南海北部海洋与台风相互影响机制研究

It is well known that typhoons are closely associated with underlying ocean conditions. China is one of the countries suffering the most severe damage from typhoon activities. For those typhoons formed in the northwest Pacific entering South China Sea (SCS), the northern SCS (NSCS) is a key region before they land on the southwest coast of China. Observations showed that during past 63 years 75% of such typhoons entering NSCS from Pacific weakened, and the other 25% intensified. NSCS separates from the Pacific Ocean by the Luzon strait with a generally shallower thermocline. Its circulations are mainly driven by monsoon, containing large amounts of mesoscale eddies split from the Kuroshio intrusions. Therefore, typhoons interactions with ocean in the NSCS region are much more complicated than other general oceans. Based on historical data analysis, development of high-resolution ocean-atmosphere coupled model, this proposal aims to simulate and understand the behavior of those typhoons passing over the NSCS region. Focusing on ocean heat content and background circulation patterns in the NSCS, typhoon-induced inertial oscillations, and the mesoscale eddies, this study will investigate the key processes of typhoon-ocean coupling feedbacks in the NSCS, which can provide valuable scientific support for improving forecast skills for the typhoons landing on the southwest coast of China.

台风发展与上层海洋环境密切相关。我国是世界上台风危害最严重的国家之一，而南海北部是西北太平洋台风进入南海,登陆我国西南沿岸的必经海域，也是影响台风最后登陆状态的关键海域。观测资料显示，在过去63年中生成于西北太平洋，经吕宋海峡进入南海的台风约75%减弱，25%增强。南海北部海域以吕宋海峡与西北太平洋相分隔，混合层普遍比西北太平洋浅，其环流结构主要受季风和黑潮入侵影响，海洋涡旋多。与普通海区相比，南海北部海洋对途经台风的响应和反馈更为复杂。因此本项目将依据历史观测资料、搭建高分辨率南海台风海气耦合模式，对典型的途经南海的台风进行数值模拟。围绕南海北部海洋热量及背景流场分布、台风引起的海洋惯性震荡、以及中尺度涡旋三方面来研究影响途经南海北部的台风强度变化的关键机制。通过这一项目实施，能够明确南海北部海洋对途经台风发展的响应和反馈机制，为提高我国南海登陆台风强度预报能力提供有力的科学支撑。

南海北部是西北太平洋台风进入南海,登陆我国西南沿岸的必经海域，也是影响台风最后登陆状态的关键海域。我们基于1951年到2016年的大气和海洋观测数据以及针对台风个例的海洋和大气数值模拟，研究发现：（1）南海对于生成于西北太平洋的台风强度发展起到了一定的缓冲作用，约70%的台风进入南海后减弱，主要是由于南海相对于西北太平洋相对较浅的26摄氏度等温线深度；（2）南海对台风强度发展的缓冲作用在年代际和季节内尺度上都有比较显著的变化规律，在年代际尺度上的变化和太平洋年代际震荡（PDO）密切相关，主要是PDO引起了南海北部26摄氏度等深线约25%的深度变化; 而季节内尺度变化与南海海洋上层热含量和东亚季风9月份转向都密切相关；（3）台风个例“鹦鹉”模拟研究发现该台风在南海能驱动更强的近惯性运动，使海洋的垂向剪切和夹卷混合更为强烈，海表降温也更为明显，增强了海洋对台风发展的负反馈；（4）从位涡的角度探究了台风“鹦鹉”强度发展的物理过程，从位涡增强的角度，进一步验证了SST对台风强度发展的作用。本研究提出了（1）一个新的参数化热带气旋引起海面温度降低的多元回归模型，改善了大气模式模拟台风的海表温度，有助于改善台风预报;（2）两种可用于改善大气模式对台风预报的基于机器学习神经网络算法，可以减少台风最大风速模拟误差的60-70%。通过项目实施，进一步明确了南海北部海洋对途经台风发展的响应和反馈机制，为提高我国南海登陆台风强度预报能力提供了科学支撑。