本文由Xiaojie Lu、Changming Dong、Han Zhang、Kenny T. C. Lim Kam Sian、Jingsong Yang、Zhenhua Xu、Gang Li、Qingyue Wang、Qian Cao、Zhiwei You和Joël Sommeria等作者共同撰写，发表于《Journal of Geophysical Research: Oceans》2024年第129卷，文章标题为《Observational Analysis of Vertical Heat Flux Caused by Typhoon-Induced Near-Inertial Waves under the Modulation of Mesoscale Eddies》。该研究主要探讨了热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）引发的近惯性波（Near-Inertial Waves, NIWs）在中尺度涡旋（mesoscale eddies）调制下对海洋垂直热通量的影响。

研究背景

热带气旋（TCs）在海洋表层引发强烈的混合，导致热量在表层和次表层之间的垂直交换，这种现象被称为“热泵效应”（heat pump effect）。然而，TCs也会导致上层海洋的整体冷却，称为“冷吸效应”（cold suction effect）。尽管TCs对上层海洋的热量再分配有显著影响，但其对深层海洋的热量传输作用尚未得到充分研究。特别是，TCs引发的近惯性波（NIWs）在海洋内部的能量交换中扮演了重要角色，而中尺度涡旋的存在可能进一步调制这些波的传播和热量传输。

研究目标

本研究旨在通过观测数据分析，探讨2014年台风“海鸥”（Typhoon Kalmaegi）在南海引发的近惯性波在中尺度涡旋调制下对垂直热通量的影响，特别是深层海洋的热量传输机制。

研究方法

研究使用了南海三个浮标站（S1、S2、S3）的温度、盐度和流速数据，结合卫星遥感数据和再分析数据（GLORYS12V1），分析了台风期间海洋的热响应和垂直热通量。研究提出了一个新的方法来估算温跃层以下的垂直速度，从而更准确地计算垂直热通量。

数据处理

1. 台风数据：台风“海鸥”的路径和强度数据来自中国气象局的热带气旋数据集。
2. 浮标数据：三个浮标站（S1、S2、S3）的温度和流速数据用于分析台风期间的海洋响应。
3. 再分析数据：GLORYS12V1再分析数据用于验证中尺度涡旋的存在及其对近惯性波传播的影响。
4. 遥感数据：微波和红外海表温度（SST）数据用于分析台风期间海表温度的变化。

垂直速度估算

研究提出了两种估算垂直速度的方法： 1. 欧拉方法：基于温度剖面的时间变化，通过简化平流-扩散方程估算垂直速度。 2. 拉格朗日方法：通过追踪等温线的垂直位移来估算垂直速度。

研究结果

1. 表层热响应：台风“海鸥”导致南海表层温度显著下降，最大降温出现在台风路径的右侧，符合北半球台风的“右偏效应”。
2. 深层热响应：在温跃层以下，S2站的深层海水显著升温，而S1和S3站的温度变化较小。这种异常升温现象无法通过湍流混合参数化解释，表明近惯性波在深层热量传输中发挥了重要作用。
3. 中尺度涡旋的调制作用：S1站位于一个气旋性涡旋内，而S2和S3站位于两个不同的反气旋性涡旋内。根据“烟囱效应”（chimney effect）理论，反气旋性涡旋增强了近惯性波的垂直传播，导致S2站的深层热量传输更为显著。

结论

研究表明，台风引发的近惯性波在中尺度涡旋的调制下，能够显著影响海洋深层热量的垂直传输。特别是，反气旋性涡旋的存在增强了近惯性波的传播深度，使得热量能够传输到更深的海洋层。这一发现对于理解海洋内部热量传输机制及其对全球气候变化的影响具有重要意义。

研究亮点

1. 新方法的提出：研究提出了一种基于现场数据估算温跃层以下垂直速度的新方法，为垂直热通量的计算提供了更准确的工具。
2. 中尺度涡旋的调制作用：研究首次通过观测数据验证了中尺度涡旋对近惯性波传播的调制作用，揭示了涡旋深度和强度对垂直热量传输的关键影响。
3. 深层热量传输的发现：研究发现了台风引发的近惯性波能够将热量传输到深层海洋，这一现象对理解海洋热量的垂直分布和全球气候系统具有重要意义。

研究意义

该研究不仅深化了对台风引发的近惯性波在海洋热量传输中作用的理解，还为未来研究海洋内部热量传输机制提供了新的思路。此外，研究结果对全球气候变化研究具有重要参考价值，特别是在海洋热量再分配和气候反馈机制方面。