Ocean Responses to Typhoon Namtheun Explored with Argo Floats and Multiplatform Satellites

Abstract

Argo salinity and temperature profiles, along with other sea surface measurements, were used to explore the impacts of Typhoon Namtheun (2004) on the ocean. Namtheun took local enthalpy heat from the sea (0.39–0.7 × 10⁸ J m⁻²), cooled the sea surface water as a result of vertical mixing (maximum 3–4°C) and produced heavy precipitation over the sea (100–180 mm). During this time, the vast latent heat released (2.6–4.4 × 10⁸ J m⁻²) by the precipitation made a larger contribution to the typhoon's energy budget than the local air-sea enthalpy flux. In the upper ocean, the oceanic responses can be separated into two sub-processes, the fast spin-up accompanied by one-dimensional vertical mixing and the slow spin-down accompanied by the convergence of surface water. From Argo profiles on 28 July, it can be seen that the typhoon-induced surface mixing broke down the seasonal thermocline (approximately 20 db) within one day. In addition, the shallower (<200 db) convergence of the sea surface fresh water as a result of precipitation also made the post-typhoon water fresher (0.04 (practical salinity scale used)). In the deep ocean, the rapid upwelling at the top of the permanent thermocline suggests that the fast spin-up is a barotropic mechanism, probably gravity pressure. During the slow spin-down stage, the upwelling signal propagated downward (approximately 2 m h⁻¹) from the shallow water to the deep ocean for about 10 days; this was a baroclinic process. The baroclinic mechanism was more effective in maintaining a cyclonic eddy than in maintaining an inertial wave, and the low sea surface height anomaly and upwelling lasted much longer than the inertial oscillation (>20 days as opposed to approximately 10 days). This change in vertical structure and long-term upwelling could have impacts on the ocean environment and even on the short-term climate.

RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Nous nous sommes servis des profils de salinité et de température Argo, de pair avec d'autres mesures de la surface de la mer, pour explorer les répercussions du typhon Namtheun (2004) sur l'océan. Namtheun a pris de la chaleur enthalpique locale de la mer (0.39–0.7 × 10⁸ J m⁻²), a refroidi l'eau de la surface de la mer par suite d'un mélange vertical (maximum 3°–4 °C) et a produit de fortes précipitations au-dessus de la mer (100–180 mm). Durant ce temps, l'importante quantité de chaleur latente (2.6–4.4 × 10⁸ J m⁻²) relâchée par les précipitations a apporté une plus grande contribution au bilan énergétique du typhon que le flux enthalpique air-mer local. Dans la couche supérieure de l'océan, les réponses océaniques peuvent être divisées en deux sous-processus, la surgyration rapide accompagnée d'un mélange vertical unidimensionnel et la dégyration lente accompagnée de la convergence d'eau de surface. Sur les profils Argo du 28 juillet, on peut voir que le mélange en surface produit par le typhon a brisé la thermocline saisonnière (approximativement 20 db) à l'intérieur d'une journée. De plus, la convergence moins profonde (<200 db) de l'eau douce à la surface de la mer provenant des précipitations a aussi rendu l'eau post-typhon plus douce (0.04 — en utilisant l’échelle de salinité pratique). Dans l'océan profond, la remonté d'eau rapide au sommet de la thermocline permanente suggère que la surgyration rapide est un mécanisme barotrope, probablement de pression gravitationnelle. Durant la phase de dégyration lente, le signal de remonté d'eau s'est propagé vers le bas (approximativement à 2 m h⁻¹) de la couche superficielle vers l'océan profond pendant environ 10 jours; c’était un processus barocline. Le mécanisme barocline était plus efficace à entretenir un remous cyclonique qu’à entretenir une onde d'inertie, et l'anomalie de basse hauteur de la surface de la mer ainsi que la remonté d'eau ont duré beaucoup plus longtemps que l'oscillation d'inertie (>20 jours contre environ 10 jours). Ce changement dans la structure verticale et la remontée d'eau à long terme pourrait avoir des répercussions sur l'environnement océanique et même sur le climat à court terme.

Keywords:

• Argo
• typhoon
• upwelling
• mixing
• spin-up
• spin-down
• air-sea interaction

Acknowledgements

We thank the anonymous reviewers for their useful comments and suggestions. This work is supported by the National Basic Research Program of China (Nos. 2007CB816004, 2012CB417402 and 2013CB430303), the Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of Sciences (No. KZCX2-YW-QN514), and the Open Fund of the State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics (No. SOED1209). We also thank the China Argo Real-time Data Center for float profiles, STI for providing typhoon track data, Aviso for SSHA data, NASA/Goddard Space Flight Center's Laboratory for the 1DD GPCP data, Remote Sensing Systems for TMI/AMSR-E SST data, and the WHOI for supplying the air-sea heat flux data.