台风在海洋热量输送中的作用

As an important component of the atmosphere-ocean system, typhoon also plays an active role in maintaining the global heat and momentum balance. In previous studies, typhoons have been hypothesized to influence climate by pumping heat into the ocean, and this “heat pump” hypothesis is well-accepted by researchers. However, recent studies suggest that the oceanic response is much more complicated than previously thought. Besides the heat pump effect induced by typhoons, a strong uplift for the thermocline can be also at work, which acts as a “cold suction” effect in the upper ocean. Consequently, the heat pump theory, as a mixing dominant hypothesis, is an oversimplification of typhoons’ impact on the ocean; and that the estimations of typhoons’ effects on the ocean circulation and heat transport by the oceans based on such a theory need to be largely revised. This study is intended to provide a more precise estimation for that and also a dynamical analysis for the typhoon-induced heating effects on heat transport by the oceans, based on Argo floats observations, mooring observations in the South China Sea, satellite observations, theoretical analysis as well as ocean modeling. The fulfillment of this study can provide support for improving our understanding of the typhoons’ role in the earth climate system and our modeling skills for climate projections.

台风作为大气-海洋系统中的一个重要组成部分，亦是维持全球热量和动量分布平衡的一个重要机制。现有关于台风在气候系统中所起作用的研究中，台风经由混合所致的“热泵”效应向海洋输入热量的理论是被学术界广泛接受的主流观点。然而，除了由台风过程中的垂向混合作用所致的热泵效应，台风的气旋式风应力还能引起海洋温跃层的强烈抬升，对上层海洋起到“冷抽吸”的作用。因此，仅考虑混合作用占优的热泵理论过度简化了台风对海洋的作用，我们必须在考虑混合和抽吸两者共同作用的情况下重新审视基于这一理论估算的台风对大洋环流和热输运的影响。本项目拟结合Argo剖面浮标、南海台风观测阵、卫星遥感观测、理论分析和海洋数值模拟，定量估算由台风所致的海洋热量输送，并分析其中的物理机制，这对提高我们对台风在地球气候系统中所起作用的认识以及改进气候模式具有重要的科学和实际意义。

台风作为大气-海洋系统中的一个重要组成部分，亦是维持全球热量和动量分布平衡的一个重要机制。现有关于台风在气候系统中所起作用的研究中，台风经由混合所致的“热泵”效应向海洋输入热量的理论是被学术界广泛接受的主流观点。然而，除了由台风过程中的垂向混合作用所致的热泵效应，台风的气旋式风应力还能引起海洋温跃层的强烈抬升，对上层海洋起到“冷抽吸”的作用。因此，仅考虑混合作用占优的热泵理论过度简化了台风对海洋的作用，我们需要在考虑混合和抽吸两者共同作用的情况下重新审视基于这一理论估算的台风对大洋环流和热输运的影响。本研究结合卫星遥感观测、Argo剖面浮标和南海台风观测阵等多源观测资料和一个大洋环流模式来研究上层海洋对台风的响应特征，并进一步通过数值实验探讨在海洋响应中起主要作用的物理过程和机理。以生成于西北太平洋的台风为主要研究对象，使用改进的Gent-Cane海洋模式模拟得到的上层海洋的响应特征与观测结果比较一致，即沿着台风路径形成明显且持续的海表冷尾迹。进一步地，通过对不同物理过程的定量分析研究发现垂直混合与上升流是造成海表降温的主要原因，而海表热通量的作用也不可忽略。混合作用、上升流和热通量部分在海表温度降低中各自起作用的贡献约为~53%、~31%和~16%。项目也初步探讨了在年际时间尺度上台风在海洋热输送中所起的作用及其起作用的物理机理。本研究有助于进一步认识热带多尺度海气相互作用机理，可为改进台风预报和改进气候模式提供科学依据，进而对于提高我们对台风在地球气候系统中所起作用的认识具有重要的科学和实际意义。