台风引发的南海海底海洋热浪

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Typhoon-induced subsurface marine heatwaves in the South China Sea

南海近岸浅水区存在9次台风触发的表层下海洋热浪事件，关键驱动因素为台风增强的混合作用、赛前较高的温度百分位及持续时间足够长，此类低频高威胁事件需重点关注。

　　

刘周红|程淑葵|曹安洲|宋金宝|郭新宇

中国浙江大学海洋传感国家重点实验室及海洋学院，舟山

摘要

在全球变暖的背景下，极端事件的频率和强度显著增加，对自然生态系统和人类社会产生了巨大影响。我们发现，作为极端天气事件的台风能够引发次表层海洋热浪（MHWs），这是一种极端的海洋现象。基于27年的海洋再分析数据，我们在南海共识别出9次由台风引发的次表层MHW事件，其中大部分发生在近岸浅水区。台风引发的增强混合作用、台风前的相对较高次表层温度百分位数以及次表层暖化的足够长时间是导致台风引发次表层MHW的三个关键因素。尽管台风引发次表层MHW事件的发生的概率相对较低，但这些极端事件的共同出现对海洋环境构成了严重威胁，需要特别关注。

引言

近几十年来，极端事件的频率和强度都有所增加，并预计将进一步加剧（Fr?licher等人，2018；Oliver等人，2018；Cheng等人，2019；IPCC，2022），对自然生态系统和人类社会产生了深远影响（Smale等人，2019；Gruber等人，2021；Liu等人，2025）。作为地球生态系统的重要组成部分，海洋吸收了全球变暖产生的90%以上的多余热量，在调节高频气候变率方面发挥着关键作用（Cheng等人，2019；IPCC，2021）。海洋为许多极端事件提供了能量（Emanuel，2005；Fr?licher等人，2018；Balaguru等人，2022），其中许多事件起源于海洋环境并在其中发展。这些极端事件反过来又改变了海洋条件（Price，1981；Lin等人，2008；Muis等人，2016），可能导致严重的灾害。因此，了解这些极端事件的驱动因素和影响至关重要。

海洋热浪（MHWs）是这些极端事件之一，对海洋生态系统造成了毁灭性影响，导致珊瑚白化、藻类大量死亡以及沿海鱼类大规模死亡（Pearce和Feng，2013；Wernberg等人，2013；Bond等人，2015；Gibourd de Luzinais等人，2024）。MHWs可以局限于浅水区，也可以延伸到深层（Schaeffer和Roughan，2017；Holbrook等人，2019；Schaeffer等人，2023；Sun等人，2023；Zhang等人，2023b；K?hn等人，2024）。它们由海洋和大气过程驱动，包括海气热通量、海洋平流或混合（Holbrook等人，2019；Amaya等人，2021；Schaeffer等人，2023）。MHWs的生成和演变也受到区域海洋环境的影响，包括海洋动力学和局部地形（Zhang等人，2023b；Capotondi等人，2024）。先前的研究表明，次表层和表层MHWs之间没有明显的相关性（Hu等人，2021；Sun等人，2023）。基于卫星观测的海表温度（SST）数据，表层MHWs已被广泛研究（例如Bond等人，2015；Fr?licher等人，2018；Holbrook等人，2019；Smale等人，2019；Gibourd de Luzinais等人，2024；Zhou等人，2025），但由于次表层温度观测数据稀少，对次表层MHWs的理解仍然有限（Hu等人，2021；He等人，2024）。因此，研究次表层MHWs的机制至关重要。

台风是另一种极端事件，通常会导致严重的环境破坏和经济损失。在形成和加强过程中，台风从海洋中获取大量热量和水分，同时向海洋输入能量。这种能量显著促进了混合层的混合（He和Chen，2011；Zhang等人，2021）。此外，部分能量可以通过近惯性波传播到深层海洋（例如Cao等人，2018；Raja等人，2022），从而增强海洋内部的混合（Polton等人，2008；Zhang等人，2016；Qiao等人，2022）。台风引发的强烈混合导致海洋温度发生剧烈变化（Price，1981；Zhao等人，2017；Zhang等人，2021；Zhang，2023；Cheng等人，2024）。根据热泵假说（Emanuel，2001；Zhang等人，2016），台风引发的混合会导致SST冷却和次表层升温，最大温度变化发生在混合层底部或更深处（Price，1981；Jacob等人，2000；Zhang等人，2016；Liu等人，2022；Cheng等人，2024；Han等人，2024）。同时，上层海洋对台风的热响应受到表层混合层加深的影响（Zhang等人，2016；Zhang，2023；Cheng等人，2024），这受到海洋分层和台风特征（如最大风速、最大风速半径、移动速度和路径）的影响。最大风速半径的增加和移动速度的减小可以延长台风在某一点的持续时间，通常导致混合层深度（MLD）加深和SST冷却加剧（Pun等人，2018；Liu等人，2023），而次表层升温的情况尚不确定（Park等人，2011；Vincent等人，2013）。台风过后，SST逐渐恢复到台风前的水平，而次表层升温可能会持续很长时间，导致海洋热含量增加（Park等人，2011；Cheng等人，2015；Zhang等人，2016；Hsu和Ho，2019；Qiao等人，2022；Zhang等人，2023a）。

由于台风可以引发持续的次表层升温，我们推测它们可能是次表层MHWs的驱动因素。这一推测得到了Zhang等人（2024）的水下滑翔机观测的支持，他们记录了2018年台风Mangkut过境后南海近岸浅水区持续六天的升温现象。根据Hobday等人（2016）的定义，MHW是一种温度超过第90百分位阈值至少5天的热事件。因此，如果台风引发的次表层升温符合这一标准，就会发生次表层MHWs。基于此，我们使用海洋再分析数据对1993年至2020年南海的次表层MHWs进行了系统研究，特别关注它们与台风活动之间的关系。

部分内容片段

台风最佳路径数据和地形数据

本研究使用的台风最佳路径数据来自中国气象局（https://tcdata.typhoon.org.cn/zjljsjj.html；Ying等人，2014；Lu等人，2021），涵盖了自1949年以来西北太平洋地区的台风路径和强度。本研究考虑了1993年至2020年间经过南海的260个台风，其路径如图1a所示。地形数据来自

2003年台风Imbudo引发的次表层MHW

本节以2003年台风Imbudo引发的次表层MHW为例进行说明。Imbudo是2003年的第7个台风，它在赤道太平洋生成并向西北方向移动（图1a）。在菲律宾海，它增强为强台风。经过吕宋岛后，它略微减弱为台风，然后在登陆前再次增强为强台风，造成了严重的基础设施破坏和经济损失（Li等人，2005）。

总结与讨论

尽管研究发现台风会抑制表层MHWs（Pun等人，2025），但本研究表明它们可以引发次表层MHWs。根据GLORYS12V1海洋再分析数据，1993年至2020年间在南海共识别出9次由台风引发的次表层MHW事件。这些事件的特点是台风前的海洋温度百分位数较高，随后次表层温度显著且持续升高，台风引发的混合作用起到了关键作用

CRediT作者贡献声明

宋金宝：写作——审稿与编辑，监督。曹安洲：写作——审稿与编辑，初稿撰写，监督，方法论，概念化。郭新宇：写作——审稿与编辑，监督。程淑葵：写作——审稿与编辑。刘周红：写作——审稿与编辑，初稿撰写，可视化，软件使用，方法论，调查，正式分析，数据管理

未引用参考文献

Anticamara和Go，2017；IPCC等人，2021；IPCC等人，2022；Pei等人，2015。

数据可用性声明

台风最佳路径数据可从中国气象局获取（https://tcdata.typhoon.org.cn/zjljsjj.html）。ETOPO2022全球地形模型数据来自https://www.ncei.noaa.gov/products/etopo-global-relief-model。全球海洋再分析及模拟（GLORYS）12V1产品的每日平均海水位温及盐度数据从Copernicus气候变化服务数据存储库下载（//data.marine.copernicus.eu/product/GLOBAL_MULTIYEARPHY_001_030/download

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国浙江省自然科学基金（项目编号LZ25D060002）和中央高校的基础研究基金（项目编号226-2025-00150）的支持。曹安洲感谢浙江大学的Tang学者提供的资助。本研究还得到了日本文部科学省（MEXT）对“联合使用/研究中心——海洋与环境污染研究（Lamer）”项目的支持。