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台风“摩羯”如何搅动上层海洋?南方海洋实验室揭示核心机制
来源:张旭日
2026.11.05
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近日,南方海洋实验室前沿研究中心模式开发组揭示了超级台风“摩羯”期间波浪调控上层海洋响应的核心机制,发现台风过境时海浪会主动搅动上层海洋,使台风中心附近形成表层冷、中层暖、深层微冷的温度异常结构,相关成果发表于海洋模拟领域专业期刊Ocean Modelling。


西北太平洋是全球台风最活跃的海域之一。台风会引发强风与巨浪,剧烈扰动上层海洋结构,改变热量与动能在海水中的垂直分布,这种扰动又会反过来通过海-气相互作用,影响台风自身的强度与路径。因此,准确刻画台风期间上层海洋的温度变化,是提升台风预报精度、减轻灾害损失的重要科学基础。

南方海洋实验室前沿研究中心模式开发组基于高分辨率浪-流耦合数值模型,针对 2024年超级台风“摩羯”开展研究,定量揭示了海浪对上层海洋热力与动力响应的调控规律。

研究提出了台风诱导上层海洋热力-动力响应的三阶段演化框架(图1):

初始响应阶段:波浪诱导的湍流混合增强了经典的 “热泵效应”——海表被搅冷,热量被压到混合层底部,形成“上冷下暖”的格局;

快速降温阶段:波浪通过修正海表面粗糙度改变局地风应力旋度;在台风眼壁区域,最大风应力旋度增大约40–50%,与波浪诱导混合协同作用,进一步强化冷尾效应;

台风过境后调整阶段:持续的近惯性振荡、残余波浪混合与上升流共同维持冷却过程,海表最低温度在台风中心过境约16小时后出现。




图1 台风过境前后海洋响应的时间序列。左侧对应EXP1(未耦合波浪),右侧对应EXP2(耦合波浪)。上图为SST(蓝色)和混合层底温度(MLBT,橙色)变化,下图为垂向温度扩散率(Akt,绿色)和垂向速度(W,紫色)变化。


热量收支诊断显示(图2),波浪同时调控着两个量级相当、方向相反的热力过程:


波浪诱导湍流混合贡献了27% 的次表层扩散增温;


波浪增强的上升流贡献了24% 的次表层平流降温。


两者叠加,在台风中心附近塑造“冷-暖-冷”的垂直温度异常结构,即表层明显变冷,混合层底部相对偏暖,再往深处又转为弱冷。研究指出,如果忽略波浪效应,模式会显著低估台风诱导的海表降温幅度和近惯性响应强度,这凸显了极端天气下海浪在海-气相互作用过程中的重要性。



图2 台风作用期间(9月4—6日)时间平均温度诊断项的垂直分布。(a) 和 (b) 分别显示 EXP1 和 EXP2 中平流项与扩散项的垂直分布。(c) 浪致温度变化率随深度的剖面变化。(d) 和 (e) 分别显示 EXP1 和 EXP2 中平流项与扩散项之和与温度变化率的垂直分布。(f) 浪致温度变化率随深度的剖面变化。


相关成果于2026年10月,以Mechanisms of wave-induced upper ocean response to Super Typhoon Yagi(2024)为题,发表在海洋模拟领域专业期刊Ocean Modelling。论文第一作者为中山大学海洋科学学院和南方海洋实验室联合培养博士生张旭日,通讯作者为南方海洋实验室朱学明研究员,其他共同作者为中山大学海洋科学学院邱春华教授,南方海洋实验室潘丰工程师、张守文副研究员,自然资源部南海调查中心郭绍敬博士、国家海洋环境预报中心王辉研究员。


研究得到了国家自然科学基金项目、南方海洋实验室自主科研项目等的支持。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2026.102859



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