台风“泰利”在南海北部激发的近惯性动能:基于FVCOM的数值模拟研究
编号:75
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更新:2026-07-31 21:48:11 浏览:0次
张贴报告
摘要
近惯性运动是由风场瞬时变化(如台风)激发的重要海洋动力过程,其频率接近局地惯性频率,在北半球呈顺时针旋转。该类运动对海洋能量输运、垂向混合、环流演变及物质交换具有重要调控作用,并可通过增强垂向剪切影响上层层结稳定性,进而对台风强度及大尺度温盐环流产生间接影响。南海北部地形复杂、台风频繁,是研究近惯性运动的理想区域,但受限于台风期间观测数据匮乏,以往研究多集中于现象描述或单点分析,缺乏对能量平衡及空间差异性的系统定量研究。
为此,本研究基于FVCOM模型构建了覆盖南海北部及珠江口的高分辨率三维数值模式,采用非结构化三角网格精确刻画复杂岸线与地形。利用上川岛和万山岛两部OSMAR-071G高频地波雷达获取台风期间海表流场连续观测数据,覆盖约40000 km²。模拟与雷达数据的逐点对比显示,整场流速相关系数超0.85,近惯性流速分量超0.95,开阔海域均方根误差约0.1 m·s⁻¹,验证了模型再现台风期间流场及近惯性信号的能力。
基于已验证模型,本研究模拟了2023年第4号台风“泰利”在南海北部激发的近惯性运动,分析了其触发、空间分布、能量平衡及衰减特征。结果表明,近惯性动能主要源于风能输入,空间分布与风应力旋转分量一致,台风路径右侧因共振增强而更显著,动能沿路径向东传播至115°E,7月17日达峰值后减弱。能量平衡方程对南海北部整体及三个水深区域(近岸浅水区、过渡带、远海深水区)的定量分解显示,耗散主导机制区域差异显著:远海深水区(>40 m)垂向紊流耗散占风能输入的81.8%;近岸浅水区(<40 m)底摩擦贡献最大(30.4%),动能快速衰减难以传播;过渡带二者共同作用,底摩擦占41.6%、垂向紊流占20.8%;水平传递和动势能转化在各区贡献均小于10%。e折时间分析表明,深水区衰减最慢(约6天),近岸区仅约3天。浮力频率垂向变化显示,层结稳定区域抑制垂向混合,耗散缓慢;层结易受扰动区域混合增强,动能迅速衰减。台风登陆后,近岸层结减弱加速耗散,远海层结相对稳定延长存续时间。
本研究证实了FVCOM结合高频地波雷达在近惯性运动研究中的有效性,所得能量平衡定量结果及耗散机制认识,可为台风—海洋相互作用及区域动力过程模拟提供重要参考。
关键词
近惯性运动,台风,FVCOM模型,南海北部,能量平衡,耗散机制
稿件作者
蒋子濠
中山大学大气科学学院;安徽省气象灾害防御中心
韦骏
中山大学
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