台湾岛地形诱生次级环流系统对热带气旋异常运动的影响机制

对经过中国台湾岛和海南岛、吕宋岛、日本诸岛以及朝鲜半岛的热带气旋在过岛前后的运动、结构和强度的时空变化进行了统计诊断分析。研究结果表明,台湾岛附近热带气旋运动左偏（定义为偏于以前路径的左侧）机率最大,且台湾岛周围是产生诱生低压的高频区。采用理想东、西风环境场作为数值模拟背景场,数值研究了岛屿地形强迫与台湾附近的环境流场的相互作用及其对热带气旋运动偏转的影响,提出了岛屿地形强迫、背景场和热带气旋涡旋三者相互作用对热带气旋路径突然转折影响的观点,即台湾地形有利于环境场中诱生出一对偏差偶极涡,这对诱生偏差偶极涡将导致逼近岛屿的热带气旋产生运动方向的突然偏折,且在不同基本气流条件下,岛屿地形对热带气旋运动可能产生显著不同的影响。     

国内外热带气旋强度变化研究现状

影响热带气旋强度变化的因子大致可以分为3类:环境气流与热带气旋环流的相互作用,下垫面与热带气旋环流的相互作用,热带气旋本身的内部结构变化。通过查阅近年来国内外相关文献,对热带气旋强度变化的研究进展进行了论述,为热带气旋强度研究提供参考。     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

斜压涡旋中的通风气流与热带气旋移动的关系

应用准地转斜压模式数值模拟了热带气旋的移动。将热带气旋的流场分解为轴对称分量和非对称分量，研究非对称流场中的通风气流矢量与热带气旋移动矢量的关系。数值试验结果表明：（１）在热带气旋的非对称流场中，不但有大尺度β涡旋，而且还有小尺度涡旋。（２）小尺度涡旋与大尺度β涡旋之间的相互作用导致热带气旋移向的摆动和移速的振荡。（３）应用Ｆｉｏｒｉｎｏ和Ｅｌｓｂｅｒｒｙ的方法计算的通风气流矢量与热带气旋移动矢量有很大偏差。（４）应用改进的方法计算的通风气流矢量与热带气旋移动矢量相关密切。     

热带气旋移动理论

本文是关于热带气旋移动理论的一个简要评论。理论研究表明,精确到一阶近似,热带气旋的移动是由平均环境气流的引导作用和以Rossby波方式西传作用的线性组合造成的,这种移动是由离气旋中心大约100—300公里范围内的相互作用决定的。因此这种运动对气旋大小和外围风速强度的变化是很敏感的,而中心强度大小变化的影响是微不足道的。观测到的向极Rossby偏移可解释为一种指向极地的次级引导气流发展的结果,这种气流是由气旋环流与地球涡度场的相互作用而造成的。地面摩擦作用也使气旋运动发生微弱变化,这种影响可能是通过改变基本气流而起作用的。在气旋的整体运动上可能迭加有一种附加的气旋眼的振动型扰动。虽然提出过一些理论,但引起这种振动的机制仍很不清楚,还需要进一步研究,以弄清基本气流非对称性的影响,如垂直的和水平的风切变,以及在环境场变化过程中发生的非线性相互作用的影响(如转向运动)等问题。     

热带气旋强度影响其移动的物理机制

应用无基本气流的无辐射正压模式研究热带气旋强度影响其移动的物理机制，结果表明，（１）弱（强）热带气旋的大度尺β涡旋弱（强）通风气流速度小（大），因而其移速慢（快）（２）弱的与强的热带气旋的大尺度β涡旋的方位位相之差，通风气流方向之差都很小，因此其移向的差别也很小；（３）热带气旋移速振荡和移向摆动的周期与小尺度涡旋活动的周期相接近，在热带气旋内部区域；弱（强）热带气旋的切向风速小（大），小尺度涡旋活     

环境地转基本气流的计算及热带气旋运动与其偏差的统计分析

利用国家气象中心T63L16的1.875×1.875经纬网格点资料和中央气象台编号的热带气旋实时中心位置资料,计算了1996年全年25个热带气旋,共126个时次的环境地转基本气流,分析了环境地转基本气流的垂直分布特征,并对热带气旋的实际运动与环境地转引导气流的偏差(后文将称其为引导偏差,即热带气旋的实际中心位置与按引导气流推算出的位置之间的偏差)进行了分析,发现引导气流的计算区域不同,其引导偏差是不一样的。得到了引导气流的最佳计算区域,并且发现热带气旋运动与环境地转基本气流的垂直切变结构的关系以及引导偏差与引导气流的速度、气旋本身的初始纬度位置和强度等有关。结果还表明,200～1000 hPa的深层加权平均的基本气流的引导效果最佳,可作为最佳引导气流使用。了解这些规律和特征,对热带气旋运动预报具有一定的参考意义。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

热带气旋生成问题研究综述

热带气旋可以造成严重自然灾害。在全球变暖的气候背景下,热带气旋生成问题成为当前国际热带气旋研究领域的学术热点和难点。从热带气旋生成的环境条件、大尺度扰动源、重要物理机制和热带气旋生成期的定义等几个方面,较系统地回顾总结了国内外关于热带气旋生成相关研究的主要进展,特别是近年来关于热带气旋生成过程中多尺度相互作用机制的研究新成果,并提出当前亟需研究的一些科学问题。      

Beta gyres in global analysis fields

A three-component decomposition is applied to global analysis data to show the existence of a beta gyre, which causes Tropical Cyclone (TC) to drift from a large-scale environmental steering current. Analyses from the Global Data Assimilation and Prediction System (GDAPS) of the Korea Meteorological Administration (KMA), the Global Forecast System (GFS) of NCEP, and the Navy Operational Global Atmospheric Prediction System (NOGAPS) are used in this study. The structure of the beta gyre obtained in our analyses is in good agreement with the theoretical structure, with a cyclonic circulation to the southwest of the TC center, an anticyclonic circulation to the northeast, and a ventilation flow directed northwestward near the center. The circulation of the beta gyre is strongest at the 850-hPa level where the cyclonically swirling primary circulation is strongest, and decreases with height, in a pyramid shape similar to the primary circulation. The individual structure of the beta gyre is case- and model-dependent. At a certain analysis time, one model may clearly reveal a well-defined beta gyre, but the other models may not. Within one model, the beta gyre may be well defined at some analysis times, but not at other times. The structure of the beta gyre in the analysis field is determined by the nature of the vortex initialization scheme and the model behavior during the 6-h forecast in the operational data assimilation cycle.     

Beta Gyres in Global Analysis Fields

A three-component decomposition is applied to global analysis data to show the existence of a beta gyre, which causes Tropical Cyclone (TC) to drift from a large-scale environmental steering current. Analyses from the Global Data Assimilation and Prediction System (GDAPS) of the Korea Meteorological Adminis-tration (KMA), the Global Forecast System (GFS) of NCEP, and the Navy Operational Global Atmospheric Prediction System (NOGAPS) are used in this study. The structure of the beta gyre obtained in our anal...     

Simulations of the motion of tropical cyclone-like vortices in the presence of synoptic and mesoscale circulations

Initial mesoscale vortex effects on the tropical cyclone(TC) motion in a system where three components coexist(i.e.,an environmental vortex(EV),a TC,and mesoscale vortices) were examined using a barotropic vorticity equation model with initial fields where mesoscale vortices were generated stochastically.Results of these simulations indicate that the deflection of the TC track derived from the initial mesoscale vortices was clearly smaller than that from the beta effect in 60% of the cases.However,they may have a more significant impact on the TC track under the following circumstances.First,the interaction between an adjacent mesoscale vortex and the TC causes the emergence of a complicated structure with two centers in the TC inner region.This configuration may last for 8 h,and the two centers undergo a cyclonic rotation to make the change in direction of the TC motion.Second,two mesoscale vortices located in the EV circulation may merge,and the merged vortex shifts into the EV inner region,intensifying both the EV and steering flow for the TC,increasing speed of the TC.     

9414 号热带气旋移动路径异常影响因子的数值研究

文章运用一个10层原始方程模式对9414号热带气旋（DOUG）（下称TC）的异常路径进行了数值模拟,对该TC路径异常的主要原因作了探讨,并在数值模拟基础上研究了各因素在TC移动中所起作用的大小。结果表明:环境流场演变是造成该TC移动路径突变的最主要原因,而TC自身结构对其移动突变的影响相对较小。     

Idealized Numerical Simulations of Tropical Cyclone Formation Associated with Monsoon Gyres简

Monsoon gyres have been identified as one of the important large-scale circulation patterns associated with tropical cyclone （TC） formation in the western North Pacific.A recent observational analysis indicated that most TCs form near the center of monsoon gyres or at the northeast end of the enhanced low-level southwesterly flows on the southeast-east periphery of monsoon gyres.In the present reported study,idealized numerical experiments were conducted to examine the tropical cyclogenesis associated with Rossby wave energy dispersion with an initial idealized monsoon gyre.The numerical simulations showed that the development of the low-level enhanced southwesterly flows on the southeasteast periphery of monsoon gyres can be induced by Rossby wave energy dispersion.Mesoscale convective systems emerged from the northeast end of the enhanced southwesterly flows with mid-level maximum relative vorticity.The simulated TC formed in the northeast of the monsoon gyre and moved westward towards the center of the monsoon gyre.The numerical experiment with a relatively smaller sized initial monsoon gyre showed the TC forming near the center of the initial monsoon gyre.The results of the present study suggest that Rossby wave energy dispersion can play an important role in TC formation in the presence of monsoon gyres.     

华东沿海地形对登陆热带气旋运动影响的理想数值研究

利用中尺度数值模式设计一组高分辨率理想试验,采用位涡趋势方法定量诊断分析热带气旋在登陆我国华东沿海地形时,其运动发生的精细化变化以及不同因子的贡献。结果表明,平地的存在使得登陆热带气旋移速相对更快,当华东沿海地形存在时,热带气旋移速显著增大,这种增速现象主要是由于平地和地形所引起的非对称气流以及相应的引导气流变化所致,这很可能是导致预报路径误差的一个重要原因。平地试验中,陆地在热带气旋低层激发出中小尺度的非对称气流,与之不同的是,实际地形的加入激发出更大尺度并且更强的非对称偏南气流。位涡趋势方法的诊断结果表明,非引导效应总体而言对热带气旋运动贡献较小,这是因为这些因子相互抵消,但在不同的垂直层次上,不同的非引导因子贡献存在明显的差异。     

西北太平洋TC移动速度异常及预报误差特征的分析

利用国家气象局和上海台风研究所(CMA-STI)整编的西北太平洋1970—2009年热带气旋(TC,Tropical Cyclone)及TC最佳路径数据集和2005—2010年的TC路径预报误差资料,应用百分位法,确定TC移动速度异常指标,分析了40 a来西北太平洋TC移动速度及其变化异常发生的时空分布特征,研究了TC速度预报误差对路径预报误差的影响及其与大尺度引导气流之间的关系。结果显示:1)西北太平洋TC移速及移速变化累积概率达95%(5%)分位数的阈值分别为10.8 m·s~(-1)(1.43 m·s~(-1))和2.42m·s~(-1)(-1.72 m·s~(-1))。2)快速移动及加速的TC大都出现在日本海地区,而缓慢的和减速移动TC主要出现在南海区域。3)TC移动速度异常的季节变化表现为,快速移动的TC在5月出现的频率达到最高,缓慢移动的TC在10月频率达到最高,加速移动的TC在6月频率达到最高。4)近6 a的TC移速预报误差对TC路径预报误差的贡献平均约为41.6%。5)对TC路径预报误差偏大,且移速预报误差贡献大的个例分析显示,该个例大尺度环境引导气流偏弱使TC移动速度偏慢。而如果预报的大尺度环境引导气流偏强,使预报的TC移速偏快,那么就容易导致大的路径预报误差。     

The Initial Mesoscale Vortexes Leading to the Formation of Tropical Cyclones in the Western North Pacific

A statistical analysis of the initial vortexes leading to tropical cyclone(TC) formation in the western North Pacific(WNP) is conducted with the ECMWF ERA5 reanalysis data from 1999 to 2018. It is found that TCs in the WNP basically originate from three kinds of vortexes, i.e., a mid-level vortex(MV), a low-level vortex(LV), and a relatively deep vortex with notable vorticity in both the lower and middle troposphere(DV). Among them, LV and DV account for 47.9% and24.2% of tropical cyclogenesis e...     

Simulated sensitivity of tropical cyclone track to the moisture in an idealized monsoon gyre

In this study, the sensitivity of tropical cyclone (TC) track to the moisture condition in a nearby monsoon gyre (MG) is investigated. Numerical simulations reveal that TC track is highly sensitive to the spatial distribution of relative humidity (RH). In an experiment conducted with higher (lower) RH in the eastern (western) semicircle of an MG, the TC experiences a sharp northward turning. In contrast, when the RH pattern is reversed, the simulated TC does not show a sharp northward turning. The RH distribution modulates the intensity and structure of both the TC and MG, so that when the TC is initially embedded in a moister environment, convection is enhanced in the outer core, which favors an expansion of the outer core size. A TC with a larger outer size has greater beta-effect propagation, favoring a faster westward translational speed. Meanwhile, higher RH enhances the vorticity gradient within the MG and promotes a quicker attraction between the TC and MG centers through vorticity segregation process. These cumulative effects cause the TC to collocate with the MG center. Once the coalescence process takes place, the energy dispersion associated with the TC and MG is enhanced, which rapidly strengthens southwesterly flows on the eastern flanks. The resulting steering flow leads the TC to take a sharp northward track.