潘云鶴 陸詩(shī)銘 曹安州 范魯騰 李培良 劉興傳

基于HYCOM再分析數(shù)據(jù)的浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”(2015)的響應(yīng)研究*

潘云鶴1陸詩(shī)銘1曹安州1①范魯騰2李培良1劉興傳3

(1. 浙江大學(xué)海洋學(xué)院 舟山 316021; 2. 舟山市科技交流與創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心 舟山 316012; 3. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院 青島 266100)

基于混合坐標(biāo)海洋模型(HYbrid coordinate ocean model , HYCOM)再分析數(shù)據(jù)研究浙江近海對(duì)2015年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)響應(yīng), 并利用衛(wèi)星遙感的海表面溫度(sea surface temperature, SST)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了HYCOM再分析數(shù)據(jù)的合理性。結(jié)果顯示, “燦鴻”在浙江近海引起了較強(qiáng)的近慣性運(yùn)動(dòng), 最大流速約為0.4 m/s。臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性能量在300 m以深海域較強(qiáng), 其衰減的e折時(shí)間尺度約為4—12 d。“燦鴻”所引起的SST變化約-3—-1 °C, 降溫過(guò)程持續(xù)約7 d; 同時(shí)在近岸海底引起了增溫, 最大溫度變化幅度為10 °C左右, 持續(xù)時(shí)間也約為7 d (浙江近岸)。經(jīng)過(guò)分析, 本文認(rèn)為近岸海底的增溫是由臺(tái)風(fēng)引起的次級(jí)環(huán)流和臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)混合共同導(dǎo)致的。

浙江近海; HYCOM再分析數(shù)據(jù); 海表面溫度數(shù)據(jù); 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”; 動(dòng)力學(xué)響應(yīng); 熱力學(xué)響應(yīng); 近慣性波

作為一種強(qiáng)大且深厚的天氣系統(tǒng), 臺(tái)風(fēng)在經(jīng)過(guò)海面時(shí)會(huì)對(duì)海洋產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)力和熱力影響。在動(dòng)力方面, 臺(tái)風(fēng)通過(guò)海氣界面的動(dòng)量交換, 在短時(shí)間內(nèi)將大量的能量輸入到海洋, 激發(fā)強(qiáng)烈的近慣性波和湍流混合。該過(guò)程可分為“強(qiáng)迫階段”和“松弛階段”(管守德, 2014): 在“強(qiáng)迫階段”, 臺(tái)風(fēng)的風(fēng)應(yīng)力較強(qiáng), 局地的停留時(shí)間大約為半天到一天, 會(huì)激發(fā)出較強(qiáng)的流場(chǎng)(Shay, 1998; Sanford, 1987, 2007, 2011), 其中主要是近慣性流; “松弛階段”是指臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)之后引起的近慣性波(Geisler, 1970; Gill, 1984)向海洋深層傳播(Brooks, 1983; Shay, 1987; D′Asaro, 1995a, b)。在熱力方面, 臺(tái)風(fēng)影響海洋的一個(gè)顯著特征是海表面溫度(sea surface temperature, SST)的下降。臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)導(dǎo)致SST冷卻的三個(gè)主要過(guò)程: 湍流混合、平流(主要是上升流)和海氣熱交換。觀測(cè)和數(shù)值研究都表明, 近75%—90%的臺(tái)風(fēng)引起的SST冷卻歸因于混合層底部的湍流混合, 將地下冷水帶到海面(Guan, 2021)。

上層海洋對(duì)熱帶氣旋的響應(yīng)研究始于20世紀(jì)60年代。前人主要是通過(guò)走航式的海洋調(diào)查和浮標(biāo)資料進(jìn)行研究分析(Jordan, 1964; Wright, 1969; Fedorov, 1979), 或者利用海洋數(shù)值模式對(duì)上層海洋的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行分析研究(Price, 1981, 1983; Greatbatch, 1983; Bender, 1993)。近年來(lái), 隨著海洋觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和觀測(cè)手段的日益增加, 衛(wèi)星遙感、APEX型剖面浮標(biāo)、深海潛標(biāo)、投棄式溫鹽深儀(airborne expendable conductivity temperature depth, AXCTD)、飛機(jī)投放的拋棄式溫度測(cè)量?jī)x(airborne expendable bathy thermograph, AXBT)、水下滑翔機(jī)等儀器, 逐步應(yīng)用于上層海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)觀測(cè)中, 極大的促進(jìn)我們對(duì)上層海洋響應(yīng)的進(jìn)一步研究(Black, 1988; Shay, 1992, 1998; Price, 1994; D’Asaro, 1995; D’Asaro, 2003; Jaimes, 2009;

Guan, 2021)。雖然上述觀測(cè)手段可以從多個(gè)側(cè)面加深我們關(guān)于海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)的認(rèn)識(shí), 但如果要在臺(tái)風(fēng)期間獲得大片海域的觀測(cè)資料, 仍然存在著風(fēng)險(xiǎn)大、難度大、成本高的問(wèn)題。而數(shù)值模式的發(fā)展則為我們?nèi)嫦到y(tǒng)地研究海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)提供了可能(Bender, 1993)。Cao等(2021)利用混合坐標(biāo)海洋模型(HYbrid coordinate ocean model, HYCOM)再分析數(shù)據(jù), 分析了南海北部海域?qū)ε_(tái)風(fēng)鲇魚的動(dòng)力學(xué)響應(yīng), 并與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明HYCOM再分析數(shù)據(jù)能夠合理地刻畫海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)過(guò)程。Li等(2019)也利用HYCOM再分析數(shù)據(jù)研究了臺(tái)風(fēng)近慣性風(fēng)應(yīng)力與南海近慣性能量的相關(guān)性。然而, 在臺(tái)風(fēng)影響期間, 該海域的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)較少, 在一定程度上限制了我們關(guān)于浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)的認(rèn)識(shí)和研究。因此, 本文將基于HYCOM的再分析數(shù)據(jù)研究浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)響應(yīng), 以期加深對(duì)該問(wèn)題的初步認(rèn)識(shí)。本文第一節(jié)介紹了HYCOM再分析數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析方法, 第二節(jié)分析了浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)響應(yīng), 第三節(jié)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”

“燦鴻”是2015年西北太平洋第9號(hào)臺(tái)風(fēng), 其東西和南北方向的螺旋云帶覆蓋范圍直徑1 500—2 000 km左右; 臺(tái)風(fēng)核心區(qū)的直徑有1 000 km(中國(guó)氣象局, http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/201507/t20150710_287606.html), 于11日16時(shí)40分左右在浙江舟山市朱家尖鎮(zhèn)沿海登陸, 登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有14級(jí)(45 m/s), 成為1949年以來(lái)7月登陸浙江的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng); 12日23時(shí)50分在朝鮮再次登陸。臺(tái)風(fēng)“燦鴻”在浙江近海的路徑如圖1所示, 其信息來(lái)源于中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心(http:// tcdata.typhoon.org.cn/zjljsjj_zlhq.html)。

圖1 浙江近海水深及臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的路徑

注: 品紅色曲線: 臺(tái)風(fēng)路徑; 空心圓點(diǎn): 臺(tái)風(fēng)中心每隔6 h的位置; 實(shí)心圓點(diǎn): 2015年7月11日0時(shí)臺(tái)風(fēng)中心的位置; 品紅色十字: 采樣點(diǎn)位置(29.2°N, 128.7°E)

1.2 HYCOM模式和數(shù)據(jù)下載

本文基于HYCOM再分析數(shù)據(jù)對(duì)浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的響應(yīng)開展研究。HYCOM數(shù)值模式是一個(gè)全球海洋環(huán)流模式, 它的最大特點(diǎn)是采用由等深坐標(biāo)(-level)、sigma坐標(biāo)(terrain-following coordinate)和等密度坐標(biāo)(isopycnic coordinate)相結(jié)合的垂向混合坐標(biāo), 即在開闊的海域采用等密度坐標(biāo), 在近岸海域采用sigma坐標(biāo), 而在混合層和層結(jié)不穩(wěn)定的海域采用等深坐標(biāo)。它的另一個(gè)特點(diǎn)是模式嵌入了多種湍混合模塊以供選擇。近年來(lái), 該模式被廣泛地用于大洋和區(qū)域海洋的研究。

為了研究浙江近海對(duì)于臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的響應(yīng), 本文下載了HYCOM再分析數(shù)據(jù)(版本號(hào): expt_53.X)在27°—30°N和120°—130°E海域的海水流速和溫度數(shù)據(jù), 時(shí)間范圍是2015年7月1—31日, 空間分辨率為1/12.5°, 時(shí)間分辨率均為3 h。具體數(shù)據(jù)的下載地址為: https://www.hycom.org/dataserver/gofs-3pt1/reanalysis。需要說(shuō)明的是, 該版本(expt_53.X)的HYCOM再分析數(shù)據(jù)不包含潮汐強(qiáng)迫。

1.3 SST數(shù)據(jù)

此外, 我們還下載了臺(tái)風(fēng)“燦鴻”期間浙江近海的SST遙感數(shù)據(jù), 用于HYCOM再分析數(shù)據(jù)的對(duì)照。衛(wèi)星遙感SST數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍是2015年7月1日至7月31日, 空間分辨率為1/4°, 時(shí)間分辨率為1 d, 具體數(shù)據(jù)下載地址為: http://www.remss.com。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

為了確定HYCOM再分析數(shù)據(jù)抓住了浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的響應(yīng), 我們首先對(duì)HYCOM再分析數(shù)據(jù)在2015年7月(29.2°N, 128.7°E)處的流速進(jìn)行功率譜分析。基于譜分析的結(jié)果, 本文采用4階Butterworth帶通濾波器對(duì)全場(chǎng)的流速進(jìn)行濾波處理以提取近慣性信號(hào)。其中, 帶通濾波頻率為0.79—1.05, (為局地科氏頻率)。為了估計(jì)近慣性波的強(qiáng)度, 我們對(duì)近慣性波的能量進(jìn)行計(jì)算:

其中,為海水密度, 本文取為1 024 kg/m3,和為東西和南北方向的近慣性流速。在此基礎(chǔ)上, 我們還計(jì)算了深度積分的近慣性能量, 并基于此計(jì)算了近慣性波衰減的e折時(shí)間尺度, 即深度積分的近慣性能量從最大峰值衰減至其1/e所用的時(shí)間。

由于HYCOM模式不提供垂向速度, 為了估計(jì)海水的垂向速度, 我們利用不可壓縮流體連續(xù)性方程進(jìn)行計(jì)算水平輻散。不可壓縮流體連續(xù)性方程為

轉(zhuǎn)換后,

其中,、和分別為東西向、南北向、垂向的運(yùn)動(dòng)速度, 單位是m/s。我們假設(shè)海底的為0, 所以可以根據(jù)水平輻散的垂向變化近似推算垂向速度的方向進(jìn)而判斷上升流和下降流的出現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

臺(tái)風(fēng)在通常情況下都具有較強(qiáng)的風(fēng)應(yīng)力, 會(huì)引起海氣界面強(qiáng)烈的動(dòng)量交換, 從而向上層海洋輸送能量, 形成較強(qiáng)的近慣性波, 如Sanford等(2011)發(fā)現(xiàn)了大西洋颶風(fēng)Frances所引起的近慣性波的流速振幅在1.6 m/s以上。

圖2a和2c展示了(29.2°N, 128.7°E)處臺(tái)風(fēng)過(guò)境前后的原始流速圖。在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)之前, 東海上層海洋背景場(chǎng)流速較平緩, 流速振幅約為0.5 m/s以下; 在臺(tái)風(fēng)“燦鴻”過(guò)境期后, 上層海洋流速逐漸增強(qiáng)并出現(xiàn)明顯的波動(dòng)信號(hào), 在7月15日左右, 流速振幅約為 0.6—1 m/s。

圖2 基于HYCOM結(jié)果的速度方向?yàn)閡和v的原始流速圖(a, c)和帶通濾波后的u和v (uf和vf)的流速深度圖(b, d)

注: 黑色虛線為臺(tái)風(fēng)“燦鴻”登陸時(shí)刻, 2015年7月11日

為了確定圖2a和2c中的波動(dòng)信號(hào)為近慣性波, 本文對(duì)所取的點(diǎn)(29.2°N, 128.7°E)的原始流速進(jìn)行功率譜分析, 圖3展示的是該點(diǎn)處深度平均的結(jié)果。在該點(diǎn)處, 近慣性頻率和全日潮頻率相近, 但是我們采用的數(shù)據(jù)是HYCOM再分析數(shù)據(jù)(版本號(hào): expt_53.X), 其數(shù)據(jù)里沒有潮汐強(qiáng)迫的結(jié)果, 所以功率譜全日頻段附近為近慣性能量產(chǎn)生的譜峰應(yīng)為近慣性運(yùn)動(dòng)引起的, 這表明臺(tái)風(fēng)“燦鴻”過(guò)境引起較強(qiáng)的近慣性運(yùn)動(dòng)。于是我們使用帶通濾波器提取上層海洋近慣性頻帶的流速。近慣性流速的濾波頻帶為0.79—1.05, 濾波頻帶也在圖3中相應(yīng)陰影部分標(biāo)出, 濾波頻帶的選取標(biāo)準(zhǔn)是既能最大限度地提取該頻帶的流速, 又能避免臨近頻帶其他信號(hào)的污染。

如圖2b和2d所示, 7月11日, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”在(29.2°N, 128.7°E)處引發(fā)近慣性波, 并逐漸增大, 在7月19日左右近慣性流速達(dá)到最大, 流速約為0.4 m/s。此外, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”激發(fā)的近慣性流速的相位具有明顯的上傳趨勢(shì), 則表示其垂向群速度的方向朝下, 向海水深處繼續(xù)傳播, 當(dāng)傳播到水深600 m附近, 7月18日開始近慣性能量有增強(qiáng)的反應(yīng), 并一直傳播到水下900 m左右。通過(guò)對(duì)單點(diǎn)(29.2°N, 128.7°E)的分析, 我們可以知道臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起了較強(qiáng)烈的近慣性波, 接下來(lái)我們對(duì)整片海域進(jìn)行分析來(lái)觀察臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性波的傳播和持續(xù)時(shí)間。

圖3 流速方向?yàn)閡和v的深度平均功率譜

注: 虛線為近慣性頻率, 陰影部分為近慣性濾波頻帶

圖4展示的是7月8日至22日每隔2 d的0時(shí)的浙江近海深度積分的近慣性能量。從圖中可以看出, 7月10日, 在臺(tái)風(fēng)“燦鴻”進(jìn)入這片海域之前, “燦鴻”引起的近慣性能量已經(jīng)進(jìn)入這片海域。7月12日, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”已經(jīng)離開這片海域, 但是近慣性能量卻在不斷增加, 近慣性能量最大可達(dá)25 kJ/m2, 一直到7月22日左右才逐漸消散。此外, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性能量在300 m以深海域較強(qiáng)。

近慣性能量的衰減是臺(tái)風(fēng)引起的近慣性波的一個(gè)重要特征。為了研究臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性能量的衰減過(guò)程, 本文對(duì)其所引起的近慣性能量衰減的e折尺度進(jìn)行了研究, 結(jié)果如圖5所示。我們選取這片海域中近慣性能量大于5 kJ/m2的區(qū)域進(jìn)行e折尺度的繪制, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性能量衰減的e折尺度較多為4 d內(nèi), 最高可達(dá)12 d左右。e折尺度較大的地方主要分布在300 m以深的地方。

由圖4可知, 臺(tái)風(fēng)燦鴻所引起的近慣性能量在300 m以深的海域較強(qiáng), 于是我們選取28°N斷面對(duì)近慣性能量進(jìn)行觀察分析, 時(shí)間范圍為7月8日0時(shí)到7月19日0時(shí), 如圖6所示, 臺(tái)風(fēng)燦鴻在未進(jìn)入這片海域之前, 已經(jīng)引起了上層海洋的近慣性能量, 在7月11—13日, 表層能量最大, 從11日開始有向下傳播的趨勢(shì), 一直到15日, 表層近慣性能量幾乎全部傳播進(jìn)入深度為800 m左右的海洋。臺(tái)風(fēng)燦鴻所引起的近慣性能量沒有向200 m以淺的地方進(jìn)行傳播, 而是向更深的海域進(jìn)行傳播, 直至耗散。

圖4 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”所引起的近慣性能量圖

注: 品紅色的線為臺(tái)風(fēng)軌跡; 白色實(shí)線分別為100和300 m的等深線

圖5 近慣性能量衰減的e折尺度圖

注: 灰色曲線為等深線

圖6 在28°N近慣性能量傳播的縱剖圖

2.2 浙江近海對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的熱力學(xué)響應(yīng)

海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)不僅存在動(dòng)力學(xué)響應(yīng), 也存在熱力學(xué)響應(yīng)(Yang, 2017), 本文首先對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”所引起的海表面降溫進(jìn)行分析。圖7顯示了7月8—19日的浙江近海的SST的演變的過(guò)程。在臺(tái)風(fēng)“燦鴻”進(jìn)入這片海域之前, 浙江附近海域的30°N以南具有較高的SST, SST最大值約為30°C, 30°N以北的SST較低, SST最小值約為20 °C左右, 自南向北呈現(xiàn)溫度降低的趨勢(shì)。7月10日, 當(dāng)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”進(jìn)入這片海域時(shí), 引起了SST的下降, 可以較明顯地看出在124°—128°E、27°—29°N的區(qū)域和124°—126°E、31°—33°N的區(qū)域出現(xiàn)明顯的溫度下降, 溫度變化范圍約-3—-1 °C。7月14日左右, 浙江近海的SST逐漸恢復(fù), 至7月17日浙江近海SST已與臺(tái)風(fēng)“燦鴻”過(guò)境前相似。實(shí)際上, 本次臺(tái)風(fēng)“燦鴻”帶來(lái)的SST的降低只持續(xù)了7 d左右。

圖7 浙江近海的海表溫度圖

圖8顯示了7月8—19日的浙江近海的海底溫度的演變的過(guò)程。本文取HYCOM溫度數(shù)據(jù)中海底最底層的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。在臺(tái)風(fēng)“燦鴻”進(jìn)入這片海域之前, 浙江附近海域的海底溫度與海水深度有關(guān), 海水深度較淺的地方海底溫度普遍較高, 為20 °C以上, 某些近岸區(qū)域溫度幾乎達(dá)到25 °C以上, 而深海區(qū)域的海底溫度則為10 °C以下。7月10日臺(tái)風(fēng)“燦鴻”進(jìn)入該海域, 引起了部分區(qū)域海底溫度的上升, 尤其是浙江和上海沿岸的區(qū)域, 存在較明顯的溫度上升趨勢(shì)。同SST變化類似, 7月14日左右, 浙江近海的海底溫度逐漸恢復(fù), 至7月17日浙江近海SST已與臺(tái)風(fēng)“燦鴻”過(guò)境前相似。實(shí)際上, 本次臺(tái)風(fēng)“燦鴻”帶來(lái)的海底溫度的升高只持續(xù)了7 d左右。

由于從圖7和圖8中不能看出海表海底溫度的精確變化, 本文取每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的最高溫度和最低溫度的差繪制了海表最大降溫和海底最大升溫的圖, 如圖9所示。從圖9a可以看出, 海洋表層最大溫度變化為-3°C左右。如圖9b所示, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”過(guò)境后引起的浙江和上海沿岸的海底溫度提高, 浙江沿岸最大溫度變化為10 °C, 上海沿岸則為3—5 °C左右, Yang等(2017)在長(zhǎng)江以北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)過(guò)境引起的海洋底層溫度升高。本文對(duì)每日的海底溫度與7月8日0時(shí)的溫度做差以觀察每日的溫度變化, 如圖10所示。7月11日開始浙江沿岸的海底升溫明顯, 溫度變化達(dá)到7 °C左右, 7月12日和13日升溫達(dá)到最大, 溫度變化在10 °C左右, 7月14日海底溫度開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 溫度逐漸降低。在29°—32°N和122°—126°E海域的海底溫度則從7月11日開始一直升高, 并持續(xù)到19日, 溫度變化在5 °C左右。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證HYCOM再分析數(shù)據(jù)分析結(jié)果的合理性, 我們利用SST數(shù)據(jù)繪制了海表最大降溫圖, 并將其與利用HYCOM再分析數(shù)據(jù)繪制的最大海表降溫圖進(jìn)行對(duì)比, 如圖11所示。從整體上看, 兩者的空間分布具有一定的一致性。計(jì)算得到的海表最大降溫的空間分布也具有一定的一致性。

圖8 浙江近海的海底溫度圖

圖9 浙江近海海洋表層每天0時(shí)的溫度與7月7日0時(shí)刻做差的最大降溫(a)以及海洋底層每天0時(shí)的溫度與7月7日0時(shí)刻作差最大升溫(b)圖

2.3 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的淺水區(qū)域海底增溫現(xiàn)象的機(jī)制探討

以同樣的方式對(duì)點(diǎn)(28°N, 123.1°E)處的水平輻散進(jìn)行估算, 如圖13所示。同理推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)路徑下的點(diǎn)(28°N, 123.1°E)在7月11日左右出現(xiàn)較強(qiáng)的上升流, 且一直持續(xù)到25日左右。

圖10 浙江近海海底每日0時(shí)刻溫度與7月8日0時(shí)刻對(duì)比的溫度變化圖

圖11 基于HYCOM數(shù)據(jù)和SST再分析數(shù)據(jù)的海表最大溫差圖

圖12 點(diǎn)(28°N, 122°E)水平輻散圖

注: 黑色虛線為7月11日臺(tái)風(fēng)“燦鴻”登陸點(diǎn)的水下垂直延伸線

圖13 點(diǎn)(28°N, 123.1°E)處的水平輻散

注: 黑色虛線為7月11日臺(tái)風(fēng)“燦鴻”登陸點(diǎn)水下垂直延伸線

基于上述分析結(jié)果, 我們認(rèn)為臺(tái)風(fēng)過(guò)程引起的海洋上層的次級(jí)環(huán)流是造成淺海區(qū)域海底增溫的一個(gè)可能原因, 該過(guò)程的示意圖如圖14所示。根據(jù)Ekman理論, 臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)引發(fā)Ekman抽吸, 從而在臺(tái)風(fēng)路徑下方引起上升流; 該上升流會(huì)在海洋上層引起次級(jí)環(huán)流, 在遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)路徑的位置激發(fā)下降流, 進(jìn)而將海洋表層溫度較高的海水往下帶。在近岸區(qū)域, 水深較淺, 該下降流可直達(dá)海底, 進(jìn)而引起近岸區(qū)域海底的海水增溫; 而在深水區(qū)域, 受下降流強(qiáng)度的影響, 無(wú)法將SST較高的海水帶到海底, 也就無(wú)法引起深水區(qū)域海底的海水增溫。

造成淺海區(qū)域海底增溫的另一個(gè)可能原因是臺(tái)風(fēng)引起的上層海洋混合。臺(tái)風(fēng)會(huì)在上層海洋引起強(qiáng)烈的混合, 由于海洋表層的溫度比海洋底層的溫度高, 所以強(qiáng)烈的混合會(huì)導(dǎo)致表層的海水溫度下降和底層海水的溫度上升, 該過(guò)程可以持續(xù)幾天到十幾天(Guan, 2021)。

3 結(jié)論

本文利用HYCOM再分析數(shù)據(jù), 分析了浙江近海的海域(27°—33°N、120°—130°E)對(duì)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)響應(yīng)。經(jīng)初步研究得到如下結(jié)論:

(1) 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”所引起的近慣性能量在300 m以深海域較強(qiáng)。

圖14 臺(tái)風(fēng)過(guò)境引起的次級(jí)環(huán)流示意圖

(2) 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”在浙江近海所引起的近慣性震蕩并沒有向淺海進(jìn)行傳播, 而是直接向下, 向深海進(jìn)行傳播, 一直傳播到深度為800 m左右。

(3) 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起的近慣性能量衰減的e折尺度較多為4 d內(nèi), 最高可達(dá)12 d左右, e折尺度較大區(qū)域主要集中于300 m深海域。

(4) 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”引起浙江近海的海洋表層降溫, 溫度變化幅度約-3—-1 °C, 同時(shí)引起近岸海底溫度上升, 最大溫度變化幅度為10 °C左右(浙江近岸)。根據(jù)Ekman理論, 臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)引發(fā)Ekman抽吸引起臺(tái)風(fēng)路徑下方的上升流, 上升流在海洋上層引發(fā)次級(jí)環(huán)流, 在遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)路徑的地方引起下降流, 將表層溫度較高的海水帶到海底引起增溫; 此外, 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”在海洋上層引起的混合也是導(dǎo)致浙江近海淺水區(qū)域海底增溫的一個(gè)重要原因。

管守德, 2014. 南海北部近慣性振蕩研究. 青島: 中國(guó)海洋大學(xué)博士學(xué)位論文, 27—44

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THE RESPONSE TO TYPHOON CHAN-HOM (2015) OFF ZHEJIANG BASED ON HYCOM RESULT

PAN Yun-He1, LU Shi-Ming1, CAO An-Zhou1, FAN Lu-Teng2, LI Pei-Liang1, LIU Xing-Chuan3

(1. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China; 2. Zhoushan Technology Exchange and Entrepreneurship Service Center, Zhoushan 316012, China; 3. College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

Based on the HYCOM reanalysis data, dynamical and thermodynamical responses to typhoon Chan-hom (2015) off Zhejiang, China was studied. The sea surface temperature (SST) data from remote sensing systems were used to validate the HYCOM reanalysis data. Results show that Chan-hom caused strong near-inertial waves in Zhejiang offshore with the maximum velocity of 0.4 m/s. The near-inertial energy caused by Chan-hom was stronger in the regions of depth >300 m. The e-folding time of the near-inertial energy was 4—12 days. Chan-Hom also caused significant surface temperature cooling (-3 —-1 °C) and bottom temperature heating (maximum 10 °C), which lasted for approximate 7 days. Through analysis, we speculated that the bottom temperature heating was caused by the secondary circulation and mixing induced by typhoon Chan-Hom.

Zhejiang offshore; Hycom reanalysis data; sea surface temperature; typhoon Chan-hom; dynamic response; thermodynamic response; near-inertial waves

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃, 2019YFD0901305號(hào); 浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目, LY21D060005號(hào); 舟山市-浙江大學(xué)聯(lián)合項(xiàng)目, 2019C81060號(hào)。潘云鶴, 碩士研究生, E-mail: 18716037312@163.com

曹安州, 講師, E-mail: caoanzhou@zju.edu.cn

2021-04-20,

2021-07-11

P731

10.11693/hyhz20210400100