引言
热带气旋（TCs），在西北太平洋和中国南海（SCS）通常被称为台风，是强烈的气海耦合系统，通过风应力、气海通量、降水和上升流过程对上层海洋产生强烈扰动（Mei et al., 2015; Xiao et al., 2011）。这些过程可以迅速改变上层海洋的温度、盐度和分层，导致海表冷却、混合层加深、热盐度调整以及近惯性运动。由于上层海洋的热盐度结构在调节气海交换和海洋对风暴演变的反馈中起着核心作用，因此理解上层海洋对TC强迫的响应对于改进气海耦合预测系统至关重要。在中国南海，有利的热条件支持频繁的热带气旋活动以及强烈的海洋变异性，因此TC与海洋的相互作用尤为活跃且动态复杂（Zheng and Wang, 2023）。
尽管在理解TC与海洋的相互作用方面取得了相当大的进展，但TC引起的热盐度响应的空间结构和演变仍然难以解析。温度和盐度异常的幅度和垂直结构会随着风暴强度、移动速度、风暴相对位置、预先存在的层状结构、中尺度涡旋和锋面系统的不同而显著变化。因此，在同一TC事件期间，相邻位置可能会经历明显不同的上层海洋响应。要解决这种空间和时间变异性，需要具有足够垂直分辨率、时间连续性和风暴经过及恢复期间空间覆盖范围的观测数据。然而，获得这样的观测数据仍然具有挑战性。卫星观测提供了广泛的空间覆盖范围，但通常仅限于海表面，无法直接解析次表层的热盐度结构（Ricciardulli et al., 2023）。Argo浮标提供了宝贵的垂直剖面数据，但往往缺乏捕捉快速风暴诱导演变所需的时间分辨率（Meng et al., 2022）。固定点锚系提供了连续的测量数据，但在空间上受到限制（Sanford et al., 2011），而基于船舶的观测在恶劣天气条件下难以安全且连续地进行（L. Chen et al., 2025）。因此，能够同时解析TC引起的热盐度响应的风暴相对结构和事件尺度演变的高分辨率观测数据仍然相对稀缺。
水下滑翔机提供了一种有效的观测手段来应对这一挑战。作为长续航的自主平台，滑翔机可以反复收集高分辨率的水文剖面数据，同时保持灵活的空间覆盖范围和高垂直分辨率（Stommel, 1989; Jamieson, 2018; X. Wang et al., 2025）。当以虚拟锚系模式运行时，滑翔机会在指定站点附近重复进行剖面测量，提供上层海洋演变的准欧拉视图，同时保留移动观测的优势。将这一概念扩展到多个平台，可以形成一个分布式的虚拟锚系阵列，结合了类似锚系的时间连续性、高分辨率垂直剖面和更广的空间覆盖范围。这种观测配置特别适合解析TC引起的上层海洋热盐度响应的空间和时间变异性。以往基于滑翔机的研究已经记录了不同海洋盆地中TC引起的温度、盐度、混合层深度、屏障层结构和分层的变化（Domingues et al., 2015; Hsu and Ho, 2019; Ni et al., 2021; H. Zhang et al., 2024; Y. Zhang et al., 2024）。这些研究展示了滑翔机在极端天气条件下捕捉上层海洋响应的价值。然而，大多数部署涉及单个滑翔机或有限数量的平台，限制了它们同时解析空间变异性和比较多个TC事件响应的能力。
尽管滑翔机观测大大提高了我们解析TC经过期间上层海洋响应的能力，但大多数研究都集中在单个风暴或有限数量的案例上，使得难以区分共同的响应模式和事件特定的变异性。为了克服这一限制，一些研究采用了大样本方法来研究TC引起的海洋响应。基于Argo的分析揭示了上层海洋冷却和热盐度异常的三维结构及其对风暴强度、移动速度和环境条件的依赖性（G. Wang et al., 2016; Lin et al., 2017）。基于卫星的研究进一步强调了降水、风驱动混合和预先存在的盐度分层在塑造TC引起的海表盐度响应中的作用（Reul et al., 2021; Sun et al., 2021）。最近，Han等人（2024）通过使用30节风半径对观测数据进行标准化，并构建风暴相对合成图像，提高了风暴之间的可比性。然而，从大型观测数据集得出的统计描述与对单个风暴事件的过程解析观测之间仍存在差距。能够结合重复滑翔机阵列观测与风暴相对合成分析的观测框架仍然有限。因此，目前尚不清楚在多个TC事件中识别共同的风暴相对热盐度响应模式的同时保留过程级观测细节的程度。
这一限制尤为重要，因为负责TC引起的热盐度响应事件间变异性的过程往往难以解释。在各种机制中，近惯性运动被认为是TC能量传递到上层海洋的重要途径。先前的研究表明，TC产生的近惯性运动可以增强垂直剪切，促进湍流混合，并有助于混合层加深和热盐度调整（Gutiérrez Brizuela et al., 2023）。然而，近惯性能量与观测到的热盐度异常之间的关系通常很复杂，因为近惯性能量可能沿垂直方向传播，与中尺度环流相互作用，或者根据背景海洋状态在不同深度消散。因此，需要同时进行热盐度和速度观测，以提供解释TC引起的上层海洋响应的时间、深度结构和空间变异性的动态背景。
为了解决这些差距，本研究开发了一个基于2024-2025年在中国南海北部部署的分布式水下滑翔机阵列的风暴相对合成分析框架。该阵列以虚拟锚系配置运行（Fan et al., 2026），在九个TC事件中收集了重复的温度-盐度剖面数据，为研究多个风暴引起的上层海洋热盐度响应提供了独特的观测数据集。此外，还结合了锚系速度观测数据，以研究近惯性运动及其在塑造热盐度调整中的潜在作用。
本研究有三个主要目标。首先，我们描述了中国南海北部TC引起的温度和盐度异常的风暴相对合成模式，并研究其在深度和时间上的演变。其次，我们研究了在台风Yagi期间控制空间差异化的上层海洋响应的因素，特别关注风暴相对位置、中尺度水文条件和预先存在的层状结构。第三，我们利用结合滑翔机和锚系观测的数据，评估了近惯性运动与观察到的热盐度调整之间的关联。通过将风暴相对合成分析与基于事件的热盐度和近惯性诊断相结合，本研究提供了对中国南海北部TC-海洋相互作用中共同响应模式和过程尺度变异性的统一观测视角。
部分片段
热带气旋
中国南海北部（SCS）是一个频繁受到热带气旋（TCs）影响的区域，其特征是中尺度变异性明显和复杂的大陆架-斜坡地形。为了研究TC引起的上层海洋热盐度响应，在中国南海北部（18°–21°N, 114°–118°E）建立了一个分布式观测网络，使用了一个6 × 3的Sea-Wing水下滑翔机虚拟锚系阵列，名义间距约为50公里（图1）。一个配备有...
风暴相对合成数据集的代表性
在呈现合成热盐度响应之前，首先检查了匹配观测在风暴相对坐标系中的空间分布，以评估合成数据集的代表性及空间覆盖范围。所有匹配的滑翔机观测数据都转换为了风暴相对坐标系统，其中沿轨道和横跨轨道的坐标都通过30节风半径进行了标准化（）。采样显示包括在一个标准化风暴范围内的匹配观测数据...
结论
本研究使用分布式Sea-Wing水下滑翔机阵列、固定式ADCP观测数据、JMA最佳路径数据以及Copernicus海洋分析场，研究了中国南海北部热带气旋（TC）引起的上层海洋热盐度响应。在2024-2025年的野外活动中，35架滑翔机在九个TC事件中收集了16,949个温盐度（CTD）剖面数据。通过30节风半径标准化的风暴相对合成框架...
CRediT作者贡献声明
Sheng Hu: 资源管理、项目行政、数据管理。Jiayi Liu: 验证、正式分析。Peng Yuan: 软件、方法论、数据管理。Huijun Huang: 资源管理、项目行政、数据管理。Zifeng Zhou: 软件、数据管理。Shuangshuang Fan: 撰写 - 审稿与编辑、可视化、监督、资源管理、项目行政、方法论、资金获取、概念化。Jiacheng Feng: 撰写 - 原初草稿、可视化、验证、软件...
未引用的参考文献
Copernicus Marine Service, 2026; Navaneeth et al., 2019; Zhang et al., 2024.
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了国家关键研发计划（项目编号2023YFC3008001）、国家自然科学基金（项目编号52371357和42549907）以及广东省基础与应用基础研究基金（项目编号2023A1515240035）的支持。作者感谢广东省海洋气象科学数据中心（2024B1212070014）和博河海洋气象科学实验基地（MMSEB）在...
Jiacheng Feng|Shuangshuang Fan|Peng Yuan|Jiayi Liu|Zifeng Zhou|Huijun Huang|Sheng Hu|Tong Yan
