亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation, APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系, 夏季APO偏强(弱)时, 西北太平洋热带气旋偏多(少). 研究进一步揭示, APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常, 而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因. 当APO处于正位相时, 西太平洋副热带高压减弱, 位置偏东偏北; 西北太平洋地区高层大气异常辐散, 低层大气异常辐合; 纬向风垂直切变减弱. 这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件, 因此, 西北太平洋热带气旋频数偏多. 反之亦然.     

春季Hadley环流异常对夏季西北太平洋热带气旋频数影响的数值模拟试验

观测事实揭示出春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数之间存在显著的负相关关系.由春季Hadley环流异常引起的西北太平洋地区夏季纬向风垂直切变、大气辐合辐散等的异常变化是这一关系存在的内在原因.本文通过数值试验对这一关系的真实性进行了验证,即利用中国科学院大气物理研究所发展的9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）模拟了春季Hadley环流异常偏强情景,并分析了该情景下影响西北太平洋热带气旋生成的环境场的响应.结果表明,在春季Hadley环流偏强情景下,夏季西北太平洋地区纬向风垂直切变幅度加大,低空大气异常辐散,高空大气异常辐合,东亚夏季风减弱,这种环流背景不利于热带气旋生成和发展,因此,西北太平洋热带气旋频数异常偏少.数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合,进而证实了春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数负相关关系的存在.因此,春季Hadley环流信号可以用于西北太平洋热带气旋活动的气候预测.     

赤道气压振荡与登陆中国热带气旋的关系

利用1949~2005年NCEP/NCAR逐日再分析资料及登陆中国的热带气旋资料, 采用功率谱分析、相关分析研究了近57 a夏半年(6~10月)赤道气压低频振荡的变化特征及其与登陆中国热带气旋的关系. 结果表明, 夏半年赤道气压主要表现为5~7, 10~30 d的周期振荡, 赤道气压准双周振荡强度的年际变化与登陆中国热带气旋个数有明显的正相关. 用小波逆变换对近57 a逐年5~11月逐日赤道气压进行准双周振荡滤波, 统计得到近57 a 6~10月与7~9月赤道气压准双周振荡波谷前后4 d内有热带气旋登陆中国沿海地区的几率分别为59.7%, 73.0%. 用合成分析方法建立了7~9月赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型. 当赤道气压准双周振荡波谷附近有(无)热带气旋登陆中国时, 东半球中高纬度盛行纬向(经向)环流, 卾霍次克海附近的高压脊偏弱(偏强),西风带偏北(偏南), 副高偏西(偏东)偏强(偏弱), 东南亚越赤道气流偏强(弱), 西南季风偏强(弱)且在波谷时更强(弱), 有(不)利于热带气旋登陆中国. 所建赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型可以较好地反映两者大气环流场的差异, 有利于做好登陆中国热带气旋的中期预报.     

2014年两次路径相似热带气旋降水特征及其成因的对比

利用NASA的MERRA再分析数据、台站降水资料、热带气旋最佳路径数据集和雷达资料初步对比探讨了2014年两次路径相似台风（"威马逊"和"海鸥"）的降水特征及其成因.结果表明,两者台站过程降水和最大日降水强度差异明显;在华南产生的过程降水和日降水均表现出明显的非对称性,最强均在海南岛;在海南岛产生的过程降水、日降水和最大小时降水最强均在海南岛西部和北部.与"海鸥"相比,在强降水时段,"威马逊"产生更大台站日降水的原因之一是其自身更强的强度和偏慢的移动速度,而且还与高层更强的南亚高压主体、中层偏弱偏东的副热带高压和低层强的低空急流密切相关.在强降水阶段,两者所处的环境风垂直切变均指向西南偏西-西南偏南方向,而强的对流均主要在环境风垂直切变的左侧或前侧.两者强降水主要在海南岛西部和北部的关键原因是五指山山脉和台风路径的相对位置配置类似,强降水区恰好处于向岸风面或五指山的迎风面.     

北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数关系的年代际变化

基于观测资料分析,研究了夏季北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数之间的关系,发现两者的联系呈现由弱转强的年代际变化特征.1948~1977年,北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系较弱;但1980~2009年,两者转为显著的正相关,北大西洋涛动偏强(弱)对应西北太平洋热带气旋数偏多(少).本文进一步从大气环流变化角度,探讨了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系在前后两个时段出现不同的可能原因.结果表明,在后一时段,当北大西洋涛动偏强时,西北太平洋低层为异常气旋型环流,季风槽加强,西太平洋副热带高压偏东,西北太平洋地区高层大气异常辐散,低层大气异常辐合,这些条件均有利于热带气旋的生成和发展,西北太平洋热带气旋因此偏多.然而,在前一时段,北大西洋涛动对上述环流系统的影响不明显,因而减弱了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系.研究进一步揭示,与北大西洋涛动异常相关联的波活动通量的变化可以解释北大西洋涛动与西北太平热带气旋频数联系的这种年代际变化.     

热带气旋引起的震颤波

在中国地震台网的宽频数字地震计和倾斜、重力仪的观测中,记录到来自西太平洋热带气旋（热带风暴、台风）引起的震颤波.通过对2006年来自西太平洋的全部热带气旋的分析,以及所观测到的震颤波与气旋运动过程中强度的变化、运动路径、观测点与其之间的距离变化等方面的分析研究得到以下结论：震颤信号的持续时间与热带气旋的生命过程基本相符,其中出现强震颤的时间大多为2～3天,特征为信号的包络线呈纺锤状叠加在观测背景上,震颤波的主要频率范围为0.13～0.33 Hz（周期：3～7 s）.我国内陆大部分区域内的宽频地震计、重力仪、倾斜仪等都能清晰记录到这类由热带气旋引起的震颤波.震颤波的强度主要与热带气旋的强度、运动路径以及气旋中心到地震观测台站的距离这几个因素直接相关;而震颤波的变化过程与热带气旋的运动和变化过程密切相关,其中强震颤波的出现时间与气旋过大陆板块边界进入大陆架的时间一致.经对热带气旋的结构、运动规律及动力学特点的了解分析,初步分析认为其主要源于热带气旋运动过程中与浅海区大陆架及陆地表面的摩擦、气压载荷变化以及由此产生的海浪对地壳板块的冲击,及板块边界断层对气旋扰动的响应.此外,我们对北印度洋孟加拉湾生成并在缅甸登陆的热带气旋也进行了实例分析.结果表明：与西太平洋相比,北印度洋热带气旋引起的震颤波对我国大陆的地震观测而言信号较弱.     

热带气旋与多尺度气候变异:2018年西北太平洋台风季概况

2018年是西北太平洋热带气旋异常活跃的一年,该年台风季(6~11月)共有26个热带气旋生成,远超气候平均的22个,是近20年来第二活跃的台风季.2018年,热带气旋多形成于西北太平洋东部和南海北部,台风活动区域偏东北,移动路径多由西北行转为偏北行登陆,造成了中国大陆重大经济损失(约697.3亿元).这一年,多尺度气候变异共同作用引起了西北太平洋季风槽的增强和副热带高压减弱,从而导致了热带气旋异常活跃.在此过程中,年际气候背景条件起了主导作用,而年代际气候变异仅起到了弱的抑制作用.在年际尺度上,一个发展的中太平洋厄尔尼诺事件和正相位的太平洋经向模态(PMM)共同作用形成了2018年有利于热带气旋活动的大尺度环流背景条件.进一步研究表明,中太平洋海温强迫在西北太平洋热带气旋活动中起到了关键调节作用,而PMM通过中太平洋海温间接影响西北太平洋热带气旋活动.在中太平洋厄尔尼诺年,中太平洋海温增暖引起的对流异常通过大气的Gill型-罗斯贝波响应导致了西北太平洋上异常气旋性环流,这使得西北太平洋上副热带高压减弱、季风槽增强东北移,有利于热带气旋在此形成和发展.短期气候及天气变化,如季节内振荡(ISO)和天气尺度扰动(SSD)的活动,与增强的季风槽相互作用,加剧了2018年异常的西北太平洋热带气旋的活动.     

斜压大气中热带气旋运动特征的动力分析

从绝热、无摩擦、无环境场作用条件下的原始方程组出发,讨论了热带气旋的动力平衡特征,并分别导出了正、斜压大气中综合描述热带气旋中心强度变化的物理量(dI/dt)及其动力平衡关系式,进而分析了正、斜压大气中的热带气旋强度变化及移动的特征.结果表明:热带气旋的定常运动具有"相当地转风平衡”的特征,其等"压能”线和等位涡线均与流线重合;"β涡旋对”及由高(低)层水平风正(负)垂直切变产生的"切变涡旋对”之间的"通风气流”均使热带气旋的强度减弱,高(低)层涡度的负(正)垂直平流则增强热带气旋的强度;热带气旋的中心有向极、向高(低)层涡度垂直平流的梯(升)度方向移动的趋势,垂直运动及高、低层水平风速垂直切变的非对称结构对热带气旋的移动有影响;"γ效应”则是"通风气流”牵引热带气旋移动的动力机制之一.     

北太平洋涛动与台风和飓风频次的关系研究

研究了北太平洋涛动(NPO)和西太平洋台风及热带大西洋飓风频次的联系. 结果表明, 在1949~1998年这50 a间, NPO和西太平洋台风频次的相关系数是0.37, 而和热带大西洋飓风频次的相关系数是-0.28, 都达到了95%的置信度水平. 进一步的研究揭示: 6~9月NPO的变化和西太平洋及热带大西洋区的纬向风垂直切变幅度、海平面气压以及海表面温度、区域大气辐散辐合等存在显著的关联, 而这些气候环境的变化都和台风及飓风生成与发展的热力或动力过程密切相关. 这就是NPO与台风及飓风频次相联系的原因. 还进一步研究了与NPO有关的大气遥相关以及两个区域大气环流的变化, 以便进一步理解NPO和台风及飓风活动频次的联系. 最后分析了一个海气耦合模式的积分结果, 初步印证了由观测资料所得到的结论.     

中国东部土壤湿度异常和厄尔尼诺对中国东部夏季降水的作用比较

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Ni?o)在影响夏季东亚环流和中国东部降水中的作用及其机理.结果表明,中国东部春季土壤湿度和El Ni?o海温异常均对东亚夏季风有显著的影响,其中土壤湿度对中国东部夏季降水的影响略大于海温的作用,然而两者对东亚夏季风环流和中国夏季降水的作用显著不同. YRNC土壤偏湿(干)引起的降水异常模态为中国北部和东南降水偏少(多),而长江流域和东北降水偏多(少),环流上YRNC土壤偏湿(干)能引起西太平洋副热带高压显著偏强(弱)偏西(东)和东亚大槽偏深(浅),表现为弱(强)夏季风形态. El Ni?o对降水的影响显著不同于土壤湿度的作用,在El Ni?o发展期的夏季,中国东北和华北地区为异常反气旋,长江中下游和华南地区为异常气旋,西太平洋副热带高压偏弱,引起长江下游、华南降水偏多,华北降水偏少.在El Ni?o衰减期的夏季,中国东北地区存在一个异常气旋,华南有一个异常反气旋,异常反气旋西部的偏南气流和异常气旋西部的偏北气流在中国中部和北部地区汇合,使得夏季华北和长江中游地区降水增多,其余地区降水偏少.     

Tropical cyclones and multiscale climate variability: The active western North Pacific Typhoon season of 2018

The 2018 typhoon season in the western North Pacific(WNP) was highly active, with 26 named tropical cyclones(TCs) from June to November, which exceeded the climatological mean(22) and was the second busiest season over the past twenty years. More TCs formed in the eastern region of the WNP and the northern region of the South China Sea(SCS). More TCs took the northeast quadrant in the WNP, recurving from northwestward to northward and causing heavy damages in China's Mainland(69.73 billion yuan) in 2018. Multiscale climate variability is conducive to an active season via an enhanced monsoon trough and a weakened subtropical high in the WNP. The large-scale backgrounds in 2018 showed a favorable environment for TCs established by a developing central Pacific(CP) El Ni?o and positive Pacific meridional mode(PMM)episode on interannual timescales. The tropical central Pacific(TCP) SST forcing exhibits primary control on TCs in the WNP and large-scale circulations, which are insensitive to the PMM. During CP El Ni?o years, anomalous convection associated with the TCP warming leads to significantly increased anomalous cyclonic circulation in the WNP because of a Gill-type Rossby wave response. As a result, the weakened subtropical high and enhanced monsoon trough shift eastward and northward, which favor TC genesis and development. Although such increased TC activity in 2018 might be slightly suppressed by interdecadal climate variability, it was mostly attributed to the favorable interannual background. In addition, high-frequency climate signals,such as intraseasonal oscillations(ISOs) and synoptic-scale disturbances(SSDs), interacted with the enhanced monsoon trough and strongly modulated regional TC genesis and development in 2018.     

西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析

本文使用西北太平洋累积气旋能量(ACE)月尺度异常序列,对850 hPa相对涡度、地表纬向风、柱水汽含量、OLR、降水和SST等大尺度环境场变量进行时滞回归分析,讨论了月尺度TC活动对大尺度环境场的影响及其与周尺度的区别和联系.结果表明:(1)月尺度ACE回归出的纬向风无论是强度还是范围都要明显大于周尺度ACE回归结果,TC的频繁发生,尤其是强度大且持续时间长的近赤道TC,对于激发或加强TC活动区域南侧的低纬地区西风异常有一定的积极作用,持续并且强度较大的西风异常可能导致西风的爆发,而西风爆发会在很大程度上影响ENSO事件的发生和演变.(2)在月尺度上,OLR、柱水汽含量、降水和SST等物理量均呈现出较为明显的E1Nino型分布,而在周尺度上,仅SST呈现出明显的El Nino型分布,这在一定程度上反映了月尺度TC活动和太平洋ENSO信号之间存在更密切的关联.(3)在TC发生后1-2月,TC的主要生成区域柱水汽含量减少、OLR增大,这会在一定程度上降低该区域生成TC的潜能.虽然TC所引起SST降低的空间尺度很小,但其通过大气和海洋的传导会扩大到更大尺度上,由于这种反馈具有一定的滞后性,所以月尺度TC对大尺度环境场影响的信号更为显著.     

两种边界层参数化方案模拟热带气旋Megi(2010)路径差异的机理分析

本文利用中尺度数值模式WRF,分别采用YSU和MYJ两种边界层参数化方案对2010年超强台风Megi的移动路径进行了模拟,研究了热带气旋(TC)路径模拟对边界层方案的敏感性,并从模拟TC尺度差异所造成的影响角度揭示了模式边界层方案影响TC路径的机理.结果表明:由于两种方案对边界层垂直混合作用过程的描述不同,两个试验模拟的低层水汽垂直输送存在差异.相对于能很好模拟出Megi路径的MYJ方案,YSU方案模拟的TC外围螺旋雨带更活跃,造成TC尺度增大,引起TC中心北侧外围气压梯度和径向风速增加,使得由副高向TC中心输送更多的质量,造成副高异常减弱,从而导致由副高主导的引导气流发生改变,最终使得采用YSU方案模拟的Megi路径出现提前转向.     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同:副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东(西)变动时西太平洋地区副高西北侧的东北(西南)风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.     

西北太平洋热带气旋活动影响区域大尺度环流的数值模拟研究

本文利用"模式手术"方法研究了西北太平洋热带气旋(TC)对东亚—西北太平洋区域大尺度环流的影响.结果表明,夏季频繁的西北太平洋TC活动导致东亚夏季风增强,季风槽加深;西太平洋副热带高压东退,位置偏北;东亚副热带高空急流强度增强,北太平洋(东亚大陆)上急流轴偏北(偏南);热带地区(副热带地区)的对流层中低层出现异常上升气流(下沉气流),并且从低纬向高纬呈现异常上升气流和异常下沉气流交替分布特征.在中国东南沿海,TC降水导致夏季降水量明显增加;而在长江中下游和华北地区,TC活动引起的异常下沉气流使夏季降水量显著减少.因此,夏季西北太平洋TC活动对东亚—西北太平洋区域气候有显著影响.     

Relationships between the North Pacific Oscillation and the typhoon/hurricane frequencies

Relationships between the North Pacific Oscillation (NPO) and the typhoon as well as hurricane fre-quencies are documented. The correlation between NPO index in June-July-August-September and the annual typhoon number in the western North Pacific is 0.37 for the period of 1949―1998. The NPO is correlated with the annual hurricane number in the tropical Atlantic at -0.28 for the same period. The variability of NPO is found to be concurrent with the changes of the magnitude of vertical zonal wind shear, sea-level pressure patterns, as well as the sea surface temperature, which are physically asso- ciated with the typhoons and hurricanes genesis. The NPO associated atmospheric circulation vari- ability is analyzed to explain how NPO is linked with variability of the tropical atmospheric circulation in the western Pacific and the tropical Atlantic, via the atmospheric teleconnection.     

中国东部西南低空急流日变化特征及其机制

本文利用Final Global Data Assimilation System (FNL) 6小时再分析数据集分析了西南低空急流的日变化特征及其影响因子,结果表明:西南低空急流具有明显的日变化特征,在夜间和早晨(02LST,08LST)中国东南大部分地区急流发生频率较高,而在白天和傍晚(14LST,20LST)低空急流发生频率较低.经向地转风分量在一天内基本保持稳定,经向非地转分量在02LST最强,占实际风场强度50%以上,而在14LST和20LST,经向风场近似满足地转平衡.对风场非定常性、风速在流动方向上的非均匀性、流线弯曲和大气斜压性产生的地转偏差的分析结果表明,经向非地转风的日变化主要是由局地变压、水平风场涡度、垂直运动和温度梯度的日变化产生,副热带高压强度和位置的变化、青藏高原大地形加热效应和昼夜间海陆热力性质差异是造成经向非地转风夜间加强的重要原因.在中国东部地区,风速在流动方向的非均匀性虽然有利于非地转风的产生,但其没有明显的日变化,不是经向非地转风在夜间加强的主要原因.     

Relationship between the Asian-Pacific oscillation and the tropical cyclone frequency in the western North Pacific

The relationship between the Asian-Pacific oscillation (APO) and the tropical cyclone frequency over the western North Pacific (WNP) in summer is preliminarily investigated through an analysis of ob- served data. The result has shown clearly that APO is significantly and positively correlated to the tropical cyclone frequency in the WNP. If APO is above (below) the normal in summer, more (less) tropical cyclones will tend to appear in the WNP. The present study also addresses the large-scale at- mospheric general circulation changes underlying the linkage between APO and the WNP tropical cy- clone frequency. It follows that a positive phase of summer APO is concurrent with weakened as well as northward and eastward located western Pacific subtropical high (WPSH), low-level convergence and high-level divergence, and reduced vertical zonal wind shear in the WNP, providing favorable envi- ronment for the tropical cyclone genesis, and thus more tropical cyclones will come into being, and vice versa.