南海内潮对台风-海洋相互作用的调制特征与机理研究

Less knowledge on the typhoon-ocean interaction, especially on modulation of multi-scale background oceanic motions on the upper ocean response and negative feedback to typhoons, severely restricted the progress typhoon forecasting. The South China Sea (SCS), not only suffers the most frequent typhoons in the world, but also contains the most powerful internal tides known among global oceans. Based on in situ mooring observations, recent research reported that the internal tides coupled nonlinearly with typhoon-generated near-inertial internal waves and enhanced diapycnal mixing locally. This nonlinear coupling could obviously heighten the typhoon-induced sea surface cooling and also the negative feedback to typhoons, then potentially affecting the evolution of typhoon intensity. Therefore, combing abundant moorings/buoys and satellite datasets under typhoons in the SCS, associated with the ROMS ocean model or WRF-ROMS coupled model, the present project aims to systematically investigate the modulations of background internal tides on upper ocean responses and feedbacks to typhoons, demonstrate the processes and mechanisms of the nonlinear wave-wave interaction between typhoon-generated near-inertial wave and background internal tides, uncover the modulation of the internal tides on typhoon induced sea surface cooling, quantify the effect of internal tides on air-sea heat flux during typhoons, and finally evaluate the typhoon intensity changes quantitatively with background internal tides present. Results of this project could not only contribute to the physical understanding of typhoon-ocean interaction in the SCS, but also be important to improve the typhoon’s forecasting level.

对台风-海洋相互作用过程的科学认知不足，尤其多尺度海洋动力过程对台风下海洋的响应与负反馈调制作用的研究水平薄弱，是制约台风预报的一个关键瓶颈。南海是全球台风发生频率最高的海区之一，同时蕴含着全球最活跃的内潮等多尺度海洋动力过程；近年来系列观测研究发现，内潮通过与台风激发近惯性内波的非线性相互作用加剧上层海洋混合，显著调制了台风期间的海表面降温及负反馈过程，潜在地对台风强度具有重要影响。因此，本项目拟以潜/浮标、遥感等多源现场观测资料为基础，开展内潮对台风-海洋相互作用的调制作用与机理研究，通过数据挖掘、理论解析、数模实验等手段，阐明内潮与近惯性内波非线性相互作用及能量级联机制，揭示内潮对台风期间海表面的调制作用，量化内潮对台风期间海-气界面热量通量的调节程度，定量评估内潮对南海台风强度变化的影响。本项目研究可为改进我国台风预报水平提供科学指导，对国家防灾减灾工作具有重要的参考价值。

对台风-海洋相互作用过程的科学认知不足，是制约台风预报的一个关键瓶颈。南海是全球台风发生频率最高的海区之一，同时蕴含着全球最活跃的内潮等多尺度海洋动力过程，内潮作为背景场，对南海台风-海洋相互作用的调制作用尚不清晰。本项目围绕“南海台风-背景内潮相互作用”这一崭新的研究课题，主要开展了以下两个方面的研究内容并取得原创性成果：. （1）构建南海台风-海洋相互作用研究数据库：针对台风期间相关数据匮乏的现状，项目组依托项目负责人所在团队构建的南海立体观测网，整合了自2009年以来50余次台风过境期间的锚定潜标观测上层海洋流速、温盐演变信息，同时整合了卫星遥感、Argo、再分析数据等多源数据，并通过与台风路径时空匹配提取台风期间的相关数据，数据涵盖了大气剖面参量、海气界面参量、以及上层海洋参量等台风相关的所有参量信息，构建了南海台风-海洋相互作用研究数据库，为本项目及后续台风-海洋相互作用研究提供了宝贵的数据支撑；. （2）建立南海台风-内潮相互作用理论框架：“台风-内潮相互作用”是海气相互作用及物理海洋研究领域的一个崭新研究课题。项目组基于多源观测数据，并结合海洋数值模式、海气耦合模式的数值实验，揭示了背景内潮与台风激发近惯性内波的非线性相互作用与能量传递途径，探明了内潮通过“混合效应”与“波动效应”影响台风致海表面降温的机理，发现内潮通过加强海表面降温及海洋负反馈作用对南海台风强度发展起到显著的抑制作用，建立了南海台风-内潮相互作用理论框架，丰富了台风-海洋相互作用及内波研究理论。. 本项目研究成果表明，内潮作为背景场可显著调制南海台风对海洋的影响以及台风自身强度发展，将内潮作为背景场加入到海洋或台风耦合预报模式中，对改进我国南海海洋环境预报水平和台风预报水平具有重要的作用，对对国家防灾减灾工作具有重要的参考价值。