引言

海洋水温变化对热带气旋(TC)的影响是当前海气相互作用研究领域的一个热点问题。观测表明，TC只能在大于27 ℃的洋面上形成^[1]。Baik等^[2]研究指出，87%的西北太平洋TC将在SST 27~29 ℃时达到它们生命史的最大强度。SST越高，TC的最大可能强度(Maximum Potential Intensity, MPI)越强^[3-8]。

还有不少学者指出，SST的空间分布特征主要是混合层深度对TC也有较大的影响。秦曾灏等^[6]认为SST及其空间分布与TC有着非常密切的关系。王昭正等^[7]指出, 南海表层断面的28 ℃等温线所达深度(≥50 m)越大越有利于南海台风的发生发展。吴迪生等^[8]分析了西太平洋暖池次表层水温变化对TC的影响，结果表明, 当赤道西太平洋暖池次表层水温下半年持续出现正(负)距平时，西北太平洋生成的TC个数比常年偏多(少)是主要现象。Chan等^[9]指出，海洋对TC强度的影响是通过表面热通量来实现的。由于表面热通量的分布不仅取决于SST，还与海洋混合层深度等海洋热力结构因素有关，因此混合层深度等海洋热力结构因素也会影响TC强度。

尽管混合层对TC强度影响的研究已取得一些成果，但仍然存在许多的问题，如混合层深度对TC强度影响的方式和大小。下面将通过一系列的敏感性试验来探讨这个问题。

1 试验设计

在前面的工作中^[10]，作者采用中尺度大气模式MM5和区域海洋模式POM构造了中尺度海气耦合模式，并利用该耦合模式模拟了台风珍珠(2006) 从热带低压发展到台风再逐渐衰减的全过程。耦合试验中POM模式范围设定为0°~30°N、99°~130°E，水平分辨率为0.25°×0.25°，在垂直方向上，模式采用不均匀间隔的21个σ层，对上层海洋的分层进行加密，外模的时间步长是60 s，内模的时间步长是1800 s，采用真实地形。MM5模式采用二重嵌套网格，模拟区域D01范围是7.18°~26.33°N、105.93°~130.07°E，水平方向分辨率15 km, 时步50 s，垂直方向分为32层，不采用任何Bogus方案，模式的初始场和边界条件由NCEP的1°×1°分辨率的再分析资料提供，从2006年5月12日06时开始积分到17日12时，共积分126 h，包括了台风珍珠从热带低压发展到台风再逐渐衰减的全过程。MM5模拟区域D02采用单向嵌套，水平方向分辨率5 km, 时步18 s，垂直方向分为32层，范围12.32°~22.56°N、111.82°~119.87°E，细网格模式利用D01每小时的预报场作为初始场，起始于2006年5月14日13时，积分48 h。在模式的物理过程参数化方面，两个模拟区域都选用Betts-Miller积云对流参数化方案和Reisner Ⅰ型显式云物理过程方案，两重网格均采用MRF高分辨边界层方案。

本文以该耦合试验作为对比试验(以下称为CON)，对比试验中珍珠经过海域混合层深度约为31 m, 设计4个敏感性试验来考察混合层深度变化对TC强度的影响，其初始深度分别设为8 m、16 m、63 m和125 m (表 1)，这些试验除初始混合层深度不同外，其他均相同。各个试验开始运行前先进行POM模式的初始化，初始化时将模式上混合层分别设定为8 m、16 m、63 m和125 m, 海温等因素与对比试验相同，之后保持上混合层海温不变，积分30天进行动力调整。

2 结果分析

由图 2可知，初始混合层深度对TC强度影响较大。初始混合层越深，模拟的TC最大强度越强。初始混合层深度分别为8 m(OM1)、16 m(OM2)、31 m(CON)、63 m(OM3) 和125 m(OM4) 的各试验模拟的TC最大强度分别为973 hPa、961 hPa、948 hPa、936 hPa和918 hPa。各试验除初始混合层深度不同外，其余初始海洋因素均相同，由此可见，初始混合层深度对TC强度影响是较大的。尽管各试验初始SST均相同，但其达到的最大强度存在较大差异，这也表明考虑海洋对TC的影响时仅考虑初始SST是不全面的，混合层深度也会通过影响SST来间接影响TC的强度。

另外，初始混合层深度也较大地影响了TC增强的时间。一般来说, 初始混合层越深，TC增强时间越长。如表 2所示，试验OM1、OM2、OM3、CON和OM4模拟的TC增强时间分别为63 h、66 h、66 h、72 h和90 h，即一般初始混合层越深，TC增强的时间越长，TC开始衰减的时间越晚。

从图 2还可以看出，当混合层深度从125 m (试验OM4) 变为63 m(试验OM3) 时, 模拟的TC最大强度从918 hPa变为936 hPa, 衰减了18 hPa, 而从63 m降低到31 m (试验CON)时，TC强度衰减了13 hPa，从31 m(试验CON)降低到16 m (试验OM2) 时，衰减了12 hPa, 从16 m降低到8 m (试验OM1) 时，衰减了11 hPa。表明TC强度与混合层深度的关系并不是线性的。当混合层较浅时，TC强度对其变化更为敏感。

在前面的工作中^[10]，我们的分析表明，耦合模式能考虑TC过程中的海气相互作用，即一方面TC通过夹卷等物理过程将冷水带到混合层，使得SST降低；另一方面，TC引起的SST降低反馈到TC，使得海洋向TC提供的潜热通量和感热通量减少，削弱了TC强度。因此相比单一的大气模式，耦合模式能更全面更准确地考虑海洋对TC的影响，也能更准确地模拟出TC强度的变化。我们的研究还表明，尽管TC引起的最大SST降低一般出现在TC中心的右后方，但TC削弱主要是由TC内核区的SST降低引起的。在本文中，试验OM1~OM4模拟的TC达到最大强度后都开始衰减，且初始混合层越深，TC内核区SST降低越显著。如表 2所示，由于OM1初始混合层较浅，风夹卷效应显著，SST降低幅度很大，TC内核区最大SST降低达到7.4 ℃，由此反馈到TC使得TC强度衰减很大，而OM4由于初始混合层较深，风夹卷效应较小，内核区最大SST降低仅有1.8 ℃, 对TC的衰减作用较为有限。

各个试验达到最大强度后都开始衰减，这是由于台风引起的海面降温所致，这表明如果台风在海洋上移动的时间长，其引起的海面降温可以使得台风在发展到最大强度后开始衰减。

这也可以用来解释TC强度与混合层深度的关系并不是线性的，因为海洋中夹卷等物理过程在混合层浅时能较为有效地将冷水带到混合层，使得TC内核区SST降低幅度较大。

3 小结

本文利用中尺度海气耦合模式进行一组敏感性试验，以考察初始混合层深度对TC强度的影响，各试验除混合层深度不同外其余都相同。试验结果表明初始混合层深度对TC最大强度和增强时间影响都较大，一般来说，初始混合层越深，模拟的TC最大强度越大，TC增强时间越长。另外，TC与混合层深度的关系并不是线性的。当混合层较浅时，TC强度对其变化更为敏感。分析表明，初始混合层较浅时，风夹卷效应显著，SST降低幅度很大，由此反馈到TC使得TC强度衰减很大；初始混合层较深时，风夹卷效应较小，对TC的衰减作用有限。