海洋深处的秘密，新研究发现台风来袭前下层海水温升高

我们都知道台风来临时，海面风浪大作、暴雨倾盆，但你知道吗？在台风来临之前，海洋深处其实正在发生着一场“热身运动”。最近的一项研究发现，台风到来前，下层海洋会因为一种叫做“垂直平流”的过程而变暖。

想象一下，海洋就像一个巨大的三明治。台风来临前，强劲的风会把海面的海水吹向远方，就像把三明治的上层“刮”走了一部分。为了填补这个空缺，深层的海水就会上升到海面，这个过程就叫做“垂直平流”。

研究人员分析了 2012 年 8 月 25 日至 2013 年 12 月 11 日期间西沙群岛附近观测站记录的五次台风路径，并利用三维模型研究了下层海洋变暖的动力过程。

研究发现，由于台风前存在的负埃克曼抽吸效应（Ekman suction）（即向下的流动）和海洋下层的发散现象，导致了强烈的下沉流动。这种下沉引发了垂直方向的暖流输送，使得海洋的下层水温显著上升。这种现象在台风到来之前表现得尤其明显。

下层海洋的变暖对台风的发展有着重要的影响。首先，温暖的海水为台风提供了充足的能量，就像给台风加了一把火，使其变得更加强大。其次，变暖的海水会增加空气的湿度，为台风提供更多的“燃料”，使其持续时间更长。

这项研究的发现对于我们更准确地预测台风强度和路径具有重要意义。通过了解下层海洋的变暖过程，我们可以更好地掌握台风的形成和发展机制，从而提高台风预报的准确性。此外，这项研究也为我们深入了解海洋与大气之间的相互作用提供了新的视角。

参考文献：Q Wang，J Chen，Y He，D Wang，P Xiu，Warming of the lower ocean layer modulated by vertical advection prior to typhoon arrival.  Climate Dynamics，DOI：10.1007/s00382-024-07157-7

一、台风通常会引起上层海洋混合并降温，为什么下层海洋在台风来袭前会变暖呢？

台风对海洋的影响确实很复杂，不同深度海水的变化也不尽相同。台风对海洋的影响是一个复杂的系统过程。上层海水由于风生流和蒸发作用而降温，而下层海水由于垂直运动、Ekman输送和热量传输等因素，会在一定程度上变暖。

为什么台风会引起上层海洋混合并降温？台风带来的强风会在海面上产生强烈的风生流，这会搅动上层海水，使得深层较冷的海水上升到表面，从而导致上层海水温度降低。台风带来的强风会加速海水的蒸发，而蒸发过程会带走大量的热量，进一步导致海面温度下降。

为什么下层海洋在台风来袭前会变暖呢？台风中心的低气压会引起海水的上升运动。虽然上层海水被带到表面降温了，但深层的暖海水也会上升到一定深度，导致这部分海水的温度升高。台风风场会引起埃克曼输送（Ekman transport），导致海水向台风中心辐合。在辐合区，海水会向下运动，将上层的暖水带到更深处。台风过境前，海洋表面的高温海水会向大气中释放大量热量，但同时，深层的海水也会向上传递热量，以补充表层损失的热量。

台风强度越大，对海洋的影响越强烈。海域的深度、水温分布、盐度等因素也会影响台风对海洋的影响。台风的移动路径也会影响到不同海域的海水温度变化。

二、什么是Ekman transport？什么是Ekman suction ？它们在海洋环流中扮演什么角色？

埃克曼输送和埃克曼抽吸是两个密切相关的海洋学概念，它们都源于瑞典海洋学家沃恩·华费特·埃克曼的研究。

• 埃克曼输送: 当风吹过海面时，由于地球自转产生的科里奥利力，海水不会直接沿着风向流动，而是会向右偏转（北半球）或向左偏转（南半球）。这种现象称为埃克曼输送。也就是说，风驱动的海水的净输送方向与风向垂直。
• 埃克曼抽吸: 埃克曼输送的结果是，在海面上形成辐合或辐散。当海水在某一区域辐合时，多余的海水就会向下运动，形成下沉流，这就是埃克曼抽吸。反之，如果海水在某一区域辐散，深层的海水就会上升来补充，形成上升流。

这两个概念在海洋环流中扮演着极其重要的角色：

• 驱动大洋环流: 埃克曼输送和埃克曼抽吸共同作用，驱动了大洋环流的形成和维持。例如，在副热带高压带下，海面海水向西输送，而在副极地低压带下，海面海水向东输送，形成了大洋环流的经向环流圈。
• 影响海洋上层结构: 埃克曼抽吸可以改变海洋的温跃层深度。在辐合区，温跃层会变浅，而在辐散区，温跃层会变深。
• 调节海洋生物分布: 上升流带来的深层营养盐，为海洋生物提供了丰富的食物来源，促进了海洋生物的繁盛。
• 影响气候: 埃克曼抽吸影响海洋热量的垂直输送，进而影响大气环流和气候变化。

总的来说， 埃克曼输送和埃克曼抽吸是连接海洋水平运动和垂直运动的重要纽带。它们通过影响海水的流动、温度和盐度分布，对海洋环流、海洋生态系统以及全球气候都产生了深远的影响。

三、什么是垂直平流，除了垂直平流，还有哪些因素会影响台风的发展？

垂直平流是指海水在垂直方向上的运动，即海水向上或向下运动。这种运动可以导致海水的温度、盐度和营养盐等性质发生变化，从而影响海洋的物理、化学和生物过程。

垂直平流可以将深海的营养盐输送到表层，为浮游植物提供生长所需的养分，从而促进海洋初级生产力的发展。垂直平流可以改变海洋不同深度的水文条件，进而影响海洋生物的分布和洄游。海洋垂直运动在海洋与大气之间的热量和水分交换中起着重要作用，从而影响区域和全球气候。

造成海洋垂直平流的主要因素包括风应力、密度差异、地形影响等。

• 风应力: 风吹过海面，产生的摩擦力会带动海水运动，从而引起垂直方向上的运动。
• 密度差异: 海水密度差异是引起垂直平流的重要原因。密度较大的海水会下沉，而密度较小的海水会上升。密度差异可以由温度、盐度等因素引起。
• 地形影响: 海底地形、海岸线等因素也会影响海水的垂直运动。例如，在大陆架边缘，由于水深的变化，常常会产生上升流或下降流。

除了垂直平流，还有哪些因素会影响台风的发展？影响台风的因素有很多，比如海面温度、大气环境、海洋环流、地形等。高的海面温度为台风提供能量；大气的垂直风切变、湿度、大气稳定度等都会影响台风的发展；海洋环流可以影响海水的温度和盐度分布，从而影响台风的发展；陆地地形、岛屿等可以阻挡或引导台风路径，影响其强度和移动速度。

总之，垂直平流是海洋中一种重要的运动形式，它对海洋生态系统和气候变化都有着重要的影响。除了垂直平流外，还有许多其他因素共同作用，影响着海洋的物理、化学和生物过程。

四、思考

如何才能更准确地量化台风到来前的垂直速度及其对低层海洋变暖的贡献？中尺度涡流在调节垂直平流和相关的变暖方面发挥重要作用吗？海洋分层的稳定性如何影响垂直混合和随后的变暖？

台风前低层海洋的变暖是否会影响后续台风的强度？这种变暖是否会影响台风的路径，特别是其转向和曲率？海洋下层的变暖如何与混合层深度相互作用并影响海气热交换？

台风前的变暖现象是否存在显著的区域差异？海洋盆地、沿海地理和当地气候条件等因素如何影响这一过程？气候变化，特别是海面温度上升和海洋环流变化，将如何影响台风前的变暖及其后果？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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