在飓风Mitch期间本研究使用三重嵌套海流模型来模拟位于西北部加勒比海的中美洲珊瑚礁系统（MBRS）的风暴海流和海水分布（Sheng et al.，2007）。1998年10月8日，飓风Mitch由非洲西部的热带空气波动生成，在10月22日于西北部加勒比海地区被热带低气压加强为飓风（http：//www．nhc.noaa.gov），其最大风速约为55km/h。到10月26日，此风暴开始加强为Saffir—Simpson五级飓风（图1），最大持续风速达到约285km/h（图1）。10月29日飓风Mitch在洪都拉斯登陆，最大风速约为160km/h。飓风Mitch在内陆沿洪都拉斯与危地马拉之间的山区向南移动，随后向西。在其过境过程中飓风Mitch导致了尼加拉瓜、洪都拉斯和危地马拉大部分地区产生了0.17～1.9m的降水，并转变为猛烈的洪水和滑坡，造成近岸河流的流量暴涨。
图1 1998年10月26日13∶15UTC，逼近洪都拉斯的飓风Mitch卫星图像
（图片取自http：//rsd.gsfc.nasa.gov/rsd/imags.mitch.html）
西加勒比海嵌套网格系统（WCS，图2）是从CANDIE改造过来的（Tang et al.，2006；Sheng et al.，2007），它包含了3个子模型（图2）：一个低分辨率（网格约19km）的外部大模型覆盖了整个西加勒比海地区（WCS，72°W～90°W，8°N～24°N）；一个中分辨率（网格约6km）的中间模型覆盖了中美洲珊瑚礁系统（MBRS，84°W～89°W，15.5°N～20°N）；以及一个高分辨率（网格约2km）内部小模型覆盖了洪都拉斯北部海岸带及湾区岛屿（85°W～88°W，15.6°N～17°N）。西加勒比海嵌套网格模型使用了美国海军研究实验室海洋动力学与预报分支机构建立的具有2'分辨率的地形数据库DBDB2。系统的3个子模型均使用相同的28层非均匀分层，顶部10层垂直分辨率最小为2m，1000m以下垂直分辨率相对较大约为500m。在嵌套网格系统的3个子组分之间使用基于平滑半预报格式（Sheng et al.，2005）的双向嵌套技术来交换信息资料。
西加勒比海嵌套网格系统使用1月的平均气温和盐度数据进行初始化，其中盐度数据是在标准z—level坐标系上建立的，提取自美国国家大气海洋局国家海洋数据中心（NOAA—NODC）1998年编译的世界海洋数据库水文观测值。飓风Mitch到达中美洲珊瑚礁系统之前，在模型整合最初的294天里（从1998年1月1日～10月21日），嵌套网格系统的约束条件主要是6小时风压、海水表面月均热通量与淡水注入量以及来自西加勒比海地区的11条主要河流的气候时间平均淡水排入量。风压提取自美国国家环境预报中心（NCEP）的6小时风速数据以及美国国家大气研究中心（NCAR）的40年数据再分析结果（NCEP/NCAR，Kalnay et al.，1996）。在模型模拟1998年10月22日～11月10日的20天中，西加勒比海嵌套网格系统还由3个来自飓风的附加项驱动（Exp—Storm）。第一个附加项是反映飓风风应力的参数化涡旋。第二个附加项是飓风Mitch引起海面降水所导致的浮力，该降水由Huffman等（2001）提出的1°×1°全球降水数据集生成。第三个附加项是来自飓风过境期间洪都拉斯和危地马拉5条主要河流（也即Motagua、Ulua、Cangreja、Bonito和Aguan河）伴随飓风所导致流量所产生的浮力，此项数据源于对飓风导致河流排水的间接估算（Smith et al.，2002）。读者也可参考Sheng等（2007）的研究获得这些模型附加驱动力项的更多细节。
图2 西加勒比海地区三重嵌套网格模型系统的海底地形特征图
（a）外部大模型覆盖西加勒比海（WCS）；（b）中间模型包括了中美洲珊瑚礁系统（MBRS）；（c）内部小模型重点关注洪都拉斯北部海岸带及Bay Islands MBRS—中美洲珊瑚礁系统缩写；GOH—洪都拉斯湾缩写
图3显示了第300.5天（10月28日12∶00 UTC）由西加勒比海嵌套网格系统生成的近表面（1m）水流和温度状况。此时参数化涡旋靠近洪都拉斯北部海岸，嵌套网格外部模型在飓风影响下产生剧烈的、发散的近表面流，推动西Yucatan海湾大量海水向西北方向流动，并产生较强的北向水流穿过Yucatan海峡［图3（a）］。我们的结果与Oey等（2006）等过去的研究成果相吻合。他们证明了穿过Yucatan海峡的北向海流会被加勒比飓风明显的改变。图3（a）中的外部模型结果则表明飓风同样也明显地影响了哥伦比亚湾及尼加拉瓜Rise的上层海流。覆盖南部中美洲珊瑚礁系统地区的中间和内部模型中产生了比外部模型更强的近表面水流［图3（b）、（c）］，主要原因是中模型和内模型的水平分辨率较高、水平紊动混掺系数比较小。
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图3 飓风Mitch以205km/h在洪都拉斯北部登陆之前，第300.5天（1998年10月28日12∶00 UTC）的模拟近表面（1m）洋流（向量）及海温（景象图）（速度矢量以每三个网格点输出绘制而成）
（a）外部模型；（b）中间模型；（c）内部模型
飓风对上层海水影响的重要特征之一是在飓风路径的后侧及右侧产生冷水区（Chang和Anthes，1978；Price，1981；Greatbatch，1983）。海洋表面温度（SST）的降温程度与飓风转换速度呈负相关，飓风移动得越慢，降温程度越大。在10月23日（第295.5天），大部分外部子模型预测生成的西加勒比海模拟近表面温度（图3）处于28℃附近但并不均匀，由于南部哥伦比亚湾在涡旋之后存在表面冷水域［图3（a）］，该飓风后侧的海洋表面温度特征主要决定于飓风引起的强烈垂向混掺，从10月22日中午到10月24日傍晚其平均移动速度为8km/h。位于北Yucatan半岛和北哥伦比亚海岸带外的坎佩切湾的两个主要冷水域均与该处强烈的海岸带上升流密切相关（Sheng和Tang，2003）。
为进一步说明飓风Mitch影响期间西加勒比海风暴导致的海流，我们还开展了一个附加的数值试验（Exp—Norm），该模型位于NCEP/NCAR研究域内，但没有考虑由前述飓风导致的四个附加约束力。Exp—Storm和Exp—Norm模型之间的近表面温度和水流流动之差被计算和用来定量说明飓风Mitch的热影响（图4）。随着风暴从第295.5天到第301.0天的推移，飓风下的发散水流力度被强化了至少5倍，沿飓风路径的海洋表面温度降温区域及冷水路径的宽度增加了36%。在模型计算域之外，飓风激发的部分海水动力学能量向南方传播并尾随飓风向陆地移动。模拟的惯性水流及近表面降温大部分也被驱散，扩散到西加勒比海的其他区域［图4（d）］。
图4 由外部模型生成的不同的时间模拟飓风Mitch海平面温度变化（ΔSST）及水流分布（等温线间距为2℃）
（a）第295.5天（10月23日12∶00）；（b）第298.5天（10月26日12∶00）；（c）第301.0天（10月29日00∶00）；（d）第304.5天（11月1日12∶00）
嵌套网格系统还模拟了靠近洪都拉斯北部海岸带的河口扩散流的变化情况。Sheng等（2007）比较了模拟海洋表面盐度与卫星遥感观测数据之间的差异，说明西加勒比海嵌套网格在生成飓风Mitch后的大尺度海岸带河口扩散流方面有良好的能力。图5反映了第326天（1998年11月23日00∶00）两个位于洪都拉斯北部海岸带的低盐度扩散流汇合情况。来自Aguan和Patuca河的东部扩散流在东北洪都拉斯海岸带快速扩展并在Bay Islands东北方的深水处同加勒比海环流相互作用。来自Ulua、Motagua、Cangrejal和Bonito河的西部扩散流则向东北方扩散，并在一天之内移动到了Bay Islands。
图5 飓风Mitch在洪都拉斯北部海岸带登陆后的第25天，模型第326日（1998年11月23日00∶00 UTC）的近表面（1m）洋流及盐度
（a）外部模型；（b）中间模型；（c）内部模型
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