降水对于热带气旋期间上层海洋响应的影响

作者:刘甫 发布日期:2024-02-02 阅读:232

近日,我室与中山大学联合培养的博士生刘甫在Journal of Physical Oceanography上发表了题为“Impact of Precipitation on Ocean Responses during Tropical Cyclone”的研究论文,合作者包括帝国理工学院的Ralf Toumi教授、我室张翰副研究员(通讯作者)和陈大可研究员。

降水作为上层海洋的淡水来源之一,对上层海洋的盐度和层结具有重要调节作用。前人关于热带气旋降水作用的研究多针对热带气旋个例开展,并且其研究结论存在较大差异。利用理想个例开展研究能够避免复杂海洋状况的影响,有助于更清晰地得到降水的作用效果及作用机制。本研究利用区域海洋模式ROMS和理想热带气旋降水模型,设计一系列理想实验讨论了热带气旋降水对上层海洋响应的三维影响及其作用机制,主要结论如下:(1)无论热带气旋强度如何,热带气旋降水均会引起非对称的、一致的海表面“暖异常”,即抑制由垂向混合引起的海表面冷却,最强“暖异常”位于路径的右后侧(图1);(2)在垂直方向上,降水的作用仍为抑制动力效应的作用,自海表向下产生相对的暖-冷-暖异常;(3)在400km范围内,降水引起的热带气旋热含量增长可高达约4%,但区域平均来看,上层海洋热含量和热带气旋热含量增加约0.4%~0.5%(图2)。尽管热带气旋降水引起的海表面温度异常和热含量异常较小,但在气候变暖的背景下,逐渐增多的热带气旋降水可能会产生一定的影响。

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图1. 不同热带气旋强度下有无降水强迫下的海表面温度响应(a-j)及降水引起的海表面温度异常(k-o)

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图2. 不同降水强迫下引起的海洋热含量异常:(a-c)热带气旋热含量;(d-f)上层海洋热含量


降水的直接作用是降低海表盐度并增强稳定度,抑制垂向混合,同时也会引起更强的流场切变。这一作用机制与热带气旋强风场引起的垂向混合之间存在相互竞争的关系,研究发现,降水引起的海表面温度异常与热带气旋强度存在非线性关系,海表面温度异常随着热带气旋强度的增强逐渐趋于饱和。同时,一致的海表面暖异常指出降水引起的层结增强效应是其发挥作用的主要机制,而非增强的流场切变。诊断分析发现,当热带气旋低于Category3(风速低于55.3 m/s)时,垂直混合作用明显受到抑制,因此削弱了海表面的降温幅度;而随着热带气旋的增强,降水的作用途径主要是平流作用而非垂向混合(图3)。

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图3. 降水引起的海表面温度、次表层海温、海表面盐度和动力分解项的异常:(a-c)风场强迫相同而逐渐增强降水;(d-f)风场和降水强迫同时增强

本研究得到了国家自然科学基金(42176015, 42227901)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(JG2309)等资助。


论文引用:Liu, F., R. Toumi, H. Zhang, and D. Chen, 2024: Impact of Precipitation on Ocean Responses during Tropical Cyclone. Journal of Physical Oceanography. https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0138.1

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