基于多平台观测西北太平洋海域上层生物物理过程对热带气旋的响应：个例研究

摘要

热带气旋是天气尺度上影响最大的海气相互作用过程，一方面，热带气旋的形成和发展与海洋上层的温盐结构有着直接联系；另一方面热带气旋对上层海洋的热能交换、海表高度、混合过程乃至生化过程也有显著影响。西北太平洋热带气旋发生次数最多，占全球热带气旋总数的30％以上。本文利用多卫星观测资料并结合Argo浮标以及巡航观测资料，对西北太平洋中至今研究甚少的沙漠海域(20°～30°N，138°～148°E)和日本南部黑潮海域(27°～33°N，138°～148°E)的上层生物物理过程对热带气旋的响应进行了个例分析和初步统计研究。 首先，本文选取西北太平洋海洋沙漠区域(20°～30°N，138°～148°E)作为研究区域。分析研究了2004年热带气旋婷婷(Tingting)引起海洋上层温盐结构和叶绿素浓度的时空变化特征。结果发现，热带气旋婷婷过境时沿着其路径诱发强烈的上升流，混合层内海水混合加剧，冷涡加强，出现了大范围的海温降低和叶绿素增加现象。热带气旋过境前的冷涡区域，会出现大面积的“冷斑”和“藻华带”，且维持时间更长；而在热带气旋过境前的暖涡区域内，生物物理响应不明显。因此，先前的海洋环境(中尺度涡)对于热带气旋引起的上层生物物理响应具有重要意义。初步的统计结果表明热带气旋对当地全年生产力贡献的影响并不显著。 其次，分析研究了2004年夏季黑潮路径在日本南部发生大弯曲的成因。结果发现，7月29日到8月4日期间，热带气旋南川和玛瑙经过日本南部黑潮海域引起强烈的海洋上层扰动和深层海水上翻，先前存在的气旋式涡加强，促使黑潮路径随之发生显著弯曲。同时发现，6月份经过吐噶喇海峡的热带气旋康森和电母对黑潮路径的初始弯曲也有影响。研究表明，通过热带气旋-冷涡-黑潮三者相互作用的机制可以有效解释黑潮路径的弯曲成因，热带气旋和气旋式涡在黑潮弯曲过程中起着至关重要的作用。这将对全面理解和模拟西边界流的动力学特征有着重要意义，同时为中尺度涡模式研究提供改进依据。 最后，本论文选取日本南部黑潮区域(27°～33°N，138°～148°E)作为研究区域，分析了日本南部黑潮海域上层对2004年夏季热带气旋的生物物理响应过程。研究表明，首先局地过程(垂直混合和上升流)主导海洋上层对热带气旋南川的生物物理响应过程。其次，南川同样能引起非局地响应过程：由于水平对流输送作用，在远离热带气旋路径的海域有海表冷舌和水华的发生。因此，在热带气旋经过外海海域时，一些非局地过程(如平流输送等)在海洋上层的生物物理响应过程中扮演不可忽视的角色。最后，2004年夏季黑潮大弯曲同样诱发了其西南方向的海域出现大面积的水华现象。另外，对于快速移动且较弱的其它三个热带气旋对日本南部海域影响不大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1热带气旋

1.1.2多尺度海洋物理过程的生态响应

1.2研究现状

1.2.1物理响应

1.2.2生物响应

1.3研究内容

第二章 资料与方法

2.1 SeaWiFS和MODIS及其水色数据产品

2.1.1 SeaWiFS简介

2.1.2 MODIS简介

2.1.3水色数据产品

2.2 TRMM TMI和AMSRE及其SST产品

2.2.1 TRMM TMI简介

2.2.2 AMSR-E简介

2.2.3 SST数据产品

2.3 QuickSCAT及其海面风场产品

2.3.1 QuickSCAT简介

2.3.2海面风场数据及埃克曼抽吸的计算

2.4海表高度计卫星及其海表高度产品

2.5 Argo浮标和巡航观测的剖面资料

2.5.1 Argo浮标资料

2.5.2巡航观测资料

2.6热带气旋路径数据

2.7黑潮路径数据

第三章 西北太平洋沙漠海域上层生物物理过程对热带气旋的响应

3.1沙漠海域上层结构对热带气旋Tingting的响应与反馈

3.1.1热带气旋TingTing

3.1.2热带气旋引起的上升流

3.1.3混合层的响应

3.1.4 SST和Chl-a的响应

3.1.5 SSH的响应

3.2初步统计结果

3.3本章小节

第四章 日本南部黑潮海域上层生物物理过程对热带气旋的响应

4.1 2004年夏季日本南部热带气旋和黑潮大弯曲

4.1.1 2004年夏季经过日本南部的热带气旋

4.1.2气旋式中尺度涡在黑潮路径变化过程中的作用

4.1.3热带气旋南川和玛瑙影响黑潮大弯曲

4.1.4气旋式中尺度涡在黑潮路径变化过程中的作用

4.2日本南部黑潮海域生物物理过程对2004年夏季热带气旋的响应

4.2.1上升流和海表高度的异常

4.2.2 SST和Chl-a的响应

4.2.3响应机制的探讨

4.3本章小结

第五章 总结和展望

5.1本论文主要成果

5.2本论文工作的创新点

5.3未来工作展望

参考文献

附录 西北太平洋热带气旋命名表

在读期间发表的学术论文

致谢