Climatological Atmosphere-Ocean response to a tropical cyclone passage and the role of turbulent heat fluxes.

Abstract

The intense interaction between the ocean and atmosphere during transient and extreme events, such as tropical cyclones, leads to a constant exchange of momentum, energy, and mass, modifying upper ocean dynamics. The continuous interaction between tropical cyclones and the ocean generates negative feedback, mainly characterized by a clear pool of cold water after the tropical cyclone's passage. This, in turn, can modify the tropical cyclone's intensity and trajectory, depending on its characteristics, the ocean background state, and surface energy fluxes. Moreover, the upper ocean response has been strongly linked to global climate dynamics. Evidence shows that restoring ocean temperature to pre-storm conditions requires energy that constitutes a significant amount of the total ocean poleward heat transport. The typical approach is to describe the evolution of the cold wake along the track of a single tropical cyclone using various sources of information. It was previously thought that the magnitude of the cold wake was directly proportional to the intensity and translation speed of the tropical cyclone; stronger and slower hurricanes produced greater cold anomalies, while weaker and faster hurricanes produced fewer. However, recent research has demonstrated that the background state of the ocean also has a significant role in modulating the upper ocean's response, including the magnitude of the cold anomalies at the surface and the energy required to restore its temperature to the pre-strom conditions. This research aims are i) to identify the long-term association between TC characteristics, the background state of oceanic conditions, surface energy fluxes, and tropical cyclone cold wake (TCCW) in an attempt to diagnose, using different sources of data, the formation of a TCCW as a result of to a TC passage, in all oceanic basins. ii) to quantify the total energy (OHU) needed to restore the ocean temperature to its pre-storm conditions, identifying the effect of the TC parameters and background state of the ocean on the OHU magnitude and the maximum mixing depth.

La interacción entre el océano y la atmosfera durante eventos extremos, como los ciclones tropicales, conduce a un constante intercambio de momentum, energía y masa, lo cual a su vez modifica la dinámica superficial del océano. Dicha interacción esta principalmente caracterizada por anomalías negativas de temperatura superficial (´o Cold wake) tras el paso de ciclones tropicales. Lo cual, a su vez, puede modificar la intensidad y la trayectoria del cicl´on tropical, dependiendo de sus características (intensidad, tamaño, velocidad de movimiento), el estado antecedente del océano y los flujos de energía superficial. Los cambios en la parte superior del océano están fuertemente relacionados con el transporte de energía global. Existe evidencia que muestra que restaurar la temperatura del océano a las condiciones previas a la tormenta requiere una cantidad de energía que representa un porcentaje significativo del transporte de calor total hacia los polos. El enfoque típico es describir la evolución del Cold wake a lo largo de la trayectoria de un solo ciclón tropical utilizando diferentes fuentes de información. Anteriormente se pensaba que la magnitud del cold wake era directamente proporcional a la intensidad y velocidad de traslación del ciclón tropical; los huracanes más fuertes y lentos generan mayores anomalías frías, mientras que los huracanes más débiles y rápidos generan menos. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que el estado antecedente del océano también tiene un papel importante en la modulación de la respuesta en los cambios de la dinámica oceánica cerca de la superficie, incluida la magnitud de las anomalías frías en la superficie y la energía requerida para restaurar su temperatura a las condiciones previas a la tormenta. Los objetivos de esta investigación son i) identificar la asociación a largo plazo entre las características del TC, el estado antecedente del océano, los flujos de energía superficial y el Cold wake en un intento de diagnosticar, utilizando diferentes fuentes de datos, la formación del Cold wake como resultado de la ocurrencia de ciclones tropicales, en todas las cuencas oceánicas. ii) cuantificar la energía total (OHU) necesaria para restaurar la temperatura del océano a sus condiciones previas a la tormenta, identificando el efecto de los parámetros TC y el estado antecedente del océano en la magnitud de OHU y la profundidad máxima a la cual continua ocurriendo la mezcla generada por los ciclones tropicales. La estructura de este documento fue diseñada teniendo en cuenta que los Capítulos 1, 3, y 4 finalmente se enviaran para su publicación en revistas revisadas indexadas. Como resultado, la tesis consta de tres capítulos independientes. El capítulo 2 describe la configuración y evaluación de un modelo regional océano-atmósfera acoplado utilizado para generar los insumos para los capítulos 3 y 4. (Texto tomado de la fuente)