1、台风引起海表面降温位置的变化

    海表面温度(sea surface temperature, SST)对于台风的产生, 演化和强度有重要的作用, 上层海洋与台风之间的相互作用在过去的几十年里备受关注。台风形成后由于中心低气压和巨大的风应力,在海洋上层引起强烈混合和流辐散。台风通过大风夹卷使混合层深度加深, 台风诱导的上升流强迫表层海水重新分布, 使得海表温度下降。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热通量减少从而减弱台风的强度, 逐步形成一个负反馈的过程。因此, 台风过程是一个伴随着强烈的海气相互作用的复杂过程。 
      台风引起的海洋上层强烈混合导致SST 降低,同时也将大量营养物质带到海洋表层, 促进浮游植物生长形成大面积藻华, 增加海洋初级生产力, 对海洋生态系统有极为重要作用。研究台风引起海表面降温位置的变化特征, 对海洋生态和海洋环境动力等的研究都具有重要意义。

      台风引起的SST 降低程度主要取决于台风自身的强度、大风半径、移动速度以及先于台风存在的局地海洋环境条件。台风通常能够引起的海表降温幅度有3— 6℃, 但在极端的条件下, 更大幅度的降温也时有发生。例如, 在西北太平洋的南海, 台风启德(Kai-Tak, 0004)和玲玲(Lingling, 0123)经过后所引起的降温幅度都高达9℃以上。由于台风路径右侧主导风应力的强迫作用, 强风夹卷引起路径右侧垂直混合更强, 台风过后往往造成其路径右侧出现最大的SST 降低。尽管如此, 也有少量关于最大降温出现在路径左侧的报道。Sadhuram研究了1999 年经过孟加拉湾的超级台风奥里萨(Orissa), 发现该台风在海岸附近引起的最大降温中心出现在其路径的左侧。另外, 也有一些台风的最大降温出现在路径附近。

      南海是太平洋西部亚洲东岸最大的边缘海, 热带气旋活动频繁, 平均每年有10.3 个经过。南海上层海洋, 特别是SST 对台风的响应在近年来一直是研究热点之一。朱建荣等通过数值模拟研究了不同移动速度的台风, 以及不同的混合层深度和温跃层层结强度条件下海洋对台风的响应, 模拟结果显示了SST 对台风响应的不对称性。Jiang 等模拟了上层海洋对南海台风科罗旺(Krovanh, 0312)的响应, 发现最大降温出现在路径右侧大约80km的位置, 同样具有明显的右偏性。除了通过数值模拟研究SST 对台风过程的响应, 有学者也利用卫星遥感数据对台风引起的SST 变化做了许多观测研究。 

       目前对南海台风所引起SST 变化的观测和模拟已经很多, 但大多数都限于对一些个例的研究。为了对南海台风所引起的降温特征有一个更全面的了解, 在这篇文章中, 我们通过统计分析1998—2009年12 年内的多种卫星数据来揭示经过南海的台风所引起的SST 变化特征(图1)。

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    到2009 年的12 年内经过南海的台风总共有92 个。其中, 在西太平洋生成的台风有58 个; 南海海域生成的台风有34 个(占到所研究台风总数的1/3 以上)。另外, 92 个台风里面有32 个经过了南海西部附近海域。

     2、台风前后的海洋环境条件  
      在海表面高度距平图上负值代表气旋性涡, 即冷涡。为了能够说明这些冷涡是台风形成前就存在的, 本研究比较台风形成一周前与台风过后的SSHA 数据。 

      台风玲玲形成前的一周(2001 年10 月31 日), 已经有一个明显的冷涡存在(图3a), 冷涡中心(115°E,14.5°N)附近的SSHA 为−18cm, 台风在其左侧大约100km 处经过。台风过后(11 月14 日), 冷涡范围扩大, 强度得到大幅加强, 冷涡中心附近的SSHA 达到−50cm(图3d), 并且冷涡中心有向台风路径靠近的趋势(114.5°E, 14°N), 而位于其路径左侧的暖涡在台风经过后有所减弱。  
      台风启德经过研究区域前的一周(2005 年10 月26 日), 在其将经过的路径附近有弱冷涡存在, 冷涡中心附近海域SSHA低于−10cm(图3b), 台风从冷涡中心附近穿过后(11 月9 日), 路径两侧冷涡均明显得到加强, 暖涡有所减弱(图3e)。

     同样, 台风黄蜂形成一周前(2002 年8 月7 日),在其将经过的路径左侧海域有大面积的冷涡存在,两个冷涡中心靠近路径, 中心附近的SSHA 低于−12cm(图3c)。台风经过后(8 月21 日), 冷涡得到明显加强, 其中心附近海域的SSHA 达到−20cm, 路径右侧的暖涡稍有减弱(图3f)。另外7 个最大降温出现在路径左侧的台风, 通过对比它们发生前后的SSHA, 同样可以发现在台风到来前均有不同强度的冷涡存在于路径左侧, 台风过后冷涡得到不同程度的加强(图略)。

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        3、台风问题丰富有趣

    预测台风的过程有许多不确定性，大气科学家至今仍无能力把这些不确定性全部排除。但是我们的研究至少有助于了解这个不确定性的范围，它到底在哪里，有多大，并试着把它降低。

       而在台风研究的领域里还有许多其他有趣的议题，例如气候系统会控制台风发展，如果气候系统改变，譬如全球暖化，台风会因此出现怎么样的变化呢？根据最新研究显示，相对于整个地球大气，台风虽然只是局限一隅的剧烈天气系统，可是台风的高速旋转涡旋会引起台风周遭海洋温度的变化，并有可能进一步回馈影响地球的气候系统。此外，台风在海面上搅动以后，有机会把较深层营养盐丰富的冷海水带到表面，进而引起海洋生物与地球化学的变化反应，这是另一个既复杂又有趣的热门科学议题。

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4、混沌效应影响台风动向

   目前世界上等级最高之一的超级电脑「地球模拟器」位于日本横滨，这套系统占用的空间就像台湾大学体育馆那么大，它能以非常高的空间解析度计算出未来数十到数百年的整个地球气候系统的变化。但是，即便是这么惊人的电脑系统，其所运算出来的大气变化仍无法全然准确，充满不确定性。而天气预报也有1～ 2 周的上限，其中的一项主因就是「混沌效应」。混沌效应是美国麻省理工学院劳仑兹（Edward Lorenz）教授在1960 年代的意外发现，简单说，大气是一个「非线性系统」，这个系统对于初始条件非常敏感，只要初始值出现非常微小的改变，就会随时间扩大而导致天差地远的计算结果。 1996 年的萨恩台风就是说明混沌效应的一个简单例子。

   当时部分作业单位的电脑系统预测萨恩台风会侵袭台湾，但是实际结果并非如此，致使那次预报成为过度预警。过后，研究人员在电脑数值模拟系统中，把萨恩台风周围的大气背景条件进行特定或随机的微小改变，并由电脑重新模拟，最后产生许多不同结果。有一系列的改变使得台风扑向台湾，但另一系列改变却使得台风往北朝台湾东侧及日本方向行进。这个结果凸显台风预报对于初始条件的敏感性。

    由此得知，用来预测台风的电脑数值模式有相当多的变数，只要大气资料稍不完整或不精确，就可能使得预测结果与实际路径大相径庭，这是混沌效应的特性。这个问题困扰着许多科学家，若要改善，除改进电脑系统外，还须提高台风初始观测资料的准确性。