái)風(fēng)過(guò)程，必須在模式的風(fēng)場(chǎng)資料ERA-I中有很好的對(duì)應(yīng)，即在模式的ERA-I資料中存在相對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)過(guò)程，這樣才能通過(guò)模式模擬出臺(tái)風(fēng)過(guò)程中溫躍層的變化。

本文通過(guò)上述條件篩選出2000-2008年的臺(tái)風(fēng)過(guò)程共20例，具體的臺(tái)風(fēng)及其基本信息如下表:

表3 選取研究的2000-2008年期間的臺(tái)風(fēng)過(guò)程及其基本信息

通過(guò)與上文相同的研究方法，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，本文認(rèn)為，臺(tái)風(fēng)對(duì)路經(jīng)海域的溫躍層影響可劃分為4種類型:即時(shí)響應(yīng)型，持續(xù)變化型，雙躍層型，微小影響型 (如表4所示)，并且通過(guò)分析臺(tái)風(fēng)及其經(jīng)過(guò)前后的風(fēng)場(chǎng)，認(rèn)為形成上述不同類型的原因主要有以下兩個(gè)方面:臺(tái)風(fēng)自身風(fēng)力大小與作用時(shí)間長(zhǎng)短；臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后的本地風(fēng)力大小。

表4 臺(tái)風(fēng)影響溫躍層深度的4種類型及其包含的臺(tái)風(fēng)(編號(hào))

(1)即時(shí)響應(yīng)型:與上文個(gè)例一相同，臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度不是很強(qiáng)，海面風(fēng)速大約十幾米每秒，臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后風(fēng)場(chǎng)有一定的變化但不是很大。在這種情況下，溫躍層會(huì)隨著海面風(fēng)場(chǎng)的變化而變化，響應(yīng)很快。二者之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，風(fēng)場(chǎng)加強(qiáng)，躍層加深；風(fēng)場(chǎng)減小，躍層變淺。

(2)持續(xù)變化型:與上文個(gè)例二相同，參考點(diǎn)海面經(jīng)歷連續(xù)的臺(tái)風(fēng)過(guò)程或者大風(fēng)過(guò)程，風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度較大，作用時(shí)間較長(zhǎng)。溫躍層會(huì)受較大風(fēng)場(chǎng)的影響，不斷深度加深，到達(dá)一定深度后，受海面風(fēng)場(chǎng)的影響減弱，躍層深度不再增加。

(3)雙躍層型:與上文個(gè)例三相同，在臺(tái)風(fēng)過(guò)程前后，風(fēng)場(chǎng)都比較穩(wěn)定，且風(fēng)速很小，臺(tái)風(fēng)過(guò)程風(fēng)速較大。臺(tái)風(fēng)路過(guò)時(shí)，溫躍層深度迅速增加，與風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度呈正相關(guān)；當(dāng)臺(tái)風(fēng)過(guò)后，躍層深度開(kāi)始慢慢減?。煌瑫r(shí)，在海洋表層，由于太陽(yáng)輻射等原因，產(chǎn)生另一躍層。新產(chǎn)生的躍層不斷變厚、加深，最終與原躍層合為一體，躍層的整體基本和恢復(fù)的臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)以前的形態(tài)。

(4)微小影響型:除了上述幾種情況外，還有一種情況下，當(dāng)臺(tái)風(fēng)路徑海域的溫躍層原本深度較大，而臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度較小或者作用時(shí)間較短，此時(shí)，臺(tái)風(fēng)對(duì)躍層深度的影響不是很大。

與FAN Wei等的結(jié)果相比，本文的類型一與類型二分別與其兩個(gè)個(gè)例的類型相同，由于FAN Wei采用的是20℃等溫線來(lái)判定的躍層深度，所以不會(huì)出現(xiàn)本文的類型三，即雙躍層型。綜上所述，本文的研究結(jié)果與前人的研究相符，并且研究類型相對(duì)全面。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文利用改進(jìn)的垂向28層的NERSC-HYCOM海洋模式，對(duì)南海溫躍層進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過(guò)個(gè)例研究與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合，探究南海溫躍層對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程的不同響應(yīng)過(guò)程。主要結(jié)論如下:

(1)改進(jìn)的垂向28層HYCOM模式比原22層模式對(duì)南海溫躍層的模擬能力有了很大的提高，能較好地反映出躍層的基本形態(tài)及季節(jié)變化；

(2)臺(tái)風(fēng)對(duì)路經(jīng)海域的溫躍層的影響可劃分為4種類型:即時(shí)響應(yīng)型，持續(xù)變化型，雙躍層型，微小影響型；

(3)形成臺(tái)風(fēng)對(duì)溫躍層影響的4種不同類型的原因主要有以下兩個(gè)方面:臺(tái)風(fēng)自身風(fēng)力大小與作用時(shí)間長(zhǎng)短，臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后的本地風(fēng)力大小。

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2017-10-31

國(guó)家自然基金項(xiàng)目 《基于多源資料的三維流場(chǎng)估算技術(shù)研究》 (41306010)。