1、本科毕业论文（20 届）台风对海流的影响研究所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要【摘要】台风是发生在热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋，它会对许多气候和海洋现象产生影响，海流作为海洋内物质、能量运输的载体，对海洋内物质、能量的转换起着决定性作用，对海洋浮游生物，渔区的影响也是决定性的。研究台风影响下海流变化，有助于我们更了解海洋，也有助于我们应对海洋对台风响应所引起的后续反应。利用自然规律，更好的开展生产活动。本文重点分析中国海区内海流对台风的作用响应，具体体现在（1）台风风场对水位大面的分布影响，即海洋表层对台风的响应；（2）台风对 S
2、ST 的影响导致的上升流和密度流响应；（3）台风引起风暴潮；（4）台风对海水混合层、温跃层及温度垂直分布的影响（5）主要流系对台风的响应。本文整体上就台风的形成，成长发展及影响，正常模式下海流概况，海流的研究意义，海流的一般监测方法，台风对海流影响的研究意义、研究方法进行了较为详细的论述，并利用 SAR 微波遥感观测影像和一般海洋监测技术结合的方法分析了海洋环流对台风的响应，在总结前人的研究进展和成果基础上，对未来的海流对台风响应的研究趋势进行了展望。【关键词】：台风；海洋环流；遥感技术；风海流；黑潮；SARIIThe Impact of the Typhoon on Ocean Curren
3、tAbstractAbstractT yphoon is happened in tropical ocean with a warm heart of the cyclone sex vortex structure, it will for many climate and Marine phenomenon for ocean currents affect, material, energy transport within the carrier, on the Marine inside material, energy conversion, plays a decisive r
4、ole in Marine plankton, the influence is also collected decisive. Under the influence of the current research typhoon changes, helps us more understanding of Marine, also help us deal with ocean caused to the typhoon response subsequent reaction. Use of natural law, better development production act
5、ivities. This paper focuses on the analysis of the current nominated zone typhoon response, embodies the role (1) typhoon wind field distribution of water level bedding face, namely, to influence the response of the ocean surface typhoon; (2) the typhoon caused to the influence of SST upwelling regi
6、ons and density flow response; (3) the typhoon caused storm surge; (4) typhoon in seawater mixing layer, the vertical distribution and temperature thermocline influence (5) main flow system of typhoon response. This article on the formation of overall growth development, typhoon and its influence, n
7、ormal mode current situation, current research significance, ocean currents generally monitoring method of ocean currents affect, typhoon research significance, the research methods described in detail, and use SAR microwave remote sensing images and general Marine monitoring observations of technol
8、ogy with the ocean circulation method to analyze the response to the typhoon, this paper summarizes the research progress of predecessors and achievement of the future, based on the current research trends of typhoon response was prospected.Key word : typhoon; ocean current ; remote sensing；wind cur
9、rent；black stream；SARIII目录中文摘要.I英文摘要.II引言 .11 台风对海流的影响的研究意义 .32 台风及海流的机制分析 .52.1 台风的机制分析 .52.1.1 台风概述及形成 .52.1.2 台风的结构 .62.1.3 台风的移动 .72.1.4 台风的观测 .72.1.5 台风对海洋的影响 .92.2.1 海流的成因及表示方法 .122.2.2 研究海流要考虑的因素 .132.2.3 海流的一般观测方法 .143 台风对海流的影响及研究方法 .203.3.1 海洋对台风响应概述 .243.3.2 台风对海表温度和盐度的影响 .243.3.3 台风引起风暴潮
10、.253.3.4 台风对海水混合层、温跃层及温度垂直分布的影响 .263.3.5 台风对海流流系的影响 .264 结论与讨论 .31参考文献 .32致谢 .351引言全球发生台风最频繁的，势力最强的海区之一，就是西北太平洋地区，这里发生了大约全球台风总数的 1/3。因为台风的结构与其所处环境流场的因素，致使西北太平洋台风具有向西北方向移动的特性，故此，台风会常常袭击太平洋西岸的国家，而我国便是西北太平洋沿岸遭受台风光顾最多的国家，同时还是全世界遭受台风袭击次数最多、受灾最严重的国家，每年登录我国的台风就高达 78 个。台风过境常携疾风骤雨，是一种灾害性天气系统。统计得出，伤亡于台风的人数高居十
11、大自然灾害之首 1。而台风对我国造成的经济损失高达 246 亿元，年均死亡人数为 570 人，这对社会发展的打击巨大，因此，台风研究的意义是极其深远重大的。如今，新兴的海上生产活动（如海上石油开采）发展迅速，于是，许多国家都开始重视关于台风下海洋环境资料的获取 2。而近年来，全球变暖，气候与环境急剧恶化，台风更是频频发生，强度也与日俱增。西北太平洋及我国的东南海域为台风所侵扰最严重的区域，近年来的更呈增强增多的趋势。如 2006 年 8 月登录浙江的“桑美”台风，最大风力超过 16 级，最高风俗达到 60m/s，为近几年之首。而“浣熊” 台风于 2008 年 4 月中旬便登录广东，为近几年发生
12、最早的台风。台风对海洋环境以及气候的影响，愈加成为国际研究的热点。 另外，海洋环流问题是研究物理海洋的重要课题之一，海洋环流对于物质、能量的长期输运起着决定性的作用，对海洋浮游生物，渔区的影响也是决定性的。特别是，近海海洋环流对沉积物的迁移、污染物的分布、赤潮灾害的形成都有着密切的关系。由于河口陆架近岸海区与人类的生活密切相关，研究这一区域的环流状况己经成为物理海洋学的中心课题 3。在台风暴发期间，气候及海洋环境异常恶劣，几乎很难用海上实测数据来研究台风对海洋环境的影响。因此，基于卫星遥感技术研究台风对海洋环境的影响就成了目前主要的研究手段和方法。应用 MODIS 极轨卫星云图资料，进行 MO
13、DIS 资料的数据处理及大气环境参数反演和海表特性反演后，对沿海区域表面海流进行了监测，可以建立集信息综合分析和动态监测为一体的 MODIS 云图和海表面流场监测系统。在程亮、郭洪涛等实践后证明整个系统运行稳定，具有实用性和可扩展性强的特点 4。另外，合成孔径雷达 SAR 的微波遥感技术，对海流的观测很有实质意义，成为卫星遥感监测台风下海流对其响应的一大重要手段。SAR 可用于观测海洋波浪、涡流、风暴潮、内波扰动的海面、海面风以及海冰等，并且由于 SAR 工作在微波波段，即使在黑夜也能正常工作，她发射的微波还可以穿透云层，因而不受恶劣天气的影响。正是这种全天候、全天时和高分辨率观测海洋的优势是
14、可见光，红外传感器寄其他微波传感器没有的，所以 SAR 成为了台风期间观测海洋的最佳选择 5。21 台风对海流的影响的研究意义全球发生台风最频繁的，势力最强的海区之一，就是西北太平洋地区，这里发生了大约全球台风总数的 1/3。因为台风的结构与其所处环境流场的因素，致使西北太平洋台风具有向西北方向移动的特性，故此，台风会常常袭击太平洋西岸的国家，而我国便是西北太平洋沿岸遭受台风光顾最多的国家，同时还是全世界遭受台风袭击次数最多、受灾最严重的国家，每年登录我国的台风就高达 78 个。台风过境常携疾风骤雨，是一种灾害性天气系统。统计得出，伤亡于台风的人数高居十大自然灾害之首 1。而台风对我国造成的经
15、济损失高达 246 亿元，年均死亡人数为 570 人，这对社会发展的打击巨大，因此，台风研究的意义是极其深远重大的。如今，新兴的海上生产活动（如海上石油开采）发展迅速，于是，许多国家都开始重视关于台风下海洋环境资料的获取 2。而近年来，全球变暖，气候与环境急剧恶化，台风更是频频发生，强度也与日俱增。西北太平洋及我国的东南海域为台风所侵扰最严重的区域，近年来的更呈增强增多的趋势。如 2006 年 8 月登录浙江的“桑美”台风，最大风力超过 16 级，最高风俗达到 60m/s，为近几年之首。而“浣熊”台风于 2008 年 4 月中旬便登录广东，为近几年发生最早的台风。台风对海洋环境以及气候的影响，
16、愈加成为国际研究的热点 6。海洋环流问题是物理海洋研究的重要课题之一，海洋环流对于物质、能量的长期输运起着决定性的作用。特别的，近海海洋环流对沉积物的迁移、污染物的分布、赤潮灾害的形成都有着密切的关系。由于河口陆架近岸海区与人类的生活密切相关，研究这一区域的环流状况己经成为物理海洋学的中心课题。中国海主要分为台湾海峡以北的中国陆架海(渤、黄、东海，也称东中国海)和南中国海。黄东海和南中国海的动力学特征一直受到世界各国物理海洋学者的关注，两者以台湾海峡为纽带，通过台湾暖流紧密联系，互相影响。同时中国陆架海和南中国海又通过流经冲绳海槽的黑潮与西北太平洋相互作用，常年在季风和日照的综合强迫下呈现明显
17、的季节性 3。另，我国大陆海岸线自鸭绿江口至北仑河口，长达 1.8 万多千米。此外，岛屿海岸线长 1.4万多千米，大陆海岸线总长 3.2 万多千米。而东部沿海地区乃我国经济发达地区。近年来海洋产业正在迅速崛起，前景广阔。国内外海洋开发的经验表明，对海洋进行开发利用成功与否，往往不仅取决于科学技术和管理水平，在很大程度上还依赖于对海洋环境要素分布变化规律的掌握。深入而全面地了解海洋状况，特别是物理海洋的要素，例如流、浪、潮和风场等方面的系统知识，对做出科学的结论尤为重要。因此，在对物理海洋进行系统研究的基础上建立海洋经济开发水域的环境综合保障及其预报体系，是进行海洋开发的一个重要前提条件。海洋所
18、发生的各种物理过程，包括不同类型、不同尺度的海水运动，如海洋密度分布不均产生的“热盐环流” ，由海面风应力驱动的风海流和风生环流，由天体引潮力所产生的潮波运动、涌浪、惯性波、行星波等多种波动，以及因上述种种运动所产生的湍流、混合等 3。海流直接影响海上航行和作业，掌握各海区海流特征及其变化规律对于航运、军事、海洋渔业以及海港水利工程等均有重要意义 3。由于海流作为海洋内物质、能量运输的载体，对海洋内物质、能量的转换起着决定性作用，对海洋浮游生物，渔区的影响也是决定性的。研究台风影响下海流变化，有助于我们更了解海洋，也有助于我们应对海洋对台风响应所引起的后续反应。利用自然规律，更好的开展生产活动
19、。特别是，近海海洋环流对沉积物的迁移、污染物的分布、赤潮灾害的形成都有着密切的关3系。由于河口陆架近岸海区与人类的生活密切相关，研究这一区域的环流状况对台风的响应己经成为海-气研究的重要课题 3。台风（飓风）对上层海洋的热交换、混合过程甚至生态过程都是作用极大的，从天气尺度上来说，它是影响最大的海气相互作用过程。首先台风经过时通常会引起混合层加深，这是因为海面风力加大，混合加剧，台风带来的海面气旋式风应力会导致数百千米半径内下层海水涌起，导致跃层凸起。跃层变化可以在台风过后持续几个惯性震荡周期 8。台风经过后，海洋至大气的热通量高达 100w/m2，在海洋混合层内有一个冷却过程，表面混合层温度
20、平均下降 1，台风对海洋的影响可以超过 1000m 深度 7。通过 ARCO 浮标资料，Kwon 和 Riser7，认为冷水的涌升和向大气的直接热损失对上层海洋性质的改变的影响的重要性基本并驾齐驱，而 Dasaro9通过中性浮子资料（每 20s 一次观测）得知，对 1999 年大西洋的飓风 DENNIS，这种下层冷水的上涌和台风路径右侧的平流引至的冷水对上层海洋的降温比海表面热交换的降火效果大很多，故而我们需要研究更多的 ARGO 浮标资料来精确热交换的计算。再次下层冷水上涌，导致大量的营养盐涌入贫瘠的上层热度海洋 9，致使叶绿素浓度上升 10，成为形成渔场的温床。台风对海洋的影响极其复杂并重
21、大 11。42 台风及海流的机制分析2.1 台风的机制分析2.1.1 台风概述及形成台风是发生在热带海洋上的一种天气尺度、暖中心的气旋涡旋，是达到一定强度的热带气旋。热带气旋在北半球呈逆时针旋转，在南半球呈顺时针旋转。据统计，全球每年平均大约有80 个热带气旋发生，这其中半数以上可以发展成台风，主要频繁发生于孟加拉湾、西北大西洋、南印度洋、西南太平洋、西北太平洋、东北太平洋、阿拉伯海、和澳大利亚西北海域等八个区域 12。而西太平洋是全球热带气旋发生最多的地区，约占全球总数的三分之一。热带气旋的多发地带集中在 510纬度带内，在南北半球纬度 5以内几乎没有热带气旋发生 13。据统计，西北太平洋台
22、风、强台风平均每年有 6.6 次登陆我国。虽然台风被视为第一天气灾害的台风，如今却有望得到“平反”，通过研究台风，可以趋利避害，有效利用台风这一巨大资源。其实台风造成灾难的同时也还会带来很多好处，比如能调节气候。如，去年夏季高温期间，上海受到四次台风的外围影响，有效阻止了连续高温的势头，大大缓解了用电紧缺。一次中等台风能提供 30 亿吨淡水，对水资源相对贫乏的中国而言，无疑是巨大的补偿。台风还能增加渔业产量，台风来时，翻江倒海，讲江海底部的营养物质卷上来，鱼饵增多，产量自然上升。台风的形成要满足 4 个条件：1.海平面以下 50 米深范围内的海水水温至少在 26.5以上，大量的水蒸汽是台风能量
23、的源泉。2.纬度距离赤道至少 10 度，否则引发台风旋转的“科氏力”不够强大。3.特定的气流扰动，这是形成台风需要的初始力。4.海平面上空的风力和风向均匀，否则产生的“风切”会破坏台风漩涡。全球发生台风最频繁的，势力最强的海区之一，就是西北太平洋地区，这里发生了大约全球台风总数的 1/3。因为台风的结构与其所处环境流场的因素，致使西北太平洋台风具有向西北方向移动的特性，故此，台风会常常袭击太平洋西岸的国家，而我国便是西北太平洋沿岸遭受台风光顾最多的国家，同时还是全世界遭受台风袭击次数最多、受灾最严重的国家，每年登录我国的台风就高达 78 个。台风过境常携疾风骤雨，是一种灾害性天气系统。统计得出
24、，伤亡于台风的人数高居十大自然灾害之首 1。而台风对我国造成的经济损失高达 246 亿元，年均死亡人数为 570 人，这对社会发展的打击巨大，因此，台风研究的意义是极其深远重大的。如今，新兴的海上生产活动（如海上石油开采）发展迅速，于是，许多国家都开始重视关于台风下海洋环境资料的获取 2。而近年来，全球变暖，气候与环境急剧恶化，台风更是频频发生，强度也与日俱增。西北太平洋及我国的东南海域为台风所侵扰最严重的区域，近年来的更呈增强增多的趋势。如 2006 年 8 月登录浙江的“桑美”台风，最大风力超过 16 级，最高风俗达到 60m/s，为近几年之首。而“浣熊”台风于 2008 年 4 月中旬便
25、登录广东，为近几年发生最早的台风。台风对海洋环境以及气候的影响，愈加成为国际研究的热点 14。52.1.2 台风的结构台风发生时常伴有狂风暴雨，是一种极具破坏性的灾害性天气系统。世界各地对台风的称法有不同，在东太平洋和大西洋称为飓风，在印度洋称为热带风暴，在南半球称为热带气旋 1。台风的生命期一般为 38 天，台风直径一般为 6001000km，最大的可达到 2000km，最小的只有 100km，在北半球，台风集中发生在 710 月。发展成熟的台风的要素数值大多呈圆形对称分布，台风的涡旋半径一般为 5001000km ，铅直范围一般能到达对流层顶。台风中心气压值(即风暴强度)一般在 960hP
26、a 以下，在地面天气图上等压线表现为一个圆形 (或椭圆形)对称的、气压梯度非常大的闭合形低气压系统，水平气压梯度能高达 510hPa/10km ，台风过境时，测站气压自记曲线出现明显的漏斗状气压深谷，发展成熟的台风往往具有台风眼，即在深厚云区的中间有一个直径为几十千米近似圆形的少云晴空区，台风眼区为微风或静风，气压为台风区域内部最低，平均直径为 3040km 。台风眼区外围的圆环状云区称为台风云墙或眼壁，台风云墙区主要是由一些高大对流云组成，其高度通常到达 15km 以上，宽度在 2030km 左右，在台风云墙区域内有强烈的上升运动，其值可达 513m/s，台风云墙附近是狂风暴雨最剧烈的地区，
27、极具摧毁性的狂风和暴雨基本都发生在这个区域里。台风云墙到台风外缘是台风的螺旋云雨带，它也是台风的重要特征之一，是由一条或几条螺旋云带旋转向台风中心眼壁的，螺旋云雨带区域大气对流活动旺盛，有显著的上升运动。台风表现为强烈的气旋性环流，低层有强烈的流入，高层有强烈的流出，并有极强烈的上升运动。地面是气旋式辐合流场，气流从四周以螺旋曲线的形式流向台风中心区。台风天气表现为大风、暴雨、狂浪和风暴潮。T.T.Fusita 等人根据卫星、雷达、飞机和常规资料给出了成熟台风的三维结构模式，台风顶部的流场特征，空气从台风中心向四周流出，从台风眼壁至 200km 处呈气旋性辐散流出，在外则呈反气旋性流出。在台风
28、低层，由于边界层的摩擦作用，外围空气气旋式旋转着流向中心区，到达眼壁附近，内部气流急剧减小，相应地辐合最强，从而形成高耸的云墙。台风顶部空气辐散外流，在台风外部开始逐渐下沉，形成台风的铅直环流圈。出现外雨带时，内外雨带之间也存在着一支下沉气流。台风中心也会出现速度不大的下沉气流 13。2.1.3 台风的移动台风形成后，台风的移动方向是台风预报中最关键的一方面。台风在西太平洋和南海生成后，主要移动路径有西行、西北行、转向型等几种情况。但也出现异常路径，如打转、蛇行路径、突然转向等等。台风的移动除受自身旋转的影响之外，最重要的是会受到环境流场的影响15。对台风移动的影响中最直接、最主要的大型天气系
29、统是副热带高压。这不仅是因为副热带高压离台风近，而且由于副热带高压时间持久、空间尺度大。当副热带高压呈东西向带状、且较强时，位于其南侧的台风将稳定西行。当台风东侧有副热带高压脊南伸，台风移向具有明显的北分量。当台风位于副热带高压西南侧时，将转向北上。当台风进入西风带，处于副高北侧时，将在副高和西风带系统共同作用下，向东东北方向移动。此外，台风的移动还受西风带天气系统和热带天气系统等的影响。62.1.4 台风的观测台风的观测基本上是依靠遥感技术，因为台风期间天气恶劣，遥感是最安全有效的方法。现在较为成熟的风场观测技术是微波波段的观测。台风在热带海域形成，同海面风场观测方法一致，我们可采用的是微波
30、传感器。微波传感器测流海面风速搜上就海面的后向散射或者亮度温度与海面粗糙度有关，而海面的粗糙度与海面风速有一定的经验关系，现有的风速测算法都是以后向散射或者亮度温度与风速的关系建立的。目前微波散射计、微波辐射计、高度计和合成孔径雷达 SAR 是四种主要的测量海面风场的传感器。其中 SAR 已然成为观测台风的主角，如下图，可看出 SAR 较之其他传感器的优势。（图 2.1 2005 年 8 月 5 日 飓风 Matsa 的雷达 ScanSAR 的影像）（Fig.2.1 August 5, 2005 the image of hurricane Matsa by Radarsat ScanSAR）
