热带气旋的海洋记忆效应对黑潮的调节作用及其气候影响

本研究针对热带气旋(TCs)对西边界流(WBCs)的长期累积影响这一科学空白，通过高分辨率(0.1°)数值模拟结合观测数据，首次揭示了西北太平洋TCs通过产生持久性次表层温度异常来调节黑潮(Kuroshio)的动力学机制。研究发现TCs集体效应导致黑潮主轴流速减弱4%，右侧流速增强15%，最终使黑潮经向热输送净减少0.02±0.02 PW。该成果发表于《Nature Communications》，为理解极端天气事件与大尺度环流的相互作用提供了新视角。

　　

在全球气候变化背景下，热带气旋(TCs)与海洋环流的相互作用日益成为研究热点。TCs作为强烈的天气系统，不仅会在短时间内对海洋上层产生剧烈扰动，还会留下持续数周至数月的次表层温度异常，这种"海洋记忆"效应如何影响大尺度环流一直是个未解之谜。特别是对于黑潮这样的西边界流(WBCs)，它作为北太平洋最重要的暖流系统，其流速和热输送的变化对区域乃至全球气候都有深远影响。然而，现有研究多关注TCs与WBCs的即时相互作用，或强调中尺度涡旋的作用，对TCs长期累积效应的认识仍存在重大缺口。

国防科技大学的研究团队通过创新性地设计高分辨率(0.1°)海洋数值实验，结合多源观测数据，系统研究了TCs对黑潮的调节机制。研究人员采用并行海洋模式(POP)进行了两组对比实验：TCWIND实验嵌入了基于观测统计的理想化TC风场，而FILT实验则滤除了TC风场信息。通过分析1993-2016年的模拟结果，并与AVISO卫星高度计、HYCOM再分析等观测数据相互验证，揭示了TCs影响黑潮的三维结构和物理机制。

研究采用了三项关键技术方法：(1)基于JRA55-do数据集构建的高分辨率(0.1°)海洋数值模型，能准确解析TCs引起的上层海洋响应；(2)创新的TC风场过滤与嵌入技术，通过统计拟合观测TC风场构建理想化涡旋；(3)多平台观测数据验证，包括卫星高度计、Argo浮标和HYCOM再分析数据，确保了研究结论的可靠性。

TCs' impact on the Kuroshio current
研究发现TCs对黑潮的影响呈现显著的空间异质性。模拟结果显示，TCs使黑潮主轴流速降低，同时在黑潮右侧较宽海域增强流速，最大异常可达12 cm s^-1，相当于气候平均态的12%。卫星高度计观测的TC活跃年与不活跃年对比分析验证了这一结论，显示TC活动较强时，黑潮右侧表面地转流增强，而陆架侧流速减弱，伴随台湾以东正SSH异常和黑潮路径负SSH异常。垂直结构上，TCs引起的流速异常在表层200米以增强为主，而在200-300米深度则转为显著减弱。

TCs' impact on the volume transport
体积输送分析表明，TCs对黑潮的影响具有明显的斜压特征。上层100米体积输送增加1.2%，而100-2000米则减少2.3%，导致整体减弱1.3%。在1000米深度积分显示，黑潮主轴附近50-150公里范围内输送减弱4%，而海洋侧50-150公里范围内增强15%，表明TCs对平均流场有显著调制作用。

Mechanisms of the TC's impact on Kuroshio
机制分析揭示，TCs通过两种途径影响黑潮：一方面，气旋性风应力引起的上升流在黑潮主轴形成延伸至600米的冷异常；另一方面，负风应力旋度驱动的下降流和混合过程在黑潮右侧产生次表层暖异常。这种热力结构的改变通过地转平衡关系导致黑潮流速变化。低分辨率(1°)实验表明，即使不考虑中尺度涡旋作用，大尺度热力响应仍能产生类似的流速变化格局，证实了热力机制的主导地位。

Anomalous meridional heat transport due to TCs
热输送分解显示，TCs使黑潮经向热输送净减少0.02±0.02 PW，其中58%归因于温度变化，40%来自流速改变。这一减弱量相当于气候模式预测的1950-205年百年变化量(0.04±0.04 PW)的50%，凸显了TCs在气候尺度上的重要性。季节尺度上，TC引起的温度异常和流速变化可达背景季节变率的33-50%。

Discussion
讨论部分指出，TCs的累积效应不仅改变了黑潮的气候平均态，还显著调制了其季节和年际变率。在ENSO年际尺度上，El Ni?o年TC活动更强，导致台湾以东暖异常和吕宋岛以东冷异常的空间格局更为显著。随着气候模式向更高分辨率发展，准确表征TCs对海洋环流的影响将有助于提高未来气候预测的可靠性。

这项研究首次系统阐明了TCs通过"海洋记忆"效应对黑潮的长期调制作用，建立了极端天气事件与大尺度环流之间的物理联系。研究结果不仅深化了对海气相互作用的理解，也为评估气候模式中TC参数化方案的合理性提供了科学依据。特别是发现TCs会减弱黑潮的经向热输送，这一结论对准确预测全球热量再分配和区域气候响应具有重要意义。该成果发表于《Nature Communications》，代表了极端天气与海洋环流相互作用研究领域的重要进展。