应用大涡模拟研究陆架海对台风的响应

Recent studies indicate the previous theories on oceanic response to a hurricane can only be applied to the problem of deep ocean, but are not applicable to a shelf sea. We hope to establish a theoretic framework to describe a shelf sea response to a hurricane in this project. Since a shelf sea response is very sensitive to the vertical viscosity, we apply large eddy simulation to simulate the response to avoid the vertical mixing parameterization in Oceanic General Circulation Model and the artificial assignment of vertical viscosity. The major studies of this project focus on the oceanic circulation and near-inertial energy induced by a hurricane in a shelf sea as well as the effect of bottom topography, vertical mixing induced by a hurricane, parameters of a hurricane and oceanic stratification.

最近研究表明前人关于海洋对台风响应的理论研究只适合大洋响应，并不能用于描述陆架海响应，本项目希望建立一套用于研究陆架海响应的理论体系。由于陆架海响应的环流结构严重依赖于垂向涡粘性的分布，本项目通过大涡模拟方法模拟陆架海响应，以回避通常海洋模式中的垂向混合参数化方案和垂向涡耐性的人工指定问题。本项目主要研究台风所产生陆架海洋环流和近惯性能量输入产生机制，以及海底底地形、台风所致混合、台风参数、背景层结对环流结构和近惯性能量输入的影响。

长期以来台风所致海洋环流问题一直是物理海洋学研究的热点之一，然而，一些海洋对台风响应的基础认识仍然有待澄清。本课题重点关注深海与陆架陆坡区低频响应的强度与特征。主要工作如下：1）通过线性理论与数值实验研究近惯性运动的产生机制，表明正压梯度力在海洋对台风响应中的作用，只要台风移动就有近惯性运动产生。2）通过大涡模拟方法研究了跨陆架与沿陆架区海洋对台风的低频响应，结果显示低频响应在陆架区随深度减弱，跨陆架区响应会形成冷涡。3）通过高度计资料和数值模式研究台风过境1-2月之后冷涡三维演变，发现了两个显著特征：冷涡强度被增强且三维结构也发生了变化。4）通过两层理论和数值模式，证明低频响应的在台风所产生的垂向运动中占一半，对局地海洋的中尺度势能而言不可忽略。5)通过高度计资料和数值模式，研究了涡-台风距离对冷涡受台风扰动之后的影响。结果显示，只有当涡-台风距离小于150km时，冷涡才会被低频响应增大与增强。6) 提出了互相关函数的检测新方法，分析表明了互相关函数检测方法可以提高涡动相关观测结果的可靠性。. 本项目有关海洋对台风低频研究为物理海洋社区提供了新的认知：台风不仅仅通过近惯性响应影响海洋，实际上台风所产生的低频响应影响局域海洋。因此，未来台风和海洋中尺度过程的相互作用将是一个重要的研究方向。