Shoude Guan, Wei Zhao, John Huthnance, Jiwei Tian, 和 Jinhu Wang 等研究人员在2014年5月29日发表于《Journal of Geophysical Research: Oceans》的研究论文《Observed upper ocean response to typhoon Megi (2010) in the northern South China Sea》中，详细探讨了2010年台风Megi对南海北部上层海洋的热力和动力响应。该研究基于南海内部波实验（SCSIWEX）期间布设的潜标阵列，分析了台风Megi过境期间海洋上层温度、流速的变化，特别是近惯性振荡（Near-Inertial Oscillations, NIOs）与日潮（Diurnal Tide）之间的非线性波-波相互作用。

研究背景与目的

热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）是热带和亚热带海洋上最强烈的天气事件之一。随着全球变暖，过去30年中热带气旋的频率和强度均有所增加，准确预测热带气旋的路径、强度以及风暴潮和海洋波浪对减少沿海地区生命和财产损失至关重要。为了改进预测，研究人员需要更好地理解热带气旋系统下极端海气相互作用的物理机制。

南海是西太平洋最大的边缘海，每年平均有10.2个台风经过南海。由于南海特殊的地理位置和复杂的地形，多种尺度的运动活跃于该海域，包括大尺度环流、中尺度涡旋以及强烈的内潮（Internal Tides）。特别是吕宋海峡生成的强日潮和半日潮，通过非线性波-波相互作用，最终在南海消散并增强了南海的垂向混合。

尽管已有大量研究探讨了台风对南海上层海洋的响应，但大多数研究基于数值模拟，直接观测数据非常有限。2010年10月，台风Megi经过南海北部的一个潜标阵列，为研究人员提供了难得的机会，基于连续的流速和温度剖面数据，详细分析台风Megi对上层海洋的热力和动力响应，特别是台风引发的近惯性内波与日潮之间的非线性波-波相互作用。

研究方法与流程

研究使用了南海内部波实验（SCSIWEX）期间布设的三个潜标（L1、R1和R2）的数据。这些潜标配备了75 kHz的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和温度链，用于测量上层海洋的流速、温度和盐度。台风Megi于2010年10月22日UTC 0000时经过L1和R1潜标之间，研究人员基于这些数据分析了台风过境期间海洋上层的变化。

研究首先分析了台风Megi过境期间的温度变化。通过结合R1潜标的温度剖面和卫星观测的海表温度（SST），研究人员发现台风Megi导致了整个观测水柱（60-360米）的冷却，最大冷却发生在温跃层，达到4.2°C。这种冷却主要是由于台风引发的强埃克曼泵升流（Ekman-pumped upwelling）所致。

接着，研究人员分析了台风Megi对上层海洋流速的影响。台风过境期间，L1和R1潜标的流速显著增加，最大流速达到1.2-1.5 m/s。然而，与北大西洋的飓风Frances和墨西哥湾的飓风Ivan相比，台风Megi引发的流速增加相对较小。此外，研究人员还观察到台风引发的近惯性振荡（NIOs）在混合层中迅速衰减，e-folding时间尺度为2个惯性周期。

通过功率谱和小波分析，研究人员发现台风Megi过境期间，近惯性振荡（NIOs）与日潮（D1）之间的非线性波-波相互作用增强，导致在频率fd1（f + d1）处出现能量峰值。数值实验表明，通过f和d1之间的非线性相互作用，能量从NIOs转移到fd1，可能限制了混合层NIOs的增长并加速了其衰减。

主要结果与结论

研究的主要结果包括： 1. 温度响应：台风Megi引发了整个观测水柱的冷却，最大冷却发生在温跃层，达到4.2°C。这种冷却主要是由于强埃克曼泵升流所致。 2. 流速响应：台风Megi过境期间，L1和R1潜标的流速显著增加，最大流速达到1.2-1.5 m/s。然而，与北大西洋的飓风Frances和墨西哥湾的飓风Ivan相比，台风Megi引发的流速增加相对较小。 3. 近惯性振荡（NIOs）：台风Megi引发的NIOs在混合层中迅速衰减，e-folding时间尺度为2个惯性周期。数值实验表明，通过f和d1之间的非线性相互作用，能量从NIOs转移到fd1，可能限制了混合层NIOs的增长并加速了其衰减。 4. 非线性波-波相互作用：台风Megi过境期间，近惯性振荡（NIOs）与日潮（D1）之间的非线性波-波相互作用增强，导致在频率fd1（f + d1）处出现能量峰值。 5. 日潮能量增强：台风Megi过境后，表层日潮能量显著增强，增幅高达100%。这主要是由于表层层结增强和台风引发的日潮流增加的综合效应。

研究的意义与价值

该研究首次基于直接观测数据，详细分析了台风Megi对南海北部上层海洋的热力和动力响应，特别是近惯性振荡与日潮之间的非线性波-波相互作用。研究结果表明，南海复杂的背景海洋环境，特别是强烈的内潮，显著调制了台风对上层海洋的响应。这一发现对于改进台风预测模型、理解台风与海洋之间的相互作用具有重要意义。

研究亮点

1. 直接观测数据：研究基于南海内部波实验（SCSIWEX）期间布设的潜标阵列，提供了台风Megi过境期间海洋上层的直接观测数据。
2. 非线性波-波相互作用：研究首次详细分析了台风引发的近惯性振荡与日潮之间的非线性波-波相互作用，揭示了能量从NIOs转移到fd1的机制。
3. 日潮能量增强：研究发现台风Megi过境后，表层日潮能量显著增强，增幅高达100%，这一现象与台风引发的表层层结增强和日潮流增加密切相关。

其他有价值的内容

研究还探讨了台风Megi对南海北部上层海洋热含量的影响。台风过境期间，海洋热含量（OHC）从554 J/cm²下降到484 J/cm²，降幅达13%。这一结果表明，台风Megi不仅影响了海洋表层的温度，还对整个上层海洋的热力结构产生了显著影响。

该研究通过详细的观测和数值实验，揭示了台风Megi对南海北部上层海洋的热力和动力响应机制，特别是近惯性振荡与日潮之间的非线性波-波相互作用。这一研究为理解台风与海洋之间的相互作用提供了新的视角，对于改进台风预测模型具有重要意义。