1、本科毕业论文（20 届）台风对海水温度分布的影响所在学院 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 目 录摘要 .IAbstract.II引言 .11 台风的形成机制及其对海洋的影响 .21.1 台风的成因 .21.2 台风的结构 .31.3 台风对海洋的影响 .52 台风的 SST 影响的研究意义及方法 .72.1 台风对 SST 影响的研究意义 .72.2 台风对 SST 影响的研究方法 .102.2.1 海洋遥感技术简介 .102.2.2 海洋遥感对海水温度的检测方法 .113 台风对 SST 影响的研究进展 .164 具体分析台风对 SST 的影响 .194
2、.1 确定降温因子 .194.2 确定台风因子 .194.3 台风对西北太平洋海水表面温度的影响的总体情况 .194.4 不同水深条件下台风对 SST 的影响 .234.5 不同混合层厚度条件下台风对 SST 的影响 .244.6 小结 .255 结论与展望 .275.1 结论 .275.2 展望 .28参考文献 .29致谢 .31I摘要摘要 台风是一种气旋性涡旋，它发生在热带洋面上，且具有暖心结构，它可以对许多气候和海洋现象产生重大影响，比如海水中叶绿素的浓度、海水表面温度、海水的透明度等等，其中对海水温度分布的影响不容忽视。本文就台风的形成机制及其对海洋的影响，台风对海水温度分布影响的研究
3、意义、台风对海水温度分布的国内外研究进展，包括研究方法进行了论述。具体分析了(1)统计在研究海区和研究时段内，由热带气旋所引起的最大海水表面温度降低幅度，以及海水表面温度降低达到最大的时间；(2)对热带气旋自身因素的分析：台风中心的最低气压、台风的强度、台风的移动速度、台风移动速度对海水表面温度的影响以及台风最大风速半径等；(3)分析在不同海区内，台风对海水表面温度影响的差别；(4)分析了在不同水深条件下台风对海水表面温度影响的规律，以及同样水深条件下，不同强度的台风对海水表面温度影响的规律；5)探讨了在不同混合层厚度下台风对海水表面温度的作用的规律，以及不同强度的台风在不同混合层厚度下对海水
4、表面温度的作用规律的差别，并对未来的研究趋势进行了展望。关键词 遥感；台风；海水表面温度；台风因子；降温因子IIAbstractAbstract The typhoon is a cyclone sex vortex with warm heart structure happened in tropical ocean. It will impact many climate and Marine phenomenon, for instance, the density of chlorophyll in the sea, the surface temperature and trans
5、parency of the seawater. Among these, the effect of the seawater temperature distribution could not be allowed to ignore. This dissertation attempts to expound several aspects, including the formation mechanism of typhoon and its influence of the ocean, research significance of the typhoon in seawat
6、er temperature distribution effects as well as the domestic study and methods on seawater temperature distribution. Specifically, I would like to present them into five parts. First, calculate the maximum reduction range of surface seawater temperature caused by the typhoon, and the maximum time of
7、temperatures decreasing in the sea area and tested time. Second, analyze factors of the typhoon itself: the strength, the maximum wind speed, maximum sustained wind radius of the typhoon, and the lowest pressure in the center of the typhoon, the influence of typhoons moving speed. Third, analysis in
8、 different areas, differences of effects resulted from surface seawater temperature. Four, analyze regulations of surface seawater temperature influenced by the typhoon under the condition of different depth ocean as well as the same depth ocean. Five, typhoons functions on regulations of the surfac
9、e seawater temperature providing different mixing thickness, and diverse strength typhoon cause different regulations of the surface seawater supposing different mixing thickness. Moreover, the future research trends were discussed.Key words typhoon; seawater temperature distribution; remote sensing
10、;typhoon factor;cooling factor1引言近年来台风的发生愈来愈频繁，强度也是愈来愈大，其原因是受到全球气候变化的影响，因为最近几年全球的环境不断恶化，气候不断变暖。不仅如此，而且台风的强度也是越来越大。受台风影响较为严重的海域有西北太平洋海域和我国的东南海域，而且最近几年台风的发生也有越来越多强度越来越大的趋势。比如说 2006年 8 月间发生并登陆我国东南沿海地区的台风“桑美” ，它的最大风力就超过了 16级，最高的风速达到了 60 m/s，可以说是最近几年来强度最大的一次台风了。另外一次在 2008 年 4 月中旬登陆广东的台风“浣熊” ，则可以说是近几年间来台风
11、中发生最早的了。台风对相应海区的各种海洋环境及其对海洋气候的影响，国际上对其的研究也越来越多，成为热点之一 1。在台风的暴发期间，海洋环境和海洋气候的异常恶劣，几乎很难使用海上实验测得的数据来研究台风对海洋环境的影响。所以，基于利用卫星海洋遥感技术来研究台风对海洋环境的影响理所当然的成了目前最主要的研究手段和方法之一。WEI Shi et al2在对 2005 年间登陆墨西哥海湾的 Katrina台风认真研究后发现，因为该次台风在墨西哥海湾停留时间很长，使该海域海表温度(SST) 从 30下降到了 26左右，付东洋等人 3在对 2006 年时登陆浙江地区的“桑美”台风和登陆广东地区的“派比安”
12、台风的比较分析中发现到，在两次台风期间相关海域的海水表面温度也降低了。由此我们可以看出台风可以引起海洋表面温度的降低，进而影响该海域海洋生态系统以及海洋动力环境等等，因此研究由于台风引起海表面温度分布的变化及其特征，对海洋生态系统和海洋环境动力等的研究都具有很重要意义 4。231 台风的形成机制及其对海洋的影响台风是一种发生在热带海洋上的天气尺度、暖中心结构的气旋涡旋，是达到了一定强度的热带气旋。热带气旋若发生在在北半球则呈逆时针旋转，若发生在在南半球则相反，呈顺时针旋转。据不完全统计，全球每年平均大约有 80 个这样的热带气旋发生，在这其中半数以上的可以发展成为台风，这种热带气旋主要集中发生
13、在西北太平洋海域、孟加拉湾、东北太平洋海域、西北大西洋海域、阿拉伯海域、南印度洋海域、西南太平洋海域和澳大利亚西北海域等 8 个地区。而且西北太平洋可以说是全球的热带气旋发生最多的地区之一，大约占全球总数的三分之一左右。热带气旋的多发地带集中在南北纬 5到 10的纬度带内，而在南北半球纬度 5以内的海域则几乎没有热带气旋的发生 5。1.1 台风的成因台风是热带气旋的一个类别。在气象学上，按世界气象组织的定义：热带气旋中心持续风速达到 12 级(即每秒 32.7 米或以上)称为飓风(hurricane)或本地近义字(local synonym)，飓风的名称使用在北大西洋及东太平洋；而北太平洋西部
14、(赤道以北，国际日期线以西，东经 100 度以东)使用的近义字是台风(typhoon)。台风的维持和发展的主要能源是依靠水汽的凝结释放潜热，台风的风速变化范围非常大，台风附近风速只有几米/秒，而在台风眼周围的却可以达到几十米/ 秒，台风是一种剧烈的海气相互作用，其影响效果非常大 6。在台风发生的时候经常会伴随有狂风暴雨，它是一种非常有破坏性的灾害天气系统。全球各地对台风的称法有所不同，在东太平洋地区和大西洋地区称其为飓风，而在印度洋则称其为热带风暴，在南半球地区称其为热带气旋。台风的生命期一般情况下为 3 天8 天，台风的直径一般情况下达到 600 千米1000 千米，而在最大的时候可达到 2
15、000 千米，最小的却只有 100 千米。在北半球地区，台风集中发生的时候一般情况下在 7 月10 月间。发展成熟的台风的要素数值大多数是呈圆形对称分布的，台风的涡旋半径一般情况下为 500 千米1000 千米，它的垂直范围一般情况下能够到达对流层的最上部。台风的中心气压值(也就是其风暴强度)一般在960hPa 以下，把它在地面天气图上等压线表现出来是呈一个圆形(或是椭圆形)对称的、气压的梯度非常之大的闭合形低气压系统，在水平方向上的气压梯度能够高达到 5hPa/10km 到 10hPa/10km。台风过境的时候，测量站的气压自记曲线会出现明显的漏斗状的气压上的深谷，一般情况下发展成熟的台风往
16、往具有台风眼。台风眼就4是台风发生的时候，在深厚云区的中间会有一个直径为几十千米的形状上近似圆形的晴空区，在这个区域云非常少，只有微风或静风，这个地区的大气压强是台风区域内部的最低值，台风眼的平均直径大约为 30 千米到 40 千米。在台风眼区的外围出现的圆环状云区则称为台风的云墙或者眼壁，一些高大对流云组成了台风的云墙区，这些高大对流云的高度通常可以到达 15 千米以上，而其宽度则在 20 千米到 30千米左右。在台风云墙区域内经常会有非常强烈的上升运动，上升运动的速度值可以达到 5 m/s 到 13m/s。在台风的云墙区附近一般都是狂风暴雨最剧烈的地区，具有摧毁性破坏性的狂风暴雨基本都是发
17、生在这个区域里的。除此之外，台风的重要特征之一就是螺旋云雨带，螺旋云雨带的范围是从台风云墙到台风的外缘。它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。台风天气表现主要有大风、暴雨、狂浪和风暴潮等 7。台风的形成一般要满足以下 4 个条件：(1)台风能量的源泉是大量的水蒸气，所以在发生海域，海平面以下 50 米深的范围内，海水的水温至少在 26.5以上；(2)台风形成时引起其旋转时的力量来源是“科氏
18、力” ，所以发生海域的纬度距离赤道至少要 10 度左右，否则，引发台风旋转的“科氏力”不够强大而不能引发台风。(3)形成台风所需要的初始力是特定的气流扰动。因此必须要有特定的气流扰动才能引起台风的发生。(4)在海平面上空的风力和风向必须要均匀，否则产生的“风切”会破坏台风的漩涡 8。1.2 台风的结构对于一般的台风来说，其结构主要包括以下几个部分，如图(1)所示。5图 1 台风遥感影像 Fig.1 Typhoon remote sensing image(1)暖心：在台风的中心，有温暖湿润的空气围绕着中心位置边旋转边上升，在这个过程中水蒸气液化放出大量的热，这些热量在台风中心附近竖直方向分布着
19、。暖心占据了对流层的大部分，温度最高的部分在 250hPa，对于少数台风来说，台风眼中间的温度可能会更高，大约要比周围部分高 10 度到 15 度左右，而台风内部温度分布呈很强的经向梯度。(2)台风眼：对于强度比较大的台风，位于其环流中心的气流是下沉的，这样就形成了一个风眼，气压最低的地方是在眼区的中央，台风眼的半径一般情况下为 45千米，最大的有 100 千米到 150 千米，最小的只有 10 千米到 12 千米左右。(3)云墙：也可以叫做眼壁，呈圆筒状，位于台风眼的外围，是一种环状云雨区。在云墙内部，对流非常激烈，上升运动非常强烈。在台风内云墙的高度一般都是最高的，其降水和风力的强度在整个
20、台风内都是最大的。它的宽度一般可以达到 20 千米到 30 千米左右。(4)螺旋雨带：螺旋雨带指的是围绕着台风的中心运动的雷暴和雨云，这是台风独有的特征。一般情况下认为螺旋雨带会显著影响到台风的结构和强度变化，并且6会导致眼墙外围的降雨大大增强。(5)地面低压：在台风的中心是一个低压区，位置接近地面或海平面，它的数字值也是表现台风强度的一种形式。 9在台风形成以后，台风的移动方向往往是台风预报中最最关键的问题了。一般情况下，台风在西太平洋海域和南海海域形成以后，其主要的移动路径有西行、西北行、转向型等几种情况。但是有时候也会出现异常的路径，比如说打转、蛇行路径和突然转向等等。影响台风移动的因素
21、除了自身旋转以外，最重要的因素就是会受到环境流场的影响了。在台风的移动过程中，对其影响最主要、最直接的大型天气系统就是副热带高压。这其中的原因除了是副热带高压时间持久、空间尺度大，还有就是因为副热带高压离台风比较近的原因。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。1.3 台风对海洋的影响台风在移动的过程中会产生强度很大的海面风应力进而产
22、生风应力涡度，所谓海面风应力就是海面上单位面积受到邻近运动空气层施加的曳力或切向力。这种海面风应力和风应力涡度可以对海洋上层的热量交换、热量混合过程甚至海洋生态过程产生非常大的影响。台风经过的海域会引起海洋的一系列变化，比如说大浪，向大气输送很高的热量(高达 100W/m2)，海洋表层海水叶绿素浓度的升高，混合层的加深，对垂直对流产生强烈的和混合作用，风暴潮，强烈的海洋表层风声流，海洋表层温度的快速下降等等，台风对和海洋的影响有时候甚至可以超过 1000 米的深度。总而言之，台风对海洋的影响非常复杂而且重大。海洋表面温度(Sea Surface Temperature，SST) 与台风之间有非常重要的关系，海洋表面温度对台风的产生，变化，发展以及强度等特征的影响十分重大，而反过来台风对海水表面温度也有十分重要不可忽略的影响。在过去的几十年里，台风与上层海洋之间的相互关系这个专题在过去的几十年里备受关注，一直是国际上这方面的热点。在台风形成以后，由于台风中心气压非常低，同时风应力非常巨大，因此
