南海及西北太平洋障碍层对台风诱导的海表冷却及其强度的影响

Typhoon is one of the biggest natural disasters in the world, causing huge casualties and property losses to the coastal areas. In the recent 30 years, due to the development of satellite remote sensing technology, typhoon’s track forecast has made a significant progress, but typhoon’s intensity investigation and forecasts are still behind. The previous studies have showed that typhoon’s intensity changes are associated with the ocean barrier layer (BL), however because of the lack of temperature and salinity observations, the relationship between them is still not clear, and even controversial. Our recent investigation on the barrier layer and its impact on typhoon-induced sea surface cooling shown that the influence of BL on typhoon intensification is complex with both positive and negative effects, dependent on the stages and processes such as typhoon intensity, forcing time and ocean stratification associated with the BL. In order to further validate the above results, this project aims to use the database of South China Sea and the Western North Pacific from both the hydrological data analysis and numerical simulation to investigate the impact of BL on typhoon intensity and its mechanism, and eventually to provide a scientific basis to enhance typhoon intensity simulations and forecasts in the South China Sea and the Western North Pacific.

近30年來，随着卫星遥感观测技术的发展，台风路径预报取得了重大的进步，但对台风强度的研究和预报仍明显滞后。已有研究表明，台风强度的变化与海洋障碍层存在潜在的关联，但由于海洋垂向温盐观测的缺乏，目前对二者的关系仍不是很清楚，甚至还存在争议。最近申请人在西北太平洋障碍层的变化及其对台风诱导的海表降温初步研究中，发现了海洋障碍层对台风强度的影响与前人的研究结果不太一致；该影响既有积极的作用又有消极的作用，是一个复杂的过程。为了进一步验证上述研究结果，本项目拟利用历史观测资料细致分析台风过境时南海及西北太平洋障碍层的变化及其对台风诱导的海表降温和台风强度的影响。在此基础上，进一步采用海洋数值模式，以敏感性试验为手段结合理论分析，辨识该影响的热力、动力学成因，为提升南海及西北太平洋区域的台风强度模拟和预测水平提供科学依据。

近30年來，随着卫星遥感观测技术的发展，台风路径预报取得了重大的进步，但对台风强度的研究和预报仍明显滞后。已有研究表明，台风强度的变化与海洋盐度引起的障碍层存在潜在的关联，但由于海洋垂向盐度观测的缺乏，目前对二者的关系仍不是很清楚，甚至还存在争议。本项目利用历史观测资料和再分析资料分析了台风过境前印-太上层海洋盐度变化及其引起的障碍层的时空变化。在此基础上进一步利用海洋数值模式，以敏感性试验为手段结合理论分析研究了海洋障碍层对台风诱导的海表降温和台风强度的影响。① 揭示印-太上层海洋盐度变异及其调控机理。指出了西北太平洋15°N以南的次表层海水发生极端的变咸，而其15°N以北的次表层海水则出现极端的变淡趋势。揭示了南部水体变咸是由北赤道流的异常增强与北太平洋东部潜沉的表层咸水联合控制；沃克环流异常是北赤道流增强的主要原因；而北部次表层海域盐度下降主要与西北太平洋副热带西部潜沉区的表层淡水密切关联。 ② 分析北印度洋障碍层厚度分布特征及其成因。指出北印度洋的东部常年存在障碍层，而其西部障碍层出现的概率则相对较低；较厚的障碍层出现在阿拉伯海东南部、孟加拉湾和赤道东印度洋。阿拉伯海东南部和孟加拉湾障碍层厚度以年变化为主，且呈同位相变化，均为冬季最大，夏季最小。赤道东印度洋区域则主要呈现半年周期变化，在夏季和冬季各出现一次峰值。孟加拉湾和赤道东印度洋障碍层厚度主要受等温层深度变化影响，混合层深度变化对障碍层厚度变化的影响相对较小；阿拉伯海障碍层厚度同时受等温层深度变化和混合层深度变化影响，其中等温层深度变化影响较大。③ 阐明了海洋障碍层对台风引起的冷却和强度的影响。给出了台风经过海洋盐度引起的深厚障碍层海域时的海洋温度降低的三维结构；指出海洋障碍层对台风增强频数确实具有重要的影响：障碍层的增加在一定程度上有利于台风的发展，但是当障碍层增加并不总是有利于台风的发展，其影响还受到混合层厚度的调制。当台风风速较弱或者移动速度较快而未能击穿混合层底时，障碍层的存利于台风增强；当台风风速较强或者移动较慢，其可击穿混合层底进入到障碍层时，障碍层此时相对较热的水体被夹倦进入混合层，抑制混合层的降温，利于台风增强；当台风足够强以至于完全可以击穿障碍层底进入到跃层时，此时厚的障碍层伴随着更浅薄的海洋上混合层，浅薄的混合层、利于台风将更冷的水体夹卷进入到混合层促使混合层降温，调制障碍层影响。