基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

吴铃蔚，凌 征*

(1. 卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012；2. 国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

吴铃蔚1，2，凌 征*1，2

(1. 卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012；2. 国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料，利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性：台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升；左侧的则在R50内上升，R50外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升；强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升，左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后，海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升，在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R50范围内小幅上升，在远离台风路径左侧区域下降。

海表面盐度；Argo 剖面浮标；台风；混合层深度

0 引言

上层海洋与台风的相互作用在过去的几十年中备受关注[1-8]，这种相互作用对上层海洋的热量交换、动力过程以及生物过程意义重大。以往海洋对台风响应的研究主要集中于海表面温度、环流、淡水通量以及叶绿素等要素[4,6,8-14]，而对于盐度，由于观测资料的匮乏，其对台风响应的研究相对较少。

台风经过时海表面盐度主要受以下4个过程影响：降水、蒸发、混合和Ekman抽吸。在这4个过程中，只有降水会造成海表面盐度下降，其他3个过程均会使海表面盐度增加，因此海表面盐度对台风的响应取决于以上4个过程最终的竞争结果[15]。KOWN和RISER[16]利用PALACE型浮标发现大西洋飓风“Dennis”使混合层内盐度增加了0.24，他们认为强烈的风暴引起的近表层蒸发及更深层高盐水的涌升是造成盐度上升的主要原因；而许东峰 等[15]根据Argo浮标得到的次表层盐度剖面发现大多数台风经过西北太平洋暖池区时会引起盐度下降，他们认为热带气旋带来的淡水输入有利于盐度的下降，同时降水也会抑制台风引起的混合作用。刘增宏 等[17]对西北太平洋Argo浮标观测资料的分析结果显示台风造成的混合层盐度变化在台风轨迹两侧基本呈对称分布；而JACOB和KOBLINSKY[18]利用HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)模式则发现飓风路径右侧盐度下降更多，和温度一样存在明显的右偏现象。

综上所述，受到盐度观测数据的制约，以往海表面盐度对台风响应的研究多局限于个例研究和数值模拟，且结论存在较大分歧。近年来，随着全球Argo实时海洋观测网的全面建成，上层海洋盐度资料大大增加，为研究上层海洋盐度对台风的响应提供了良好的契机。本文通过合成分析西北太平洋1996—2012年这17 a内台风前后的Argo剖面浮标盐度观测资料，揭示了西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征，同时分析了台风强度、移动速度以及混合层深度对海表面盐度变化的影响。

1 数据和方法

1.1 台风资料

台风数据采用日本气象厅(http:∥www.jma.go.jp/jma/jma-eng/jma-center/rsmc-hp-pub-eg/trackarchives.html)1996—2012 年的台风最佳路径资料，该数据集包含了每6 h 1次的台风中心位置、最大风速以及50 kn(约25.7 m/s)风速长半径(R50)等信息。为了对不同强度的台风作标准化处理，我们仅使用最大风速在50 kn及以上的台风数据，标准化过程使用R50来归一化Argo剖面距离台风中心的距离。经统计，1996—2012年间西北太平洋共有258个台风(图1)满足上述要求。

图1 1996—2012 年间西北太平洋台风路径(实线)、Argo剖面分布(红点)和夏季(6—9月)平均混合层深度Fig. 1 Typhoon tracks (solid lines) , locations of Argo profiling floats (red dots) and summer mean mixed layer depth in Northwest Pacific during 1996-2012

1.2 Argo 浮标资料

Argo浮标资料取自中国Argo实时资料中心(http://www.argo.org.cn/)，所有的剖面数据在发布之前都已经过实时和延时质量控制[19]。1996—2012年间，西北太平洋共有111 773个Argo浮标剖面。本文对台风引起的海表面盐度变化特征的合成分析基于台风前后的Argo剖面对，选取时基于以下4个原则：(1)本文的研究区域着重在深海大洋，故仅保留观测深度大于1 000 m的剖面[20]；(2)沿台风路径及垂直于台风路径方向上，Argo剖面与台风中心的距离均在5R50以内；(3)台风前后的Argo剖面对之间的距离必须小于200 km，以减小由于海洋背景场空间变化所造成的差异[20]；(4)时间窗口为台风前10 d之内[20]和台风后3 d之内。根据以上采样原则，从满足条件的258个台风中共挑选出955对剖面，其中647对剖面在台风期间观测到了海表面(5 m)盐度数据(图1)。

1.3 混合层深度资料

气侯态混合层深度数据采用亚太数据研究中心 (http://apdrc.soest.hawaii.edu/data/data.php) 提供的基于温度判据的气侯态数据集，空间分辨率为1/2°×1/2°。西北太平洋夏季(6—9月)平均混合层深度空间分布特征如图1所示。

1.4 风场资料

海面风场资料取自美国国家气候数据中心(http://www.ncdc.noaa.gov/data-access/marineocean-data/blended-global/blended-sea-winds)提供的距海表面10 m高度上的风场，为多卫星融合的逐日格点数据，空间分辨率为1/4°×1/4°。

1.5 合成分析方法

本文采用HART et al[21]的合成分析方法研究海表面盐度对台风的响应特征。根据Argo剖面对在沿着台风路径方向和垂直于台风路径方向距离相应台风中心的距离，利用BARNES[22]于1964年提出的空间插值方法(又称高斯加权客观分析方法)，将各台风过程中的Argo剖面对观测到的海表面盐度变化插值到规则的网格上，最后得到海表面盐度变化的平面分布图。该网格以台风中心为中心，在沿着台风路径及垂直于台风路径方向各取10R50，格距为R50。使用Barnes插值方法时，选取各向同性的影响半径为2R50，这样可以对盐度异常场进行一定程度的平滑，以滤去因合成方法带来的小尺度噪声。

2 结果

2.1 海表面盐度对台风的基本响应特征

利用Argo剖面浮标在台风前后的海表面盐度观测值，合成分析了西北太平洋海表面盐度对台风的基本响应特征。如图2所示，台风在其路径右侧引起了海表面盐度的显著上升，其范围达到了5R50(R50的平均值为158 km)；其中，上升最显著之处位于台风中心右后方(2R50，-1R50)处，幅度达到了0.03。在台风路径左侧，海表面盐度在R50范围内上升而在R50外区域普遍下降。出现海表面盐度响应这种左右不对称现象的原因在于台风的风场具有右偏性[5]，即右侧风场较强(图2)，更容易将下层高盐水通过混合等作用带到海表，从而使得海表面盐度上升；而在左侧R50以外区域由于风场较弱，混合等作用引起的盐度上升小于降水造成的盐度下降，最终引起海表面盐度下降。

2.2 台风强度对海表面盐度变化的影响

为分析台风强度对海表面盐度变化的影响，将台风分为强台风(最大风速>36 m/s)和弱台风(最大风速<36 m/s)，两类台风影响下的剖面对分别为357和290对。图3a显示，强台风造成了海表面盐度大范围显著上升，且具有明显的右偏性，台风中心右侧且垂直于台风路径方向R50处上升幅度最大，达到了0.05。这说明，在强台风情况下，蒸发、混合和Ekman

图2 合成的台风风场(箭头)和台风引起的海表面盐度变化Fig. 2 Compositive wind field of typhoon (vector) and sea surface salinity variation induced by typhoons

抽吸引起的海表面盐度上升的幅度在台风左右两侧均要大于降水导致的盐度下降的幅度，且在右侧更大。当台风强度较小时，只在其路径右侧引起海表面盐度的小幅上升，其中相对显著的上升区域位于台风路径右侧(4R50,-1R50)处，幅度仅为0.02；其路径左侧海表面盐度在台风过后则普遍下降(图3b)。由此可见，当台风较弱时，由于其路径左侧风场较弱，故影响海表面盐度变化的4个过程中降水起主导作用；而在路径右侧，在相对较强的风场作用下，其余三者的影响要略强于降水的作用，导致海表面盐度小幅升高。

图3 强台风(a)和弱台风(b)引起的海表面盐度变化Fig. 3 Sea surface salinity variation induced by strong(a) and weak(b) typhoons

2.3 台风移动速度对海表面盐度变化的影响

为分析台风移动速度对海表面盐度变化的影响，将台风分为快速移动台风(移动速度>6 m/s)和缓慢移动台风(移动速度<6 m/s)，两者影响下的剖面对分别为316和331对。如图4a所示，当台风快速移动时，只在其路径右侧出现海表面盐度升高且幅度较小，最大升幅为0.02，位于台风路径右侧3R50附近；路径左侧海表面盐度则普遍显著下降。据此可见，当台风快速移动时，由于其在海洋上空作用时间较短，同时路径左侧风速又相对较小，故降水造成的盐度下降过程占主导地位；而在其路径右侧，相对较强的风场作用弥补了由于台风作用时间较短的不足，蒸发、混合和Ekman抽吸的作用加强，引起海表面盐度上升。当台风缓慢移动时，海表面盐度出现大范围的上升，其中上升幅度在台风中心右后方(2R50，-1R50)处最大，达到了0.05(图4b)。这是由于台风在海洋上空作用时间相对较长，海洋上层得到充分混合,次表层的高盐水进入混合层，从而导致台风中心附近海域出现大范围的海表面盐度升高。

图4 快速移动台风(a)和缓慢移动台风(b)引起的海表面盐度变化Fig. 4 Sea surface salinity variation induced by fast(a) and slow(b) moving typhoons

2.4 混合层深度对海表面盐度变化的影响

海表面盐度对台风的响应，除了受台风强度和移动速度影响外，也受到海洋盐度层结的影响。根据气侯态月均混合层深度数据，西北太平洋夏季(6—9月)各月混合层分布较为一致(图略)，且平均混合层深度的空间分布表现出明显的南北向梯度(图1)：相比25°N以北，25°N以南的混合层显著加深，其平均值分别为22.5 m 和41.4 m。此外，6—9月是西北太平洋台风的高发季节,在挑选的258个台风中，有172个发生在此期间。 因此，取6—9月作为研究的时间范围，同时将西北太平洋进一步划分为两个子海盆：25°N以北和25°N以南。据统计，分别有246和198对剖面位于上述两个子海盆。如图5a所示，在混合层较浅的区域，由于次表层高盐水更容易在台风作用下被卷入混合层，台风过后海表面盐度普遍较大幅度上升，其中上升最明显的区域位于台风路径右侧距其R50的条带上。在混合层较深的区域，台风过后其路径右侧及左侧2R50以内区域海表面盐度小幅升高，其中升高最大值位于台风中心右侧(2R50，0)处，仅为0.02；而左侧远离台风中心的海表面盐度则普遍下降(图5b)。相比于混合层较浅的区域，海表面盐度升高的幅度在混合层较深的区域略小，这是由于较深的混合层抑制了次表层高盐水进入混合层。

图5 25°N以北(a)和25°N以南(b)台风引起的海表面盐度变化Fig. 5 Sea surface salinity variation induced by typhoons located in north(a) and south(b) of 25°N

3 小结

本文利用1996—2012年的Argo剖面浮标盐度观测资料，分析了西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性：台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升，上升幅度最大处位于台风中心右后方；路径左侧的海表面盐度则在R50内上升而在R50以外区域普遍下降。该特征与台风风场具有右偏性相对应，进而说明强风引起的混合、卷夹等作用是引起海表面盐度增大的主要原因。

进一步分析表明，台风强度、移动速度以及混合层深度对海表面盐度响应均有较大影响。对于强度较大或缓慢移动的台风而言，台风能够造成大范围的海表面盐度上升；而强度较弱或快速移动的台风过后，只在其路径右侧出现海表面盐度上升，路径左侧的海表面盐度则普遍下降。混合层深度对海表面盐度的变化也有重要影响。在混合层较浅的区域，由于次表层高盐水更容易在台风作用下卷入混合层，台风过后海表面盐度普遍大幅度上升；在混合层较深的区域，海表面盐度在其路径右侧和左侧2R50范围内上升，但幅度较小，在左侧远离台风中心的区域则下降。

以上结果表明，由于Argo浮标在台风等极端恶劣天气条件下也能够正常工作，故Argo浮标数据能够很好地用于研究上层海洋对台风的响应特征。未来随着Argo浮标资料的积累和更高时空分辨率Argo浮标资料的获取，我们必定能够更全面地理解台风条件下的海-气相互作用过程，对上层海洋对台风的响应情况有一个更加深入的了解。

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Analysis of sea surface salinity response to typhoon in the Northwest Pacific based on Argo data

WU Ling-wei1,2, LING Zheng* 1,2

(1.StateKeyLaboratoryofSatelliteOceanEnvironmentalDynamics,Hangzhou310012,China; 2.TheSecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou310012,China)

Based on sea surface salinity (SSS) observations from Argo profiling floats during 1996—2012, SSS response to typhoons was analyzed by a synthetic analytical method. The results show that there exists an apparent asymmetry in the SSS response to typhoons: the SSS on the right side of the track increases markedly, however on the left side，it increases within radius of 50 knots wind speed (R50) while decreases outside theR50. Further analyses indicate that intensity, translation speed of typhoon and ocean mixed layer depth all have significant impacts on the SSS response. Strong or slow moving typhoons can produce SSS rises in a large area, whereas SSS increases (decreases) on the right (left) side of the track during the period of weak or fast moving typhoons. In summer (Jun.-Sep.), SSS generally rises more in magnitude and area after the passage of typhoon in regions of shallow mixed layer than in deep one，where SSS rises slightly within radius of 2R50and decreases on the left side far away from typhoon track.

sea surface salinity; Argo profiling floats; typhoon; mixed layer depth

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001.

2015-04-10

2015-05-06

国家重点基础研究发展计划项目资助(2013CB430301)；国家自然科学基金项目资助(41306024，41206002)；国家海洋局第二海洋研究所基本科研业务费专项项目资助(JT1301)

吴铃蔚(1989-)，女，浙江桐庐县人，主要从事海-气相互作用研究。E-mail: wulingwei@126.com

*通讯作者:凌征(1981-),男，助理研究员，湖南醴陵市人，主要从事海洋环流和海-气相互作用研究。E-mail:lingzheng@sio.org.cn

P731.12

A

1001-909X(2015)03-0001-06

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001

吴铃蔚，凌征. 基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析[J]. 海洋学研究,2015,33(3):1-6,

WU Ling-wei, LING Zheng. Analysis of sea surface salinity response to typhoon in the Northwest Pacific based on Argo data[J]. Journal of Marine Sciences, 2015, 33(3):1-6, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.001.