劉娜, 王桂華, 鞏遠發(fā), 劉磊

?

南海鹽致環(huán)流對臺風降水的響應特征分析

劉娜1, 2, 王桂華2, 鞏遠發(fā)1, 劉磊2

1. 成都信息工程大學大氣科學學院, 四川 成都 610225; 2. 復旦大學大氣與海洋科學系, 上海 200082

本文采用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計分析的方法研究了17年間(2000—2016年)南海夏季(6—9月)臺風對該海域降水、淡水通量的貢獻及其可能導致的環(huán)流異常。主要結論如下: 1) 臺風是南海中北部降水的重要影響因子, 可導致日平均降水量增加12mm, 約占南海夏季日平均降水(25mm·d–1)的一半, 且西北太平洋臺風和南?！巴僚_風”產(chǎn)生的降水分布存在顯著的區(qū)域和強度差異; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的鹽致環(huán)流表現(xiàn)為以海南島東南部海域為中心的弱氣旋式, 其流量量級約為–0.15Sv, 約占同期風生環(huán)流流量(約為–1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 臺風帶來的降水使得南海中北部的氣旋式鹽致環(huán)流增強, 且西北太平洋臺風降水導致的淡水通量變化引起的鹽致環(huán)流強度要強于南?！巴僚_風”。

臺風; 淡水通量; 鹽致環(huán)流; 南海

南海大致位于0°—23°N, 99°—122°E之間, 是西北太平洋最大的邊緣海之一, 也是我國面積最大的海域, 大小約為3.5×106km2(蘇紀蘭等, 2005)。同時, 南海四周有眾多海峽與太平洋、印度洋以及鄰近海域相通, 亦是一個半封閉式海盆, 其上層環(huán)流主要受季風影響, 因此具有明顯的季節(jié)變化(Wyrtki, 1961)。夏季, 南海盛行西南風, 一般從5月開始, 9月結束, 故而南海夏季上層環(huán)流大體表現(xiàn)為: 以12°N為界, 以北為一個弱的氣旋式環(huán)流, 以南則是一個強的反氣旋式環(huán)流。另外, 黑潮通過呂宋海峽對南海環(huán)流也有一定的影響, 特別是南海北部(Qu, 2000; Su, 2004)。此外, 影響南海環(huán)流的因素還包括太陽輻射、淡水通量以及地形等(蘇紀蘭等, 2005)。

熱帶氣旋是最具破壞性的自然現(xiàn)象之一, 而西北太平洋是熱帶氣旋產(chǎn)生最多的區(qū)域之一, 南海作為其邊緣海, 臺風活動十分頻繁。南海臺風一般從4月開始, 至12月結束, 其中6—11月生成的臺風最多(關紛呈等, 1984), 平均每年影響南海的臺風可達10.3個(Wang et al, 2007), 其中從菲律賓以東洋面西移進入南海的西北太平洋臺風占64%(本文中稱之為“西北太平洋臺風”), 而在南海本地生成的只占36%(本文中稱之為南?！巴僚_風”)(吳迪生等, 2005; Jiang et al, 2014)。

Wang等(2009)利用QuikSCAT風場和一個簡單的1.5層約化重力模式研究了熱帶氣旋對南海季節(jié)性環(huán)流的影響, 發(fā)現(xiàn)夏季熱帶氣旋帶來的風應力旋度輸入可以加強南海大尺度環(huán)流。夏季, 由于西南季風和安南山脈的相互作用, 在越南外海存在一東北風急流(Wang et al, 2007), 在其影響下, 南海西北部為正的風應力旋度輸入, 東南部為負的風應力旋度輸入。而夏季臺風主要位于南海北部, 南部西風誘導越南外海急流增強, 使得急流北部正的風應力旋度和南部負的風應力旋度均增加, 從而使南海北部的氣旋式環(huán)流和南部的反氣旋式環(huán)流均加強。除此之外, Ling等(2011)利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)、Sverdrup理論和一個1.5層非線性約化重力模式研究了不同源地的臺風對夏季南海環(huán)流的影響。結果表明, 西北太平洋熱帶氣旋和南海熱帶氣旋對夏季南海大尺度環(huán)流均有加強, 且由于南海熱帶氣旋產(chǎn)生的風應力旋度更有利于夏季南海平均環(huán)流的加強, 故南海熱帶氣旋的影響更大。Wang等(2014)通過一個1/8°分辨率的海洋總環(huán)流模式(general circulation model, GCM)探究了2000—2008年臺風對南海大尺度環(huán)流的影響, 結果表明臺風不僅對南海上層環(huán)流有重要影響, 還可以將這種影響通過近慣性振蕩深入到海洋內(nèi)部, 從而影響海洋深層環(huán)流。以上研究均將研究重點放在臺風產(chǎn)生的風應力旋度對夏季南海環(huán)流的影響。眾所周知, 臺風通常還伴隨著充沛的降水, 這些降水可能對海洋環(huán)流產(chǎn)生影響(Hough, 1897; Goldsbrough, 1933; Stommel, 1957-1958, 1984; Huang et al, 1993; Huang, 1993)。而對南海這一半封閉海盆來說, 臺風產(chǎn)生的降水是否影響夏季南海環(huán)流以及會產(chǎn)生怎樣的影響, 目前尚未有人對此進行研究。因此本文嘗試采用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)展開臺風降水對南海淡水通量以及Goldbrough-Stommel正壓環(huán)流(以下簡稱為G-S正壓環(huán)流, 即鹽致環(huán)流)影響的研究。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 臺風數(shù)據(jù)

臺風路徑數(shù)據(jù)采用了美國聯(lián)合臺風預警中心(The Joint Typhoon Warning Center, JTWC)的最佳臺風路徑數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)包括了臺風每6h一次的位置(經(jīng)緯度)、最大持續(xù)風速(單位: knot)以及中心氣壓(單位: hPa)等。本文選取2000—2016年6—9月經(jīng)過南海(100°E—123°E, 0—25°N)、影響南海時間≥2天的熱帶氣旋[俗稱臺風(typhoon, TY)]作為研究對象(5月影響南海的臺風較少, 故不計)。

1.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)

降水數(shù)據(jù)來自美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心(National Aeronautics and Space Administration/ Goddard Space Flight Center, NASA/GSFC)的TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)3B42近實時的V7降雨產(chǎn)品。該數(shù)據(jù)是TRMM衛(wèi)星與其他衛(wèi)星聯(lián)合反演的降水產(chǎn)品, 主要由星載雷達PR的測雨資料計算所得, 并用TMI、VIRS等降雨資料和其他衛(wèi)星資料進行校正。該數(shù)據(jù)開始于2000年3月1日, 其空間分辨率為0.25°×0.25°, 覆蓋全球中低緯度(60°S—60°N)。逐日降水資料由3h累積降水相加而得。

風場數(shù)據(jù)由于不同衛(wèi)星運行時限的限制, 分為兩部分: 一部分采用來自美國噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)的QuikSCAT衛(wèi)星觀測風場數(shù)據(jù), 該數(shù)據(jù)從1999年7月19日起, 到2009年7月因自旋天線故障停止釆集詳細的海洋風數(shù)據(jù)止; 另一部分則采用歐洲航天局(European Space Agency, ESA)的ASCAT海表面風場數(shù)據(jù), 該數(shù)據(jù)通過2006年10月19日發(fā)射的Metop-A衛(wèi)星上搭載的新一代微波散射計Advanced SCATterometer(ASCAT)獲得, 其性能優(yōu)于美國NSACT、QuikSCAT和歐洲ERS等散射計衛(wèi)星。這兩種風場數(shù)據(jù)的時間分辨率均為1d, 空間分辨率均為0.25°×0.25°, 但空間覆蓋范圍有所不同: 前者為全球, 后者范圍略小(179°52'30"W— 179°52'30"E, 79°52'30"S—80°7'30"N)?；谝陨显? 本文選取2000—2006年的QuikSCAT衛(wèi)星海表風場數(shù)據(jù)和2007—2016年的ACSAT衛(wèi)星海表風場數(shù)據(jù)作為本研究中海表面風場的數(shù)據(jù)。

蒸發(fā)數(shù)據(jù)來自美國Woods Hole海洋研究所提供的客觀分析海氣通量(OAFlux)的全球洋面蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)使用COARE3.0塊體空氣動力學算法(bulk aerodynamic formulae)得到最佳的估計變量, 構建了全球海洋的潛熱、感熱通量以及蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)(Yu et al, 2008), 后被證實它與浮標觀測到的蒸發(fā)量有很好的一致性, 具有較高的可信度(Trenberth et al, 2011)。數(shù)據(jù)開始于1985年1月1日, 其時間分辨率為1d, 水平分辨率為1°×1°, 空間范圍覆蓋全球。

考慮到本文所用的多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在時間覆蓋范圍上略有差異。為使得研究范圍保持一致, 本文所有數(shù)據(jù)均選取自2000—2016年時間段內(nèi)。

1.3 風生環(huán)流計算——Sverdrup理論

Sverdrup在1947年提出了Sverdrup理論。該理論假定流體是穩(wěn)態(tài)的, 且側摩擦和分子粘性均較小, 因此我們可以用渦粘性系數(shù)來描述海洋表層的湍流。此外, 他還假設流體是正壓的, 即在一定深度的應力為0, 海水無流動。

基于以上的假設條件, 水平動量方程可以寫為:

Sverdrup對方程(1)從海表面積分到海水無運動(水平壓強梯度力為0)的深度(–), 同時定義:

根據(jù)水平邊界條件(表面為風應力, 深度–處為0, 即在該深度處海水無流動), 即:

將上述定義的公式(2)、(3)和邊界條件公式(4)代入簡化的動量方程公式(1)得:

同樣, 假設深度–處流速為0, 對連續(xù)方程進行積分后可得:

對(5)式進行偏微分運算, 再結合(6)式可得:

故將(8)式代入(7)式, 并設東邊界處流函數(shù)為0 , 可得:

根據(jù)觀測資料和相關的無量綱分析: 在南海, 羅斯貝(Rossby)數(shù)和水平?？寺?Ekman)數(shù)均遠小于1(Pedlosky, 1996), 且相對渦度平流遠小于行星渦度平流(其比值約為0.005), 故對于南海海盆尺度的風生環(huán)流, Sverdrup關系同樣成立(Liu et al, 2001)。

1.4 鹽致環(huán)流計算——Goldbrough-Stommel理論

本文將采用Goldsbrough(1933)提出的大尺度環(huán)流的渦度約束理論來研究夏季南海臺風對由蒸發(fā)和降水導致的G-S正壓環(huán)流(即鹽致環(huán)流)的影響(黃瑞新, 2012)。具體算法如下。

這就是Goldbrough-Stommel正壓流函數(shù)的計算公式(簡稱G-S理論), 該渦度約束條件在淡水通量導致的鹽致環(huán)流的相關研究中被驗證和應用(Huang, 1993; Liu et al, 2017)。

2 結果分析

2.1 南海臺風及其降水的空間分布

在2000—2016年期間, 南海總計受到169個臺風影響(平均每年影響南海的臺風達10個), 包括64個在南海本地生成的南?！巴僚_風”和105個從菲律賓以東洋面西移進入南海的西北太平洋臺風, 分別占影響南海臺風總數(shù)的37.9%和62.1%, 該統(tǒng)計結果與前人的研究結果一致(吳迪生等, 2005; Wang et al, 2007; Jiang et al, 2014)。南海臺風從5月開始活躍, 7、8、9月達到活躍高峰期, 平均每月有26個臺風影響南海, 其中西北太平洋臺風15個, 南?！巴僚_風”11個; 此外影響南海的土臺風個數(shù)在6、8、9月最多, 而影響南海的西北太平洋臺風個數(shù)則是7—11月最多, 6、12月次之(圖1a)。因此, 本文的研究聚焦于夏季(6—9月)。17年間夏季影響南海的臺風中有54個來自西北太平洋, 41個是南?！巴僚_風”, 共計95個。圖1b為夏季影響南海的臺風每24小時中心位置, 可見南海臺風中心位置基本位于12°N以北, 其中影響南海的西北太平洋臺風中心位置則更偏北, 基本位于15°N以北海域。

圖1 南海臺風的季節(jié)變化(a)和夏季每24h臺風中心位置(b) a、b中藍色代表西北太平洋臺風, 紅色代表南海“土臺風”; b中A: 臺灣島; B: 海南島; C: 呂宋島

夏季, 如圖2b所示, 南海盛行西南季風, 海表面蒸發(fā)強烈, 形成“北少南多”的分布形態(tài)(以4.2mm·d–1的蒸發(fā)量為界), 特別是越南外海附近存在的風速極大值區(qū)(>6m·s–1)使得此處蒸發(fā)最強, 形成一個強度為5.1mm·d–1的強蒸發(fā)區(qū)。而南海夏季降水受西南季風氣流的引導以及山脈影響, 表現(xiàn)為“西少東多”的分布特征: 其西側海域受安南山脈的阻擋以及強烈蒸發(fā)的影響, 降水稀少; 而在東側即呂宋島以西受菲律賓的山脈和弱蒸發(fā)的影響, 降水充沛(Xie et al, 2006), 日平均降水量最大可達25mm(圖2b)。將二者相減后得到南海夏季淡水通量[淡水通量=蒸發(fā)量()–降水量()]的空間分布(如圖2c所示), 由于夏季降水豐富, 整個南海夏季淡水通量為負, 僅在越南外海附近一小片海域為弱的正淡水通量區(qū); 而呂宋島以西海域由于海表面的降水遠大于蒸發(fā), 形成一個強度為16mm·d–1的強淡水通量負值區(qū)。

圖2 夏季南海氣候態(tài)(a—c)和臺風期間(d—f)的蒸發(fā)(a、d)、降水和風場(b、e)以及淡水通量(c、f)分布b、e中的等值線表示風速

眾所周知, 臺風是一種天氣尺度的強氣旋性渦旋, 不僅伴隨著強風, 還可以帶來豐富的降水。圖2d是受臺風影響期間南海海表面蒸發(fā)的分布, 與南海氣候態(tài)的蒸發(fā)(圖2a)相比, 雖然臺風使得南海海表面風增強, 從而加強了南海海表面的蒸發(fā), 但其變化極其微小, 甚至可以忽略不計。圖2e是受所有臺風影響期間南海日平均降水的空間分布, 可以看出在此期間南海中北部產(chǎn)生了大量的降水, 日平均降水量最高可達36mm, 仍位于呂宋島斜側海域, 約是南海夏季日平均降水最大值(25mm)的1.5倍, 即夏季在南海僅由臺風產(chǎn)生的降水最多可達12mm·d–1, 約站氣候態(tài)降水的一半。這說明, 夏季南海中北部的降水不僅有西南季風的貢獻, 臺風也是影響南海中北部降水的一個重要因素。同樣, 通過分析受南海臺風影響時期該海域淡水通量的分布特征(圖2f), 發(fā)現(xiàn)臺風對南海東北部淡水的大量輸入使得該海域的淡水通量呈負值, 特別是呂宋海峽以西和臺灣島西南部的負淡水通量顯著, 強度可達–20 ~ –25mm·d–1(向上為正), 且降水的極大值區(qū)與淡水通量的強負值區(qū)十分吻合。進一步表明夏季臺風帶來的降水對南海淡水通量分布的影響顯著, 遠遠超過臺風通過蒸發(fā)對其淡水通量的影響。

根據(jù)陳潤珍(2007)等的研究, 西北太平洋臺風和南?！巴僚_風”的路徑和強度發(fā)展規(guī)律均存在差異。因此, 我們分別計算了這兩種不同源地的臺風降水。此處需要說明的是, 本文是根據(jù)受兩類臺風影響的時間分別對該時刻的降水求平均, 雖然有部分時刻有重疊, 但某一時刻同時出現(xiàn)西北太平洋臺風和南?！巴僚_風”的幾率并不大, 因此本文假定該計算方法對結果的影響極小, 可忽略不計。如圖3b和圖3e所示, 夏季西北太平洋臺風期間降水主要分布在南海的東北部大片海域, 有兩個大值中心(日平均降水量≥35mm), 分別是呂宋島以西海域、臺灣西南部海域; 而南?！巴僚_風”期間降水大值中心分別位于海南島附近和呂宋島以西, 日平均降水量約為25~30mm, 強度弱于來自西北太平洋的臺風。因此, 夏季, 南海在西北太平洋臺風期間產(chǎn)生的降水不同于南?！巴僚_風”期間產(chǎn)生的降水。此外, 通過分析這兩類臺風影響期間南海的淡水通量分布圖(圖3c、f), 得出淡水通量的負極大值區(qū)的分布和強度與降水大值中心高度一致, 這是因為臺風對海洋表面蒸發(fā)的影響遠小于降水, 所以西北太平洋期間和南?！巴僚_風”期間降水的空間分布和強度差異直接導致了南海淡水通量空間分布和強度的不同。

圖3 夏季南海西北太平洋臺風(a—c)和南?！巴僚_風”期間(d—f)的蒸發(fā)(a、d)、降水和風場(b、e)以及淡水通量(c、f)分布b、e中的等值線表示風速

在圖2和圖3中所涉及臺風期間的降水及淡水通量中不僅包含了臺風的影響, 還包括了季風的影響。為進一步明確臺風對南海降水和淡水通量的影響, 本文通過將受臺風影響期間的海表面風場、降水及淡水通量分別與氣候態(tài)的海表面風場、降水及淡水通量相減, 提取出僅由臺風引起的海表面風場、降水和淡水通量特征(圖4)。圖4a為夏季所有影響南海的臺風所產(chǎn)生的降水: 夏季, 影響南海的臺風在南海北部產(chǎn)生一個氣旋式的風場, 使得南海北部的降水增加, 存在兩個降水大值區(qū), 分別位于114°E, 20°N(約15mm·d–1)和臺灣島西南部海域(約18mm·d–1)。同理, 提取僅由西北太平洋臺風產(chǎn)生的降水(圖4b), 可以發(fā)現(xiàn)日平均降水大值區(qū)主要位于16°N以北, 112°E以東的海域; 而僅由南海“土臺風”產(chǎn)生的降水(圖4c)則主要位于海南島以南的海域。分析圖d—f發(fā)現(xiàn), 僅由臺風產(chǎn)生的負淡水通量(圖4d)分布與降水的空間分布很相似。以上的分析進一步說明臺風對于夏季南海中北的降水影響至關重要, 且西北太平洋臺風和南海“土臺風”產(chǎn)生的降水分布存在顯著的區(qū)域和強度差異, 而這種差異主要是由臺風產(chǎn)生的降水所導致的, 與臺風帶來的強風對海表蒸發(fā)的影響關系不大。

2.2 臺風條件下淡水通量對南海鹽致環(huán)流的影響

水循環(huán)中的任何變化都會不可避免地影響海洋表面的凈水通量, 從而改變海洋環(huán)流(Schmitt, 1995; Rodell et al, 2015)。那么, 夏季南海表面淡水通量導致的鹽致環(huán)流與風應力產(chǎn)生的海洋環(huán)流有何不同？臺風帶來的降水會對南海鹽致環(huán)流產(chǎn)生怎樣的影響？不同空間分布的淡水通量又會對南海環(huán)流產(chǎn)生怎樣的影響呢？這些問題都值得我們進一步去探討, 因此本節(jié)根據(jù)Goldsbrough(1933)提出的大尺度環(huán)流的渦度約束理論研究了夏季南海臺風對由蒸發(fā)和降水導致的G-S正壓環(huán)流(即鹽致環(huán)流)產(chǎn)生的影響。

圖4 夏季南海所有臺風(a、d)、西北太平洋臺風(b、e)和南?！巴僚_風”(c、f)引起的降水及海表面風異常(a—c)、淡水通量異常(d—f)

夏季, 南海盛行西南風(圖2b), 通過Sverdrup理論的計算, 可以由圖5a看出夏季南海北部為正的Sverdrup質(zhì)量輸送, 南部為負的Sverdrup質(zhì)量輸送。因此, 夏季南海上層環(huán)流受兩個環(huán)流控制: 北部為氣旋式環(huán)流, 南部為反氣旋式環(huán)流。相比于Ling等(2011)對夏季南海風生環(huán)流的研究, 本文中夏季南海風生環(huán)流的流量偏小, 主要原因有二, 一是因為本文研究的時間范圍是6—9月, 而Ling等(2011)研究的時間范圍是6—8月。嚴格來說, 9月并不屬于夏季, 因為該月處于西南季風向東北季風轉換的時期, 特別是南海北部受東北季風的影響, 風向發(fā)生了改變, 從而減少了Sverdrup質(zhì)量流量的輸送。二是因為本文中使用的風場數(shù)據(jù)由兩部分構成, ASACT衛(wèi)星的海表面風場數(shù)據(jù)比QuikSCAT衛(wèi)星的小1~2m·s–1。根據(jù)大尺度環(huán)流的渦度約束理論, 海洋鹽致環(huán)流的分布主要由淡水通量決定。夏季, 南海海表面淡水通量呈“西少東多”的分布形態(tài)(圖2c), 但整體為一個負的淡水通量區(qū), 這使得南海海表面正壓質(zhì)量流量輸入為負值。因此, 整個海盆為一弱的氣旋式正壓環(huán)流, 中心位于海南島東南部海域(圖5b)。顯然, 夏季南海鹽致環(huán)流的分布形態(tài)不同于該海域風生環(huán)流的分布, 且南海夏季G-S正壓環(huán)流的量級約為–0.15Sv, 是同期風生環(huán)流(約為–1.5Sv, 圖5a)的10%左右。

在臺風影響期間, 夏季南海中北部降水充沛, 大量的負淡水通量輸入, 使得12°N以北海表面正壓質(zhì)量流量輸入增加至–0.25Sv, 由此南海中北部產(chǎn)生了一個大的氣旋式G-S正壓環(huán)流。這表明臺風能夠使得夏季南海中北部的氣旋式鹽致環(huán)流增強(圖5c)。此外, 如圖5d和圖5e所示, 西北太平洋臺風帶來的降水使得南海中北部海表面負的正壓質(zhì)量流量增加至–0.35Sv, 而南?！巴僚_風”產(chǎn)生的降水使得南海中北部海表負的正壓質(zhì)量流量增加至–0.15Sv。這說明兩類臺風均對南海夏季中北部的氣旋式G-S正壓環(huán)流有加強作用, 但由于西北太平洋臺風帶來的降水對南海中北部的淡水通量輸入要大于南海“土臺風”, 因此西北太平洋臺風產(chǎn)生的G-S正壓環(huán)流強度(約為–0.35Sv)要強于南?！巴僚_風”(約為–0.15Sv)。這可能是由于西北太平洋臺風的強度普遍強于南海“土臺風”, 而臺風強度是影響臺風降水強度的主要因素之一(鈕學新等, 2010)。

圖5 夏季氣候態(tài)Sverdrup流函數(shù)(a)和氣候態(tài)(b)、所有臺風(c)、西北太平洋臺風(d)以及南?！巴僚_風”(e)的G-S正壓流函數(shù)(單位: Sv) 1Sv=10–6m3·s–1。負值代表氣旋式環(huán)流, 黑色粗實線代表0

3 結論與討論

本文利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)研究了2000—2016年夏季(6—9月)影響南海的臺風對該海域降水、淡水通量以及鹽致環(huán)流的影響, 希望通過該研究幫助我們進一步認識臺風對南海環(huán)流的影響?，F(xiàn)得到以下主要結論。

1) 臺風是南海中北部的降水的一個重要影響因子, 可導致日平均降水量增加12mm, 約占南海夏季降水的一半; 西北太平洋臺風和南?！巴僚_風”降水的空間分布存在顯著差異: 南海“土臺風”產(chǎn)生的降水和淡水通量負值區(qū)較西北太平洋臺風更偏西, 而西北太平洋臺風產(chǎn)生的降水和負淡水通量強度均大于南?！巴僚_風”。

2) 夏季, 南海鹽致環(huán)流使得季風導致的海洋環(huán)流加強, 量級約占同期風致環(huán)流(約為–1.5Sv)的10%, 整個海盆為以海南島東南部海域為中心的弱氣旋式鹽致環(huán)流。受南海臺風的影響, 南海中北部較強的負淡水通量輸入使得夏季南海中北部的氣旋式鹽致環(huán)流增強。值得注意的是, 西北太平洋臺風和南海“土臺風”均對南海夏季中北部的氣旋式鹽致環(huán)流有加強作用, 但西北太平洋臺風產(chǎn)生的鹽致環(huán)流強度要強于南?！巴僚_風”。

本文通過一個簡單的大尺度環(huán)流渦度約束條件初步探究了臺風降水對于南海上層環(huán)流的影響, 但由于臺風期間伴有強風, 因此會引起海洋強烈的混合, 臺風產(chǎn)生的降雨會迅速向下混合, 本文將其帶來的降雨簡單地處理為堆積在海洋表層, 這可能高估了臺風降雨引起的正壓環(huán)流。此外, 單個臺風降雨誘導的正壓環(huán)流由于地轉調(diào)整可能會很快耗散掉, 是否可以簡單處理為多個臺風的累積效應來顯示臺風誘導的鹽致環(huán)流值得進一步探討。最后, 由于臺風帶來的強風和降水均能在海洋表層引起海表面高度的變化, 從而導致海洋表層環(huán)流的增加, 若利用海表面高度異常(sea surface height anomaly, SSHA)來計算鹽致環(huán)流, 其結果必將包含了強風引起的風生環(huán)流, 如何剔除強風的影響以便從衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中獲得僅由蒸發(fā)降水產(chǎn)生的鹽致環(huán)流是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

陳潤珍, 2007. 南海熱帶氣旋緯向分布特征[J]. 臺灣海峽, 26(4): 465–471. CHEN RUNZHEN, 2007. Latitudinal distribution characteristics of tropical cyclone in South China Sea[J]. Journal of Oceanography in Taiwan Strait, 26(4): 465–471 (in Chinese with English abstract).

關芬呈, 謝清華, 1984. 南海臺風的統(tǒng)計特征[J]. 海洋通報, 3(4): 19–27. GUAN FENCHENG, XIE QINGHUA, 1984. The statistical characteristics of typhoon in the South China Sea[J]. Marine Science Bulletin, 3(4): 19–27 (in Chinese with English abstract).

黃瑞新, 2012. 大洋環(huán)流: 風生與熱鹽過程[M]. 北京: 高等教育出版社: 466–475. HUANG RUIXIN, 2012. Ocean circulation: wind-driven and thermohaline processes[M]. Beijing: Higher Education Press: 466–475 (in Chinese).

鈕學新, 杜惠良, 滕代高, 等, 2010. 影響登陸臺風降水量的主要因素分析[J]. 暴雨災害, 29(1): 76–80. NIU XUEXIN, DU HUILIANG, TENG DAIGAO, et al, 2010. Main factors affecting the rainfall caused by landing typhoons[J]. Torrential Rain and Disasters, 29(1): 76–80 (in Chinese with English abstract).

蘇紀蘭, 袁立業(yè), 2005. 中國近海水文[M]. 北京: 海洋出版社: 263–271.

吳迪生, 趙雪, 馮偉忠, 等, 2005. 南海災害性土臺風統(tǒng)計分析[J]. 熱帶氣象學, 21(3): 309–314. WU DISHENG, ZHAO XUE, FENG WEIZHONG, et al, 2005. The statistical analyse to the local harmful typhoon of South China Sea[J]. Journal of Tropical Meteorology, 21(3): 309–314 (in Chinese with English abstract).

GOLDSBROUGH G R, 1933. Ocean currents produced by evaporation and precipitation[J]. Proceedings of the Royal Society of A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 141(845): 512–517.

HOUGH S S, 1897. On the application of harmonic analysis to the dynamical theory of the tides. Part Ⅰ. On Laplace’s 'Oscillations of the first species,' and on the dynamics of ocean currents[J]. Proceedings of the Royal Society of London, 61(369–377): 236–238.

HUANG RUIXIN, 1993. Real freshwater flux as a natural boundary condition for the salinity balance and thermohaline circulation forced by evaporation and precipitation[J]. Journal of Physical Oceanography, 23(11): 2428–2446.

HUANG RUIXIN, SCHMITT R W, 1993. The Goldsbrough- Stommel circulation of the world oceans[J]. Journal of Physical Oceanography, 23(6): 1277–1284.

JIANG DI, HUANG FEI, HAO GUANGHUA, et al, 2014. The characteristics of air-sea heat flux exchange during the generation and development of local typhoons over the South China Sea[J]. Journal of Tropical Meteorology, 20(2): 93–102.

LING ZHENG, WANG GUIHUA, WANG CHUNZAI, et al, 2011. Different effects of tropical cyclones generated in the South China Sea and the northwest Pacific on the summer South China Sea circulation[J]. Journal of Oceanography, 67(3): 347–355.

LIU QINYU, YANG HAIJUN, LIU ZHENGYU, 2001. Seasonal features of the Sverdrup circulation in the South China Sea[J]. Progress in Natural Science, 11(3): 202–206.

LIU XIN, K?HL A, STAMMER D, 2017. Dynamical ocean response to projected changes of the global water cycle[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 122(8): 6512–6532.

PEDLOSKY J, 1996. Ocean circulation theory[M]. Berlin, Heidelberg: Springer.

QU TANGDONG, 2000. Upper-layer circulation in the South China Sea[J]. Journal of Physical Oceanography, 30(6): 1450–1460.

RODELL M, BEAUDOING H K, L’ECUYER T S, et al, 2015.The observed state of the water cycle in the early twenty-firstcentury[J]. Journal of Climate, 28(21): 8289–8318.

SCHMITT R W, 1995. The ocean component of the global water cycle[J]. Reviews of Geophysics, 33(S2): 1395–1409.

STOMMEL H, 1957–1958. A survey of ocean current theory[J]. Deep Sea Research (1953), 4: 149–184.

STOMMEL H, 1984. The delicate interplay between wind-stress and buoyancy input in ocean circulation: the Goldsbrough variations[J]. Tellus A, 36A(2): 111–119.

SU JILAN, 2004. Overview of the South China Sea circulation and its influence on the coastal physical oceanography outside the Pearl River Estuary[J]. Continental Shelf Research, 24(16): 1745–1760.

TRENBERTH K E, FASULLO J T, MACKARO J, 2011. Atmospheric moisture transports from ocean to land and global energy flows in reanalyses[J]. Journal of Climate, 24(18): 4907–4924.

WANG GUIHUA, LING ZHEN, WANG CHUNZAI, 2009. Influence of tropical cyclones on seasonal ocean circulation in the South China Sea[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 114(C10): C10022.

WANG GUIHUA, SU JILAN, DING YIHUI, et al, 2007. Tropical cyclone genesis over the South China Sea[J]. Journal of Marine Systems, 68(3–4): 318–326.

WANG XIDONG, WANG CHUNZAI, HAN GUIJUN, et al, 2014. Effects of tropical cyclones on large-scale circulation and ocean heat transport in the South China Sea[J]. Climate Dynamics, 43(12): 3351–3366.

WYRTKI K, 1961. Physical oceanography of the southeast Asian waters[R]. La Jolla, California: Scripps Institution of Oceanography.

XIE SHANGPING, XU HAIMING, SAJI N H, et al, 2006. Role of narrow mountains in large-scale organization of Asian monsoon convection[J]. Journal of Climate, 19(14): 3420–3429.

YU LISAN, JIN XIANGZE, WELLER R A, 2008. Multidecade global flux datasets from the objectively analyzed air-sea fluxes (OAFlux) project: Latent and sensible heat fluxes, ocean evaporation, and related surface meteorological variables[R/OL]. [2018-10-16]. http://oaflux.whoi.edu/pdfs/OAFlux_TechReport_3rd_release.pdf.

An analysis of response characteristics of saline circulation to typhoon precipitation in South China Sea

LIU Na1, 2, WANG Guihua2, GONG Yuanfa1, LIU Lei2

1. School of Atmospheric Sciences, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China; 2. Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, Fudan University, Shanghai 200082, China

By using various satellite remote sensing data and statistical analysis method, the contribution of typhoons in summer (from June to September) to the precipitation and freshwater flux in the South China Sea (SCS) and their possible influences on circulation anomalies in the SCS in the past 17 years (2000-2016) were studied. The main conclusions are as follows. Typhoon is one of the crucial factors that impact the precipitation in both northern and middle SCS, and the daily mean precipitation can be increased by 12 mm, which accounts for half of the daily mean rainfall in the SCS during summer. Besides, there are significant differences in the location and intensity of the rainfall distributions between the Northwest Pacific Ocean typhoons (NWP TYs) and SCS typhoons(SCS TYs). In summer, the saline circulation in the SCS induced by freshwater flux shows a weak cyclone that centes in the southwestern part of Hainan island with its magnitude of about -0.15 Sv, which is approximately 10% of wind-induced circulation (about -1.5 Sv) during the corresponding period. Precipitation induced by typhoons can intensify cyclonic saline circulation in the northern-central part of the SCS in summer. And the intensity of the saline circulation caused by NWP typhoons is stronger compared to that by SCS typhoons.

typhoon; freshwater flux; saline circulation; South China Sea

P731.21; P732.6

A

1009-5470(2019)03-0013-9

10.11978/2018107

2018-10-16;

2018-11-27。林強編輯

國家自然科學基金(91428206、41576022、41811530301、91528304、41621064); 國家重點研發(fā)計劃重點專項課題(2017YFC1404103); “全球變化與海氣相互作用”專項(GASI-IPOVAI-04); 上海市優(yōu)秀學術/技術帶頭人計劃(17XD1400600)

劉娜(1994—), 女, 甘肅省武威市人, 碩士研究生, 主要從事衛(wèi)星遙感與海氣相互作用的研究。E-mail: liunavip666@163.com

王桂華。E-mail: wghocean@yahoo.com

2018-10-16;

2018-11-27. Editor: LIN Qiang

The National Natural Science Foundation of China (91428206, 41576022, 41811530301, 91528304, 41621064); The National Key Research and Development Program of China (2017YFC1404103); The National Programme on Global Change and Air-Sea Interaction (GASI-IPOVAI-04); Program of Shanghai Academic/Technology Research Leader(17XD1400600).

WANG Guihua. E-mail: wghocean@yahoo.com