科研成果
快速移动热带气旋引起的上层海洋垂向温度结构和热量的变化
时间：2023年01月07日
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近期，卫星海洋环境动力学国家重点实验室张翰副研究员在期刊Journal of Physical Oceanography上发表了题为“Modulation of Upper Ocean Vertical Temperature Structure and Heat Content by a Tropical Cyclone”的研究成果。论文揭示了快速移动热带气旋引起的上层海洋垂向温度结构和热量的调整，并通过理论模型给出了对应的无量纲参数空间。
海洋温度对热带气旋的响应对热带气旋的发展、局地海气相互作用以及全球海气热收支和交换有重要的作用。针对南海多个浮标/潜标站位观测到的快速移动热带气旋引起的上层海洋热力结构进行了研究，包括2014年的热带气旋海鸥（Kalmaegi）和威马逊（Rammasun），以及2016年的莎莉嘉（Sarika）和海马（Haima）。上层海洋温度和热量对热带气旋的响应主要基于混合和垂向输运的共同作用。混合冷却海表并增暖次表层，而上升流（下沉流）减小（增加）次表层暖异常并且冷却（增暖）更深的海洋。构建的基于无量纲混合层深度（HE）和无量纲上升流抬升距离（HU）的理想参数化模型能够初步重现海表温度和上层海洋热量的变化。在热带气旋过后，次表层温度异常能进入到更深的海洋。海表海气热通量在热带气旋的强迫阶段贡献较小，且在热带气旋过后的一个月到一个半月时间内将海表温度恢复至热带气旋之前的状态。本研究表明了上层海洋温度和热量如何随热带气旋的变化，指出热带气旋引起的混合能将海表暖水调节至次表层，并且热带气旋引起的输运能进一步将这部分暖水带至更深的海洋并影响海洋热收支。
图1. 上层海洋温度垂向温度剖面变化示意图，包括仅混合作用（a），混合和较弱的上升流共同作用（b），混合和下沉流共同作用（c），混合和强的上升流作用（d），上升流非常强导致仅为上升流作用（e），仅下沉流作用（f）。h0为初始混合层深度，hE和hT为完全混合层以及过渡层深度。hU为上升流（正值）或下沉流（负值）引起的等深线垂向移动。虚线（实线）为热带气旋强迫之前（之后）的垂向温度剖面。Δ?????和Δ?mix为初始混合层和强迫混合层内的热量变化，Δ?sub为初始和强迫混合层之间的热量变化。（g）为混合和垂向输运（上升流和下沉流）以及对应的垂向温度异常剖面在跨热带气旋路径界面方向的分布。
图2. 无量纲海表温度变化(〖∆SST〗^'=∆SST/(h_0 T_z ))以及混合引起的近海表冷异常(〖∆Q_cold〗^')在无量纲过渡层厚度(H_T=h_T/h_0 )和无量纲混合层厚度(H_E=h_E/h_0 )组成的参数空间中的分布。（a）中无量纲温度〖∆SST〗^'所处的情形为无量纲上升流抬升距离H_U＜1+H_E+H_T.
引用：
Han Zhang. Modulation of Upper Ocean Vertical Temperature Structure and Heat Content by a Tropical Cyclone, Journal of Physical Oceanography, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0132.1
