熱帶氣旋在海洋能量平衡和水團(tuán)平衡中的作用.pdf

1、由于海洋在上墊面加熱和冷卻，因此雖然海洋在上表面吸收很多熱量，但并不能把這些熱量有效的轉(zhuǎn)化為機械能。為了維持準(zhǔn)平衡態(tài)的大洋環(huán)流，需要外來機械能源來平衡摩擦和耗散所損失的能量。風(fēng)和潮汐是最主要的機械能源。但到目前為止仍有一些機械能源不清楚，如熱帶氣旋。熱帶氣旋是中低緯度大氣系統(tǒng)中很重要的成分，由于我們通常所用的風(fēng)應(yīng)力資料(如NCEP/NCAR)分辨率比較低，像熱帶氣旋這種強烈的非線性事件都被平滑掉了，因此前面提到的風(fēng)輸入到海洋中的能量中并

2、不包含熱帶氣旋的貢獻(xiàn)。 考慮到熱帶氣旋與海洋之間的相互作用，利用一個臺風(fēng)-海洋耦合模式，本文研究了熱帶氣旋在海洋能量平衡和水團(tuán)平衡中的作用。本文采用的耦合模式由兩個各自測試、獨立發(fā)展的模式組成：三層的海洋約化重力模式和軸對稱的臺風(fēng)模型。本文計算了1984至2005年間約1600個熱帶氣旋輸入到海洋中的能量(包括輸入到浪的能量，輸入到表面流特別是近慣性流中的能量)。另外，用一個簡單的平底模型估計了熱帶氣旋導(dǎo)致的海洋上層重力位能增加

3、，同時，也計算了全球大洋中由熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深和混合。 本文的研究結(jié)果表明，當(dāng)熱帶氣旋過境時，大量的機械能被輸入到海洋中。1984至2005年熱帶氣旋輸入到海洋中的年平均能量為：輸入到浪1.70TW：表面流0.10TW，其中近慣性頻率段0.03TW；導(dǎo)致的重力位能增加為0.05TW。雖然這部分能量遠(yuǎn)小于平均態(tài)風(fēng)場輸入的能量，但由于這部分能量主要集中在低中緯度，特別是西北太平洋和北大西洋，可能對維持大洋環(huán)流有非常重要的貢獻(xiàn)。

4、 熱帶氣旋是大氣系統(tǒng)中變化最劇烈的成分，在過去的幾十年由于全球增暖現(xiàn)象，熱帶氣旋的活動亦增強，因此熱帶氣旋輸入到海洋中的能量也發(fā)生了很大的年際到年代際時間尺度的變化，總體上存在增大的趨勢。從1984至2005年，熱帶氣旋輸入到海洋中的能量增加了19％。熱帶氣旋輸入到海洋中能量的變化主要與熱帶氣旋的強度有關(guān)，用PDI(Power Dissipation Index)表征熱帶氣旋的強度指數(shù)，二者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93，也就是說熱帶氣

5、旋輸入到海洋中的能量與PDI的變化趨勢基本一致。另外，熱帶氣旋輸入到海洋中能量的變化與每年熱帶氣旋的個數(shù)也有一定的關(guān)系，但二者的相關(guān)系數(shù)僅為0.33。在低中緯度，熱帶氣旋輸入到海洋中的機械能可以有效地增加混合層的深度。最新的研究結(jié)果表明，低中緯度混合層的加深能有效地增強經(jīng)向壓強梯度，進(jìn)而增強子午環(huán)流和向極熱通量，同時使得維持次表層的跨密度面混合所需要的能量減小。1984至2005年熱帶氣旋引起的混合層加深的體積通量為39Sv，其中在北太

6、平洋有22.4Sv。Qiu and Huang(1995)估計的北太平洋的subduction rate為35.2Sv，obduction rate為7.8Sv。熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深的體積通量大于通過subduction形成水團(tuán)的50％，且遠(yuǎn)大于obduction，他們的結(jié)果顯示obduction主要發(fā)生在30°N以北地區(qū)，而熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深則主要集中在10°N～30°N。該結(jié)果顯示，熱帶氣旋在區(qū)域海甚至全球海洋的水團(tuán)平衡中

7、有非常重要的作用，在討論水團(tuán)平衡時必須考慮熱帶氣旋的貢獻(xiàn)。 熱帶氣旋輸入到海洋中的能量可以輸送到大洋內(nèi)部很深的地方，因此熱帶氣旋在很大程度上增強了海洋中的局地混合。本文的結(jié)果表明，熱帶氣旋引起了強烈的垂直混合。混合率的大小為(1-8)×10-4m2/s，其最大值(8.6×10-4m2/s)出現(xiàn)在西北太平洋。由于熱帶氣旋引起的混合是高度瞬變的，且發(fā)生在強層結(jié)處的低中緯度，因此熱帶氣旋輸入到海洋中機械能對大洋環(huán)流有非常重要的貢獻(xiàn)，能