南海和西北太平洋热带气旋活动的区域性差异分析

利用近58年(1950～2007年)热带气旋资料,研究了南海(5°N～25°N,110°E～120°E)和西北太平洋(5°N～25°N,120°E～180°)两个区域热带气旋生成频数的年际变化和季节变化特征,结果表明西北太平洋热带气旋生成频数明显多于南海,且两区域的热带气旋活动表现出明显的区域性差异。在年际变化上,两者之间相关系数仅为-0.09,即南海和西北太平洋热带气旋生成频数在变化上相对独立。在季节变化上,西北太平洋热带气旋生成频数主要决定了整个西北太平洋明显的季节变化特征,而南海热带气旋生成频数在活跃期5～11月内季节差异不够明显,8～9月为相对盛期;特别地,从热带气旋频数相对于整个西北太平洋所占比率来看,5～6月南海区域由前期的寂静期骤然上升至31.7%～33.8%,使得5～6月成为全年比率中最突出的2个月份。对上述热带气旋活动区域性差异的可能原因进行了分析,初步显示在年际变化上ENSO对南海热带气旋生成频数的影响是显著的;在季节变化上,5～6月南海出现了较之西北太平洋更加有利于热带气旋生成的动力条件(季风槽)和热力条件(高海温),这可能是南海热带气旋生成频数相对于整个西北太平洋所占比率在5～6月成为全年最突出的两个月份的主要原因。     

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋活动特征的差异性北大核心

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋(Tropical cyclone,TC)活动表现出多样性,给TC活动的气候预测带来挑战。采用美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径数据和欧洲中期预报中心提供的ERA-5再分析资料,对1970—2018年的El Nino衰减年7—10月的西北太平洋TC生成频数进行合成分析,发现其与气候态没有显著的差异,但在单个年份,存在着较大的正、负异常。为此,将El Nino衰减年分为TC生成频数偏少(负异常)和偏多(正异常)两种情形,对比两种情形的TC活动和大尺度环境要素特征。结果表明,TC生成频数偏少的情形,TC生成频数的异常减少主要发生在西北太平洋东部海域,即(15°~25°N,140°~150°E)和(5°~25°N,150°~170°E),与垂直风切变增大、对流层中层相对湿度和低层绝对涡度减少有关;TC生成频数偏多的情形,TC生成频数的异常增加主要发生在南海和菲律宾群岛附近,即(15°~25°N,110°~120°E)和(5°~25°N,120°~130°E),对流层中层相对湿度增加的贡献最大,其次是上升运动增强和绝对涡度增大;对比两种情形发现,TC生成频数偏多的情形,广东和福建沿岸的东南风异常引导气流有利于菲律宾群岛附近生成的TC登陆中国大陆。     

西北太平洋风速垂直切变异常对热带气旋活动年际变化的影响

应用中国《台风年鉴》资料、欧洲中心40年月平均再分析资料和NOAA的逐月海温资料,研究了西北太平洋(5°—30°N,110°E—180°)风速垂直切变异常对热带气旋(TC)活动年际变化的影响。研究发现,西北太平洋所有TC、风暴以上级别的TC(TSTY,即达到热带风暴级别及以上的所有TC)和所有台风(WTY,包括台风、强台风和超强台风)年频数与西北太平洋风速垂直切变都显著负相关。西北太平洋风速垂直切变大小对生成源地在南海(5°—30°N,110°—120°E)TC和西北太平洋西部海域(5°—30°N,120°—150°E)TC的影响较小,而对西北太平洋东部海域(5°—30°N,150°E—180°)生成的TC影响最大:即西北太平洋风速垂直切变负异常年,有利于西北太平洋东部海域TC生成发展,使得负异常年较正异常年TC频数偏多和源地平均位置偏东;并且风速垂直切变的变化对TC频数和生成源地影响的显著性,随着TC强度的增加而增加。对TSTY生成环境场的进一步分析表明,西北太平洋风速垂直切变偏小年,季风槽偏强位置偏东,它的东端位于宽阔的太平洋洋面,与弱风速垂直切变区相配合,暖的海温加上低层强烈的正涡度和强烈辐合,且相应的高层有强的气流辐散区,这些环境场都有利于TSTY在主要源地尤其是西北太平洋东部海域生成,这是风速垂直切变偏小年TSTY偏多和生成源地偏东的重要原因。     

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。     

区域气候模拟系统对西北太平洋热带气旋活动的模拟分析

利用ERA-Interim再分析数据提供侧边界条件,驱动Hadley气候预测与研究中心研发的PRECIS区域气候模拟系统,检验PRECIS对1996-2005年西北太平洋热带气旋活动的模拟能力.经与实况资料的对比结果表明:PRECIS能够有效模拟影响热带气旋活动的热力与动力环境场以及西北太平洋热带气旋生成与路径的分布特征;模拟的热带气旋逐年生成频数与实况相比,相关性显著,生成频数空间分布的高值区与实况对应一致;模拟的路径频数分布与实况相比总体一致.但模拟的中国南海海域生成的热带气旋与实况相比偏多,路径频数集中在南海东北部;模拟热带气旋的北移路径偏少,强度偏弱.     

1884～2006年西北太平洋热带气旋活动特征

通过对1884～2006年西北太平洋（含南海,下同）热带气旋资料的整理、统计,形成热带气旋路径图像,在此基础上,揭示出100余年来热带气旋的活动存在以下规律特征：平均每年有28．5个热带气旋生成于西北太平洋;热带气旋年频数可能隐藏着超过样本数的100余年的低频周期变化;热带气旋活动可能呈现“低靡期-平静期-活跃期-鼎盛期-活跃期-平静期-低靡期……”的活动规律;20世纪末以来,全球大气虽处于增暖阶段,但台风发生数和超强台风发生数并没有随之增加;100余年来,共有1021个热带气旋登陆我国,年均8．3个,7～9月为热带气旋登陆的集中期,3月份没有台风登陆我国。     

GFDL_RegCM对21世纪西北太平洋热带气旋活动的情景预估

首先评估了GFDL模式对西北太平洋热带气旋(TC)环境热力及动力因子的模拟性能,再利用夏威夷大学国际太平洋研究中心高分辨率区域气候模式( IPRC-RegCM),进行降尺度研究西北太平洋TC活动特征,在此基础上预估21世纪全球变暖背景下(A1B)西北太平洋TC活动的主要特点.结果显示,在西北太平洋TC活动区,GFDL控制试验的海平面温度(SST)比ERSST偏低.与NCEP/NCAR再分析资料相比,GFDL模拟的1980-1999年大尺度环流平均场表现为:副高脊线平均位置近乎一致,西伸脊点偏东,强度偏弱,面积偏小；季风槽槽线的范围偏小,强度偏弱；水平风垂直切变值在南海及菲律宾群岛海域偏小,而在160°E～170°W的20°N以南偏强.与NCEP/NCAR强迫的模拟结果相比,GFDL强迫得到的TC源地频数在南海偏少,菲律宾群岛以东海域偏多,两者的季节及年际变化特征相似.路径频数在南海北部和我国华南沿岸显著偏多.AlB情景下,西北太平洋TC生成数目将增加一倍,生成源地偏北且同时向东部洋而扩展,路径频数增多主要发生在20°N以北的中东部洋面上,移经西北太平洋西部的TC频数减少,由此影响我国的TC将减少.TC频数的季节分布发生较大变化,最多的月份在10月.TC平均强度增强,最大强度在10月增加最多,这与10月SST的增加和环境风切变的减小均为最大值有密切的关系.     

夏季风期间南海对流活动对西北太平洋热带气旋的影响分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA的OLR逐日资料和西北太平洋热带气旋(TC)资料,分析了夏季风期间南海(105～120 °E,5～20 °N)对流活动的季节内振荡(ISO)特征及其对西北太平洋TC的生成及路径的影响,并采用TC路径模式从大尺度环境场角度初步探讨了ISO对TC运动的影响机制,结果表明,(1) 夏季风期间的南海对流活动存在活跃期、不活跃期交替更迭的ISO现象,与之对应的季风环流型存在显著差异:南海对流活跃(不活跃)表示南海夏季风活跃(不活跃),南海-西北太平洋季风槽强(弱)且向东伸展(向西撤退),副热带高压偏东(西),季风环流强(弱)。(2) 南海夏季风活跃(不活跃)期,TC生成频数多(少)且生成位置偏西(东)。(3) 针对西行进入135 °E以西,25 °N以南的这类西北太平洋TC(WNP-TC),在活跃期,多以偏西或西北路径直行进入南海;而不活跃期时,多转向北上不进入南海。(4) 路径模式模拟结果显示:南海季风活跃(不活跃)时,大尺度环境场的引导作用有利于WNP-TC直行进入南海(转向北上,不进入南海)。同时,WNP-TC的生成位置越偏西越有利于WNP-TC进入南海。      

西北太平洋热带气旋潜在生成指数的改进

热带气旋潜在生成指数(GPI,Genesis Potential Index)是热带气旋生成可能性大小的空间分布函数,利用大尺度环境场可以应用于热带气旋活动的季节预报,并且可以评估全球气候变化对热带气旋活动的影响。但是目前的GPI基本都是针对全球热带气旋活动构建的,没有考虑到热带气旋不同活动地区及其内部的差异。本研究考虑到南海和西北太平洋热带气旋生成的不同特点,分别构建了适用于南海(5～25°N,100～120°E)和西北太平洋(5～40°N,120～180°E)的热带气旋GPI。改进后的GPI对南海和西北太平洋区域热带气旋生成具有较好的模拟能力,不仅能很好地模拟南海和西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的气候特征(相似系数为0.67),而且能够较好地模拟热带气旋生成在年际时间尺度上的空间分布特征。     

两类厄尔尼诺事件对登陆中国热带气旋的影响

利用上海台风研究所整编的1951—2016年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集,NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的COBE SST再分析资料,〖JP〗按照热带气旋生成区域将热带气旋分为南海热带气旋与西北太平洋热带气旋两类,采用合成分析等统计学方法探讨了热带气旋活动盛期,登陆中国的热带气旋对东部型和中部型厄尔尼诺（El Niño）事件的响应。结果表明,热带气旋活动盛期,南海热带气旋在两类El Niño事件下生成频数差异不大;东部型El Niño存续期南海热带气旋登陆中国比率较中部型El Niño时偏低,登陆时强度较中部型偏弱。中部型El Niño存续期间,西北太平洋热带气旋生成频数比东部型El Niño时的频数偏高,而登陆中国热带气旋较东部型偏少,登陆时热带气旋强度较东部型偏弱;但两类El Niño事件期间西北太平洋热带气旋在中国的登陆率差异没有通过显著性检验。与中部型El Niño事件相比,在东部型El Niño事件期间,西北太平洋海面温度偏低,对流层中部水汽条件较差,对流层低层涡度异常偏低,同时在热带气旋较为集中生成的海域存在沃克（Walker）环流的异常下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏东偏南,共同导致登陆中国热带气旋频数偏少。     

2010年西北太平洋与南海热带气旋活动异常的成因分析

利用中国气象局热带气旋（TC）资料、NCEP/NCAR 再分析资料和美国 NOAA 向外长波辐射（OLR）等资料,分析了2010年西北太平洋（WNP）及南海（SCS）热带气旋活动异常的可能成因,讨论了同期大气环流配置和海温外强迫对TC生成和登陆的动力和热力条件的影响。结果表明,2010年生成TC频数明显偏少,生成源地显著偏西,而登陆TC频数与常年持平。导致7～10月TC频数明显偏少的大尺度环境场特征为：副热带高压较常年异常偏强、西伸脊点偏西,季风槽位置异常偏西,弱垂直风切变带位置也较常年偏西且范围偏小,南亚高压异常偏强,贝加尔湖附近对流层低高层均为反气旋距平环流,这些关键环流因子的特征和配置都不利于 TC 在WNP的东部生成。影响TC活动的外强迫场特征为：2010年热带太平洋经历了El Ni?o事件于春末夏初消亡、La Ni?a事件于7月形成的转换;7～10月,WNP海表温度维持正距平,140°E以东为负距平且对流活动受到抑制;暖池次表层海温异常偏暖,对应上空850 hPa为东风距平,有利于季风槽偏西和TC在WNP的西北侧海域生成。WNP海表温度和暖池次表层海温的特征是2010年TC生成频数偏少、生成源地异常偏西的重要外强迫信号。有利于7～10月热带气旋西行和登陆的500 hPa风场特征为：北太平洋为反气旋环流距平,其南侧为东风异常,该东风异常南缘可到25°N,并向西扩展至中国大陆地区;南海和西北太平洋地区15°N以南的低纬也为东风异常;在这样的风场分布型下,TC容易受偏东气流引导西行并登陆我国沿海地区。这是2010年生成TC偏少但登陆TC并不少的重要环流条件。     

南海与西北太平洋地区夏季热带气旋潜在生成指数的改进

现阶段使用的热带气旋潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)在气候场的空间分布上能很好地拟合热带气旋的生成情况,但在热带气旋的年际变化拟合上效果很差。本研究考虑了相对涡度在热带气旋年际变化拟合上的重要作用,并以此为出发点,尝试改善GPI在西北太平洋地区的拟合效果。基于对1979—2011年美国联合飓风警报中心提供的热带气旋最佳路径数据和NCEP/NCAR再分析资料数据集的研究,将之前GPI中的绝对涡度项替换为修正过的相对涡度项。科氏力项仍然保留;将南海(100°～120°E,5°～25°N)与西北太平洋地区(120°～180°E,5°～40°N)热带气旋生成的差异性也纳入了考量,并在这两个区域分别构建GPI公式,改善了对热带气旋生成的气候分布模拟。除此之外,较之已存的GPI指数,改进后的GPI还很大程度提高了GPI对热带气旋生成年际变化的拟合效果,特别是对弱热带气旋年际变化的拟合效果有了显著提升。     

Moisture Flux and Water Balance over the South China Sea During Late Boreal Spring and Summer

Summary  The moisture flux and water balance over the South China Sea (SCS) during late boreal spring and summer are studied using the reanalysis data of the National Centers for Environmental Prediction–National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR). It is shown that the SCS is a water vapor sink during that period of time. Climatologically, the SCS works like a “reservoir of water vapor” for its special geographical location. In early May, water vapor is brought into the SCS area through its eastern, southern, and western boundaries, and is transported out of that area through its northern boundary. From June to August, the western and southern boundaries of the SCS are inflow passes of moisture flux to that region, while the northern and eastern boundaries are outflow passes. It is the intense convergence of moisture to the SCS area that maintains the local heavy precipitation. The northward branch of moisture flux feeds the precipitation over eastern China. Received May 5, 1999 Revised July 8, 1999     

热带西太平洋夏季风和南海夏季风之间的联系

根据热带西太平洋（１３０°－１６０°Ｅ,１０°－２０°Ｎ）上空对流的年际变化,对表面温度、向外长波幅射、８５０ ｈＰａ纬向风进行了合成分析。合成分析结果表明,热带西太平洋上空的弱（强）对流对应着前冬和春季厄尔尼诺（拉尼娜）型的海温异常。与以前的研究结果进行了比较,说明上述海温异常的时空分布也与热带西太平洋和南海季风的爆发早晚相关联。合成分析结果还表明,热带西太平洋上空的弱（强）对流对应着从热带西太平洋向西伸展到盂加拉湾的东风（西风）异常。数值模拟也得到类似的结果。此外,在对流弱（强）的夏季,热带西太平洋上空的对流和南海低层纬向风均表现出弱（强）的季节演变特征。     

南海ITCZ异常变化及其对非移入性南海热带气旋(TC)活动的可能影响

利用美国NOAA提供的向外长波辐射（OLR）资料、NCEP/NCAR再分析资料以及上海台风所提供的热带气旋（TC）资料等,通过定义一个描写南海范围内（5°N~20°N,105°E~120°E）的热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）强度指数,研究了南海ITCZ年际和年代际异常变化特征及其对非移入性南海TC[South China Sea-generated tropical cyclone（SCS-G TC）]活动的可能影响,并从异常强、弱南海ITCZ年份的大气环流背景和海表温度等变化特征来尝试揭示南海TC的活动规律。结果表明:在年际和年代际时间尺度上,南海ITCZ强度指数与南海TC的生成频数存在显著的负相关关系,长期趋势变化间的关系存在不同。南海ITCZ的强、弱显著地影响到南海TC的生成频数。强南海ITCZ年,南海TC频数偏多;弱南海ITCZ年,南海ITCZ频数偏少。强、弱南海ITCZ年对于南海TC的生成源地、TC的维持时间以及路径和强度的影响不显著。进一步分析表明,动力和环境条件方面,强、弱南海ITCZ年可能差异较大。异常偏强年,对流层低层出现气旋性环流,上层出现反气旋性环流;季风槽在南海区域偏强、位置偏南。与OLR表示的深对流区相配合,存在暖的海表温度和低层强烈的正涡度和强辐合,在高层存在相应的强的气流辐散,形成了极有利于南海TC发生发展的条件。弱南海ITCZ年则相反。另外,ITCZ强年,太平洋异常SST（Sea Surface Temperature）出现为La Ni?a特征,南海ITCZ区对流活跃,强度偏强。反之,ITCZ弱年则表现为El Ni?o特征,南海ITCZ关键区的对流强度偏弱。这些结果可为深刻认识南海TC的生成规律以及对南海TC的预报提供线索。     

西北太平洋热带气旋频数的气候变化及其与环境要素间的联系

使用Emanuel和Nolan完善的潜在生成指数(GPI)的计算方法,利用美国联合台风警报中心提供的热带气旋(TC)资料和欧洲中期数值天气预报中心提供的全球ERA-40再分析资料,比较了1970-2001年西北太平洋海域的TC生成频数和GPI的气候特征,分析了包含于GPI中的环境要素对西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的影响.结果表明:GPI能近似地表述西北太平洋TC频数的季节变化和空间分布.各环境要素对TC、较弱类TC和较强类TC生成频数的影响有显著差异,相对湿度随着TC强度的增强而减弱,风速垂直切变则相反.西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的正异常主要分布于130°E以东,(15°N,140°E)附近最大的正异常频数中心主要受绝对涡度和相对湿度正异常变化的影响;负的风速垂直切变和正的相对湿度异常变化引起了(10～15°N,160°E)附近的TC频数正异常.     

IMPACT OF CONVECTION OVER THE SOUTH CHINA SEA ON TROPICAL CYCLONE MOTION OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC DURING SUMMER MONSOON

The intraseasonal oscillation(ISO) of the South China Sea(SCS, 105-120°E, 5-20°N) convection and its influences on the genesis and track of the western North Pacific(WNP) tropical cyclones(TCs) were explored, based on the daily average of NCEP/NCAR reanalysis data, the OLR data and the western North Pacific tropical cyclone best-track data from 1979 to 2008. The mechanism of the influences of ISO on TC movement and the corresponding large-scale circulation were discussed by a trajectory model. It was found as follows.(1) During the SCS summer monsoon, the SCS convection exhibits the ISO features with active phases alternating with inactive phases. The monsoon circulation patterns are significantly different during these two phases. When the SCS convection is active(inactive), the SCS-WNP monsoon trough stretches eastward(retreats westward) due to the activity(inactivity) of SCS monsoon, and the WNP subtropical high retreats eastward(stretches westward), which enhances(suppresses) the monsoon circulation.(2) The amount of TC genesis in the active phase is much more than that in the inactive phase. A majority of TCs form west of 135 °E during the active phases but east of 135 °E in the inactive phases.(3) The TCs entering the area west of 135 °E and south of 25 °N would move straight into the SCS in the active phase, or recurve northward in the inactive phase.(4) Simulation results show that the steering flow associated with the active(inactive)phases is in favor of straight-moving(recurving) TCs. Meanwhile, the impacts of the locations of TC genesis on the characteristics of TC track cannot be ignored. TCs that occurred father westward are more likely to move straight into the SCS region.     

西北太平洋季风槽的季节和年际变化特征及其与热带气旋生成大尺度环境因子的联系

利用ERA-Interim再分析资料分析了夏秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及季节和年际变化特征及其对西北太平洋热带气旋和台风(TCs)生成大尺度环境因子的影响。研究结果表明了西北太平洋季风槽有很明显的季节变化,在6~7月,季风槽和强对流活动区在5°N~15°N的南海和西北太平洋西侧上空,并逐渐东伸;到了8~9月,季风槽和强对流活动区向北移动、并向东扩展,一般位于10°N~20°N的南海和西北太平洋西侧、中部上空,有的年份可东伸到西北太平洋东侧,强度加强;到了10~11月,季风槽迅速减弱,并成为涡旋,强对流活动区也向南移和向西收缩。同时,研究还表明了西北太平洋季风槽有明显的年际变化。在季风槽强的年份,季风槽和强对流活动区可以从南海经西北太平洋西侧和中部东伸到西北太平洋的东侧上空;而在季风槽弱的年份,季风槽和强对流活动区主要位于南海和西北太平洋西侧和中部上空,季风槽强度的年际变化对它的季节变化也有重要影响。此外,研究还表明了随着季风槽的季节和年际变化,西北太平洋TCs生成的大尺度环境因子分布也发生很明显的变化。