海洋所在熱帶氣旋引起的淡水通量強(qiáng)迫對上層海洋的影響研究取得新進(jìn)展
近日,中科院海洋所海洋數(shù)值模擬和氣候預(yù)測課題組在熱帶氣旋引起的淡水通量強(qiáng)迫對上層海洋的影響方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Ocean Modelling上。
熱帶氣旋是一種發(fā)生在熱帶、副熱帶海區(qū)的中小尺度極端天氣現(xiàn)象,引起的強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降水會對上層海洋產(chǎn)生顯著影響。隨著全球氣候變暖和海洋活動的大力開展,熱帶氣旋引起的海洋氣象災(zāi)害影響越發(fā)嚴(yán)重,因此準(zhǔn)確模擬和預(yù)報熱帶氣旋及其影響對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義?,F(xiàn)今,我們對熱帶氣旋路徑的預(yù)報能力已經(jīng)有了較大提升,而對其強(qiáng)度的預(yù)報能力仍然不足,重要原因之一是我們對氣旋相關(guān)海洋動力和熱力過程的復(fù)雜性與反饋作用的認(rèn)識尚且不足。目前,對熱帶氣旋引起上層海洋響應(yīng)的研究主要集中于風(fēng)應(yīng)力的強(qiáng)迫效應(yīng),而對熱帶氣旋伴隨的強(qiáng)降水引起的淡水通量強(qiáng)迫在上層海洋響應(yīng)中的作用相關(guān)研究還比較少。同時,由于熱帶氣旋相關(guān)的局地海洋過程又能引起海盆尺度的海洋響應(yīng),進(jìn)而也能對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此,研究熱帶氣旋引起的淡水通量強(qiáng)迫在上層海洋局地響應(yīng)中的作用對大尺度氣候系統(tǒng)研究也具有重要科學(xué)意義。
本工作利用一個高分辨率海洋環(huán)流模式,以臺風(fēng)玉兔(2018)為研究對象,進(jìn)行基于觀測和數(shù)值試驗的分析。結(jié)果表明,在淡水通量和風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫的聯(lián)合作用下,淡水通量強(qiáng)迫在上層海洋響應(yīng)中表現(xiàn)為兩種效應(yīng):一方面,淡水通量強(qiáng)迫使海溫升高,抵消了風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海溫降低;另一方面,淡水通量強(qiáng)迫使海溫降低,增強(qiáng)了風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海表海水冷卻。具體地,淡水通量強(qiáng)迫使得海洋表面海水變淡、上層海洋層結(jié)加強(qiáng),一方面能夠減弱垂直混合以及次表層冷水夾卷進(jìn)入混合層,這就減緩了風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海溫冷卻,甚至使得海表溫度升高;另一方面,上層海洋層結(jié)加強(qiáng)也抑制了向海洋深處的熱量輸送,而增強(qiáng)了海洋表面向大氣的熱量損失,這有助于加強(qiáng)上層海洋的垂直混合,從而增強(qiáng)風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海溫冷卻,降低了海溫。
團(tuán)隊通過敏感性試驗定量研究了淡水通量強(qiáng)迫和風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫對海溫響應(yīng)的相對貢獻(xiàn)程度。在風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫保持不變的情況下,當(dāng)?shù)繌?qiáng)迫較弱時,淡水通量強(qiáng)迫作用表現(xiàn)為增強(qiáng)風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海溫冷卻,降低了海溫;隨著淡水通量強(qiáng)迫的增強(qiáng),淡水通量強(qiáng)迫作用表現(xiàn)為減緩風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫引起的海溫冷卻;而當(dāng)?shù)繌?qiáng)迫較大時,淡水通量強(qiáng)迫作用表現(xiàn)為抵消風(fēng)應(yīng)力的冷卻效應(yīng),反而使得海溫升高。值得注意的是,當(dāng)?shù)繌?qiáng)迫較大而風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫較小時,淡水通量強(qiáng)迫作用與風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫兩者對海溫變化的補(bǔ)償效應(yīng)存在平衡點,此時海表溫度沒有明顯變化。

熱帶氣旋引起的淡水通量強(qiáng)迫對上層海洋的影響示意圖
該研究揭示了熱帶氣旋引起的淡水通量強(qiáng)迫在上層海洋局地響應(yīng)中的作用,對于提高臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報和路徑預(yù)報能力具有重要意義。本研究由中科院海洋所博士研究生葉爍旎、南京信息工程大學(xué)教授張榮華(通訊作者)和中科院海洋所副研究員王宏娜共同完成,研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目的聯(lián)合資助。
文章信息及鏈接:Shuoni Ye, Rong-Hua Zhang, Hongna Wang, The role played by tropical cyclones-induced freshwater flux forcing in the upper-ocean responses: A case for Typhoon Yutu (2018), Ocean Modelling, Volume 184, 2023, 102211, ISSN 1463-5003, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2023.102211.
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