太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

海表温度差异对1998及2016年8月西北太平洋热带气旋生成频数的影响

基于1970—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和ECHAM4模式,研究了各海盆海表温度异常（SSTA）对1998和2016年这两个超级厄尔尼诺衰减年8月西北太平洋热带气旋（TC）生成及大尺度环流变化的可能影响。结果表明,热带印度洋和大西洋在1998与2016年几乎相反的SSTA型态是导致TC生成频数显著差异的主要原因之一,而热带和北太平洋SSTA在1998与2016年均分别在珠江三角洲和日本以南形成气旋性环流。1998年8月热带印度洋和大西洋SSTA产生的西北太平洋反气旋环流响应强于太平洋SSTA产生的气旋性环流异常,使西北太平洋受异常反气旋控制,减少TC的生成。2016年在三个大洋SSTA共同作用下,西北太平洋受异常气旋控制导致TC生成频数偏多。太平洋经向SSTA模在北半球副热带强迫出东西反向的跷跷板形势,在西北太平洋对流层产生的响应与实际变化相反,因此太平洋经向模对西北太平洋TC生成没有正的贡献。     

21世纪增暖情景下西北太平洋热带气旋频数的预估

利用IPCC发布的5个全球气候模式在高（SRES A2）、低（SRES B1）两种不同排放情景下的预报集成结果,对21世纪大尺度环境进行分析,进而对西北太平洋夏季热带气旋（TC）的频数进行预估。结果表明：两种情景下热带西北太平洋均呈现500 hPa位势高度偏高、太平洋东部海表温度偏高、低层菲律宾以东为异常反气旋性环流控制的特征。这种大尺度环境不利于TC生成,在高排放情景下或21世纪中叶后该环境特征更显著。未来TC频数总体呈减少的趋势,低排放情景下的TC频数变化趋势比高排放情境下平缓,TC频数存在年代际和年际变化。     

西北太平洋热带气旋频数变化特征及其与海表温度关系的进一步研究

根据西北太平洋56年(1949—2004年)热带气旋系列资料,分析了不同级别的热带气旋频数多年变化的统计特征及其与太平洋海表温度(SST)的关系。结果表明: 西北太平洋热带气旋频数主要的变化特征是年际和年代际变化,不同等级的热带气旋频数变化特征存在差异,但就变化趋势而言随时间减少,均无明显因全球增暖导致的热带气旋增加的现象。对不同海区分别讨论SST对热带气旋的影响,从存在的超前滞后相关发现赤道东太平洋SST负异常会引起更多的热带气旋频数,而且强度越大的热带气旋受到海温的影响越早;更多的热带气旋频数又会引起西北太平洋的SST负异常,热带气旋强度越大产生负异常的周期越短;北太平洋中部的SST与热带气旋的频数存在较好的正相关关系。这些关系体现了热带气旋强涡旋风场导致局地海洋上层混合作用和太平洋海气耦合经向模态对热带气旋的影响。     

1957-2004年影响我国的强热带气旋频数和强度变化

以中国气象局西北太平洋热带气旋资料为基础,分析1957-2004年影响我国并达到台风强度以上的三类热带气旋,即生成热带气旋、影响热带气旋和登陆热带气旋的频数和强度的变化。结果表明：强热带气旋频数在1957-2004年间呈显著减少趋势,强度越强,其减少趋势越明显。近50 a台风以上强度的强热带气旋频次占总频次的比例没有明显的增加或减少趋势,强台风和超强台风比例呈减少趋势。1957-2004年热带气旋的最大强度呈线性减弱趋势,生成热带气旋和影响热带气旋的平均强度亦呈减弱趋势,登陆台风的平均强度也呈减弱趋势。     

西北太平洋与南海热带气旋活动季节变化的差异及可能原因

利用1945~2011年美国联合台风预警中心(JTWC)西北太平洋热带气旋资料,研究了南海(5°N~25°N,110°E~120°E)与西北太平洋(5°N~25°N,120°E~180°)热带气旋生成位置、生成频数、强度和持续时间的季节变化差异及其成因。从热带气旋路径穿越经度带频数的角度,探讨了ENSO对气旋活动年际变化的影响。结果表明,南海热带气旋活动显著地受季风调控。在南海冬季风作用下,1~4月热带气旋生成于10°N以南且频数较少、强度较弱,这主要是低层气旋式相对涡度和弱东风切变区偏南造成的。相反,受夏季风影响,6~9月是热带气旋生成最多、最频繁的季节,大都生成于南海北部17°N附近。在5月(10月)的季节转换期,生成位置大幅度北进(南撤)且生成频数显著增加(减少),取决于风速垂直切变及中层的相对湿度的急剧转变。11、12月两海域热带气旋生成于10°N以南主要归因于其上空中层大气相对湿度较北部偏大。在西北太平洋,热带气旋生成的季节变化没有南海显著,只在7月有一次明显的变化,7~10月是热带气旋活动的"盛期"。在强度上,西北太平洋大部分区域全年均为弱东风切变,因此热带气旋以台风为主且持续时间长;但南海多为热带风暴。ENSO事件使得不同季节热带气旋生成区域和气旋路径地理位置发生显著变化。在El Nio事件期间,穿越南海所在经度带路径频数为负距平,而西北太平洋经度带为正距平;在La Nia事件期间,情况相反。     

赤道中东太平洋表层水温异常与热带气旋活动的统计关系

利用1950-2005年西北太平洋热带气旋(TC)和赤道中东太平洋表层水温(SST)资料,统计分析了赤道中东太平洋表层水温异常与TC频数、强度、源地和路径等的关系.结果表明,赤道中东太平洋暖异常年:(1)TC发生频数偏少,较常年平均偏少2～3个,但强度偏强,强台风和超强台风发生数偏多,较常年平均偏多1个左右,且随着暖异常强度的增强,TC发生频数偏少,强度增强愈加明显;(2)TC生成位置偏东偏南,145°E以东海区TC生成频数较冷异常年和La Nina年增加明显;(3)TC路径偏东,转向路径出现频次增加,西向路径出现频次减少,从而导致日本东部海区TC通过频数增加,而我国南海和华东沿海TC通过频数减少;(4)在我国登陆的TC频数偏少,较常年平均偏少1～2个.赤道中东太平洋冷异常年,情况基本与上相反.上述影响主要是由于赤道中东太平洋SST异常导致大气环流发生异常造成的.     

西北太平洋热带气旋频数及生成位置的气候变化研究进展

自20世纪70年代末期以来,西北太平洋的热带气旋在全球变暖的背景下主要发生了两种宏观的气候变化：一个是热带气旋生成频数呈现年代际减少,尤其是在东南部海域;另一个则是其生成与活动位置等总体特征有向西北偏移的趋势。本文对这两个方面的研究进展进行了概述。近些年的研究表明,垂直风切变的增强可能是夏秋季热带气旋频数减少的最主要原因,这与太平洋-印度洋海面温度变化导致的大尺度环境变化有密切联系。同样有研究认为北大西洋海面温度的多年代际振荡对近期西北太平洋热带气旋生成频数的减少也非常重要。但西北太平洋西部强热带气旋的频数呈现出增加的趋势,这可能与东亚近海海面温度的显著升高有关,尽管这种变化是否可信仍有争议。近20年来,西北太平洋热带气旋活动普遍出现西北移倾向,包括生成位置和路径位置,这种变化可能受到了ENSO变异及20世纪90年代末期太平洋气候突变的调控。同时,热带环流的极向扩张又导致了热带气旋的有利环境向北扩张,因此西北太平洋热带气旋活动也出现极向迁移的趋势。     

Cyclone life cycle characteristics over the Northern Hemisphere in coupled GCMs

Cyclone activity and life cycle are analysed in the coupled GCMs ECHAM5/OM and ECHAM4/OPYC3. First, the results for the present climate (1978–1999) are compared with ERA-40 and NCEP/NCAR reanalyses, showing a drastic improvement in the representation of cyclone activity in ECHAM5/OM compared to ECHAM4/OPYC3. The total number of cyclones, cyclone intensity, propagation velocity and deepening rates are found to be much more realistic in ECHAM5/OM relative to ECHAM4/OPYC3. Then, changes in extra tropical cyclone characteristics are compared between present day climate and future climate under the emission-scenario A1B using ECHAM5/OM. This comparison is performed using the 20-year time slices 1978–1999, 2070–2090 and 2170–2190, which were considered to be representative for the various climate conditions. The total number of cyclones does not undergo significant changes in a warmer climate. However, regional changes in cyclone numbers and frequencies are evident. One example is the Mediterranean region where the number of cyclones in summer increases almost by factor 2. Some noticeable changes are also found in cyclone life cycle characteristics (deepening rate and propagation velocity). Cyclones in the future climate scenario tend to move slower and their deepening rate becomes stronger, while cyclone intensity does not undergo significant change in a warmer climate. Generally, our results do not support the hypothesis of enhanced storminess under future climate conditions.     

Understanding of the Effect of Climate Change on Tropical Cyclone Intensity: A Review

The effect of climate change on tropical cyclone intensity has been an important scientific issue for a few decades.Although theory and modeling suggest the intensification of tropical cyclones in a warming climate,there are uncertainties in the assessed and projected responses of tropical cyclone intensity to climate change.While a few comprehensive reviews have already provided an assessment of the effect of climate change on tropical cyclone activity including tropical cyclone intensity,this review focuses mainly on the understanding of the effect of climate change on basin-wide tropical cyclone intensity,including indices for basin-wide tropical cyclone intensity,historical datasets used for intensity trend detection,environmental control of tropical cyclone intensity,detection and simulation of tropical cyclone intensity change,and some issues on the assessment of the effect of climate change on tropical cyclone intensity.In addition to the uncertainty in the historical datasets,intertwined natural variabilities,the considerable model bias in the projected large-scale environment,and poorly simulated inner-core structures of tropical cyclones,it is suggested that factors controlling the basin-wide intensity can be different from individual tropical cyclones since the assessment of the effect of climate change treats tropical cyclones in a basin as a whole.     

热带气旋生成指数对印度洋热带气旋频数变化的适用性研究

本文利用ERA5 1979-2019年逐月大气再分析资料计算南北印度洋热带气旋生成指数，并和IBTrACS观测数据进行比较，探讨用热带气旋生成指数研究南北印度洋热带气旋变化特征的适用性.研究发现热带气旋生成指数能较好地刻画南北印度洋热带气旋的空间分布特征、北印度洋热带气旋个数月变化的双峰结构，以及南印度洋比北印度洋热带气旋发生概率高等特征.最新的IBTrACS v4.0观测资料显示，40年来北印度洋热带气旋每年总生成个数平均每10年增加1.3个，频数的增加主要来源于热带低压和热带风暴，而南印度洋热带气旋每年总生成个数每10年减少2.8个.热带气旋生成指数能很好地描述北印度洋热带气旋生成个数的上升趋势，但对南印度洋热带气旋生成个数趋势的刻画与观测不一致，可能原因需要进一步深入研究.     

台风移速突变的数值研究

用准地转正压模式，在无环境气流的情况下，实施了８组时间积分大于５个模式日的试验。在模式大气台风移动的过程中，清楚地显示了移速突然变化的现象。台风移速突然变化与前期台风环流的非对称结构之间存在着密切的联系。最后分析了台风环流非规则结构对路径的影响。     

热带气旋路径集合预报试验

以MM5模式为试验模式，分别用增长模繁殖法（BGM）和模式物理过程扰（MPP）形成12个集合成员，对2005年登陆我国的8个热带气旋进行了52次路径集合预报试验，以寻找适合西北太平洋热带气旋路径的集合预报方法。结果表明:BGM方法的集合预报结果总体上好于控制试验结果，其中对强度较弱的热带气旋的集合预报效果更好。MPP方法的集合预报结果总体上不如控制试验结果，但对初始时刻强度达到台风的热带气旋的集合预报效果较好，集合预报相对于控制试验的改进效果明显。基于BGM方法和MPP方法集合预报的不同特点，将两种方法相结合形成扰动成员，这一综合方法的集合预报效果好于单一方法的集合预报效果。BGM方法和MPP方法的系统发散度总体上都偏小。     

Statistical and Comparative Analysis of Tropical Cyclone Activity over the Arabian Sea and Bay of Bengal (1977–2018)

A statistical comparative analysis of tropical cyclone activity over the Arabian Sea and Bay of Bengal (BoB) has been conducted using best-track data and wind radii information from 1977 to 2018 issued by the Joint Typhoon Warning Center. Results have shown that the annual variation in the frequency and duration of tropical cyclones has a significant increasing trend over the Arabian Sea and an insignificant decreasing trend over the BoB. The monthly frequency of tropical cyclones in both the Arabian Sea and the BoB shows a notable bimodal character, with peaks occurring in May and October–November, respectively. The maximum frequency of tropical cyclones occurs in the second peak as a result of the higher moisture content at mid-levels in the autumn. However, the largest proportion of strong cyclones (H1–H5 grades) occurs in the first peak as a result of the higher sea surface temperatures in early summer. Tropical cyclones in the Arabian Sea break out later during the first peak and activity ends earlier during the second peak, in contrast with those in the over BoB. This is related to the onset and drawback times of the southwest monsoon in the two basins. Tropical cyclones in the Arabian Sea are mainly generated in the eastern basin, whereas in the BoB the genesis locations have a meridional (zonal) distribution in May–June (October–November) as a result of the seasonal movement of the low-level positive vorticity belt. The Arabian Sea is dominated by western and northwestern tropical cyclones by that track west and NW, accounting for about 74.6%, whereas the tropical cyclones with a NE track account for only 25.4%. The proportions of the three types of tracks are similar in the BoB, with each accounting for about 33% of the tropical cyclones. The mean intensity and size of tropical cyclones over the Arabian Sea are stronger and larger, respectively, than those over the BoB and the size of tropical cyclones over the North Indian Ocean in early summer is larger than that in autumn. The asymmetrical structure of tropical cyclones over North Indian Ocean is affected by the topography and the longest radius of the 34 kt surface wind often lies in the eastern quadrant of the tropical cyclone circulation in both sea areas. FAN Xiao-ting (樊晓婷), LI Ying (李 英), et al.     

An inter-hemispheric comparison of the tropical storm response to global warming

Model studies do not agree on future changes in tropical cyclone (TC) activity on regional scales. We aim to shed further light on the distribution, frequency, intensity, and seasonality of TCs that society can expect at the end of the twenty-first century in the Southern hemisphere (SH). Therefore, we investigate TC changes simulated by the atmospheric model ECHAM5 with T213 (~60 km) horizontal resolution. We identify TCs in present-day (20C; 1969–1990) and future (21C; 2069–2100) time slice simulations, using a tracking algorithm based on vorticity at 850 hPa. In contrast to the Northern hemisphere (NH), where tropical storm numbers reduce by 6 %, there is a more dramatic 22 % reduction in the SH, mainly in the South Indian Ocean. While an increase of static stability in 21C may partly explain the reduction in tropical storm numbers, stabilization cannot alone explain the larger SH drop. Large-scale circulation changes associated with a weakening of the Tropical Walker Circulation are hypothesized to cause the strong decrease of cyclones in the South Indian Ocean. In contrast the decrease found over the South Pacific appears to be partly related to increased vertical wind shear, which is possibly associated with an enhanced meridional sea surface temperature gradient. We find the main difference between the hemispheres in changes of the tropical cyclones of intermediate strength with an increase in the NH and a decrease in the SH. In both hemispheres the frequency of the strongest storms increases and the frequency of the weakest storms decreases, although the increase in SH intense storms is marginal.     

A PRELIMINARY ANALYSIS ON MECHANISM OF SIZE CHANGE IN TROPICAL CYLONE

By using the WKB method and slowly-varying wave packet theory the maincause for the sisechange in tropical cyclones is analyzed. It is shown that the size change in tropical cyclones is mainly determined by the inner factors. In general case the angular frequencies of inertio-gravity waves are positive, thus provided that both stratification and inertia are stable, when the parameters of inertial andstatic stabilities increase with the distance from the centre, the sise gets larger; when the parameters of inertial and static stabilities decrease with the distance from the centre, the size gets smaller. The for mer may be called the "expanding" of tropical cyclones and the latter may be called the "shrinking" of tropical cyclones.     

Contribution of south China Sea tropical cyclones to an increase in southern China summer rainfall around 1993

The increase in southern China summer rainfall around 1993 was accompanied by an increase in tropical cyclones that formed in the South China Sea. This study documents the connection of these two features. Our analysis shows that the contribution of tropical cyclones that formed in the South China Sea to southern China summer rainfall experienced a significant increase around 1993, in particular, along the coast and in the heavy rain category. The number of tropical cyclones that formed in the western North Pacific and entered the South China Sea decreased, and their contribution to summer rainfall was reduced in eastern part of southern China (but statistically insignificant). The increase in tropical cyclone-induced rainfall contributed up to ～30% of the total rainfall increase along the coastal regions. The increase of tropical cyclones in the South China Sea appears to be related to an increase in local sea surface temperature.     

西北太平洋热带气旋频数和强度变化趋势初探

利用1951—2006年西北太平洋 (含南海) 热带气旋资料, 研究了不同强度热带气旋的气候变化特征。结果表明:超强台风 (近中心最大风速≥58m/s, 简称超强台风Ⅱ) 频数、强度和初、终旋日期的变化特征都不同于其他级别热带气旋; 西北太平洋热带气旋的总频数有长期减少趋势, 主要由热带低压和超强台风Ⅱ的长期减少趋势引起; 随着热带气旋强度增强, 出现月最大频数的月份逐渐推迟; 超强台风月频数最大值发生在秋季; 超强台风Ⅱ频数的年变化与除了超强台风Ⅰ(近中心最大风速为51~58m/s) 外的其他级别热带气旋反相关; 受超强台风Ⅱ减少影响, 热带气旋年平均最大风速有减小的长期趋势; 热带气旋的初、终旋日期没有显著的长期变化趋势, 但超强台风Ⅱ的初旋日期有推迟趋势, 终旋日期有提前趋势, 发生时间缩短。