基于移动现场观测揭示台风外围海表面风场结构特征
作者:sio
时间:2023年02月14日
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       近日,我所近海动力与生态环境团队田娣副研究员及合作者在国际高影响力的自然指数收录(Nature Index)的、美国地球物理学会旗下著名期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres上发表了题为“Sea Surface Wind Structure in the Outer Region of Tropical Cyclones Observed by Wave Gliders”的研究成果。论文基于新型海洋移动观测装备波浪滑翔机的观测数据,揭示了台风外围海表风场不对称性结构特征,研究也表明波浪滑翔机观测在提高海气界面交换过程认识和改善相关参数化方案方面具有较大的应用潜力。合作者包括我所张翰副研究员、郑罡研究员、周锋研究员(通讯作者)、硕士研究生姜翰,美国普林斯顿大学王帅博士,德国亥姆霍兹中心张文彦研究员,中国海洋大学孙秀军教授、周莹工程师,北京市气象局杨世莉博士。

       台风及其所引起的风暴潮是我国最大的海洋灾害。近十年平均每年损失直接经济损失600多亿元。近年来,我国在台风研究在路径预报准确度取得较大进展,然而,台风强度预报准确度提高有限。瓶颈主要是台风期间的海洋环境极其危险和复杂,现场观测相当稀缺,严重地限制了我们认知能力的提高。

       认识台风期间海表面风场结构是理解海洋响应和改进数值模拟中海气界面参数化的关键。但是相关现场观测十分稀缺,特别是2米及以下高度观测对认识海气通量交换过程至关重要。目前常用于台风风场观测的传统手段有卫星遥感、机载下投式探空仪、地面基站(如多普勒雷达、多层测风塔)、锚定浮标。但传统方式存在一定的观测局限性,如卫星遥感的观测精度高度地依赖于反演算法,且受云层影响较大;浮标观测成本高,空间范围有限,且易受到波浪等因素干扰。作为新型的海上机动观测设备,波浪滑翔机在一定程度上能够弥补传统手段在海气界面观测的不足,特别是在台风等强风海况下直接获得海上现场的风温湿压波浪等海气界面同步资料。

1 台风路径以及波浪滑翔机路径

       2019年6月至10月,布放在中国南海以及菲律宾临近海域的三台波浪滑翔机,先后获取了8个台风期间的海表面风场数据。经质量控制和风速高度调整后,通过对风场观测数据的分析,表明波浪滑翔机观测的风场与公开的再分析数据(如ERA5, CCMP以及NCEP-GDAS)和遥感数据SMAP具有较好的一致性。台风期间,海表面风速明显增强,伴随着风向的突变,风场呈现不对称性,且不对称性与台风移动速度和强度有关。通常,台风路径右侧风速和入流角较大。风场入流角也高度依赖于与台风中心的距离、台风强度和方位角。进一步地,基于现场观测资料比较了多个台风理论模型对10米风廓线的重构效果,表明在缺乏准确台风相关资料的情况下,相对简单的理想模型(如修正的兰金涡旋模型)比相较复杂的模型具有更加广泛的适用性。

2 观测的台风风场结构


引用:

Tian D, Zhang H, Wang S, Zhang W, Sun X, Zhou Y, Zheng G, Jiang H, Yang S, Zhou F. 2023. Sea surface wind structure in the outer region of tropical cyclones observed by wave gliders. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128: e2022JD037235,