热带气旋研究和业务预报进展—第九届世界气象组织热带气旋国际研讨会（IWTC-9）综述

2018年12月3—7日在美国夏威夷召开的第九届世界气象组织热带气旋国际研讨会对国际热带气旋研究和预报预警业务的近期进展进行了充分回顾,并对未来的发展方向进行了系统研讨。过去4年（2015—2018年）,在热带波动和对流对热带气旋生成的影响、复杂环境影响热带气旋路径转向的机理、对流和风垂直切变对热带气旋强度变化的作用机制、双眼墙形成和替换机理、热带气旋变性过程对环境条件的响应、热带气旋气候变化特征、热带气旋多平台观测技术等诸多方面的研究取得了显著进展。同时,在热带气旋生成概率预报、全球模式中热带气旋强度预报改进、热带气旋活动次季节业务预测技术发展以及热带气旋预报不确定性理论等方面也取得积极进展。在综述此次会议的相关议题后,简要讨论中国热带气旋研究和业务发展方向。      

大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究进展

近30年来，大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究已逐渐成为人们关注的焦点，并取得了显著的进展。就大气季节内振荡对热带气旋生成、路径及登陆的影响进行概述，并揭示了这种影响的主要机制。同时回顾了与季节内振荡密切相关的季风槽活动对热带气旋的影响。在此基础上简单讨论了该领域中存在的问题及未来研究前景，并提出当前该研究领域中一些亟需研究的科学问题。     

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.     

西北太平洋热带气旋气候变化的若干研究进展

热带气旋气候变化研究不仅是当前国际热带气旋气候界的热点科学问题,而且也是具有现实意义的社会问题,各国气象学者和科学家们对此进行了广泛的研究。虽然热带气旋活动与气候变化之间的关系及其相应的内在物理机制至今还处在探究之中,但是近20多年来热带气旋气候学的研究还是取得了显著的进展。本文主要针对濒临中国的西北太平洋海域,回顾了热带气旋活动季节内、年际、年代际变化及其全球变暖背景下的变化趋势的气候学研究。此外,文中也对西北太平洋热带气旋气候学的研究进行了展望,并提出了该领域中一些亟待解决的科学问题。     

ElNino与影响福建的热带气旋

指出ElNino年登陆和影响福建的热带气旋较常年显著偏少,而LaNina年则较常年偏多。其机制是EiNino活动期间,西太平洋副高强度大,位置偏南、偏西,强对流带ITCZ位置偏南,热带气旋生成区对流活动弱;LaNina年西太平洋副局强度小,位置偏北、偏东,ITCZ位置偏北,热带气旋生成区对流活动旺盛,有利于热带气旋的生成及北上登陆或影响福建。     

热带气旋外眼墙形成机制研究综述

介绍了国内外关于热带气旋外眼墙形成和维持过程的相关研究进展,包括大尺度环境场和热带气旋涡旋内部动力学过程,如涡旋罗斯贝波理论、轴对称化过程、涡丝化作用、β-skirt轴对称化外眼墙形成假说和边界层非平衡动力过程等。随着对外眼墙形成机理研究的不断深入,当前存在多种外眼墙形成的机制理论,而这些机制均强调在外眼墙的形成阶段,热带气旋外围有大量对流及位势涡度扰动的发生发展。因此,热带气旋外眼墙的形成很有可能是多种机制相互作用导致的。最后,提出研究多种机制相互作用导致外眼墙处的对流和位势涡度扰动的发生发展过程具有重大意义。     

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。     

2008年西北太平洋热带气旋活动异常特征及成因分析

2008年西北太平洋热带气旋活动的特点:(1)初台异常偏早;(2)生成热带气旋异常偏少,但登陆热带气旋异常偏多,登陆热带气旋与生成热带气旋比例高;(3)从热带气旋的生成源地来看,2008年的热带气旋生成位置明显偏西.2008年热带气旋生成年频数异常偏少的主要原因:2008年仍处在生成热带气旋偏少的气候背景下,对流层低层...     

区域气候模式在不同分辨率下对西北太平洋热带气旋生成气候特征的比较研究

利用RegCM3区域气候模式,试验研究了15、30、45和60 km 4个分辨率下西北太平洋热带气旋的生成特征.结果表明,RegCM3模式对西北太平洋热带气旋生成的模拟能力受分辨率的影响.分辨率的简单提高,并不一定会使模式的模拟能力有所改善.模式在30 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数及频数变化的模拟能力最强,在60 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的模拟能力最强,在15 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数、频数空间分布及频数变化的模拟能力最弱.对比分析不同分辨率下热带气旋的生成过程表明,热带气旋生成前期,β中尺度涡旋没有发生合并,对流层中低层水汽含量不足是导致模式在15 km分辨率下模拟热带气旋生成频数较差的主要原因.     

热带气旋科学观测试验及研究进展概况

由于缺少针对热带气旋背景下的观测资料,使得目前对热带气旋发展演变机理的认识还很有限,这也是当前热带气旋机理研究及数值模式中物理过程参数化方案改进的主要瓶颈。在回顾国内外有关热带气旋的科学试验计划基础上,围绕以提升热带气旋路径和强度预报水平为主线,阐述了不断丰富和发展的热带气旋观测试验的科学目标。从大气观测和海洋观测两个方面,总结了包括飞机探测、下投式探空观测、海上观测平台、地面移动观测、浮标探测等针对热带气旋的观测技术发展概况。基于对热带气旋的观测资料分析,从热带气旋背景下海气相互作用及其对热带气旋的影响、热带气旋边界层结构特征、下投式探空资料在热带气旋研究中的应用等几个方面概述了当前最新的观测研究进展。最后,简要指出了热带气旋观测试验中存在的主要问题及未来发展方向。      

西北太平洋热带气旋生成客观预测模型

该文提出一种西北太平洋热带气旋年生成活动的客观预测模型。研究大尺度环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的作用,使用最小角回归算法对初始14个预测因子进行选择和降维,将资料集分为训练集（1979—2015年）和验证集（2016—2020年）,建立随机森林回归模型预测热带气旋年生成频次。分析环境因子对西北太平洋热带气旋生成位置的作用,使用逐步回归算法筛选影响显著的预测因子,建立局部泊松回归模型预测热带气旋生成空间位置的概率。结果表明:随机森林回归模型可以预测西北热带气旋频次的主要变化和趋势,揭示环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的影响。局部泊松回归模型对于气旋生成位置概率有一定预测能力。利用随机森林回归模型和局部泊松回归模型模拟1979—2020年西北太平洋热带气旋生成,结果与观测基本一致,可见模型可为热带气旋危险性分析提供参考。     

热带季节内振荡与影响广西的热带气旋生成发展的联系

利用1978-2013年美国NOAA逐候MJO指数和中国气象局上海台风研究所热带气旋资料,研究了MJO与影响广西热带气旋发生发展的联系。结果表明,当MJO处于非洲大陆和西印度洋时,热带气旋生成区域上空为异常东风带;而当MJO处于西太平洋时,热带气旋生成区域北侧为东风异常带、南侧为西风异常带,有利于季风槽或气旋性环流加强,导致影响广西热带气旋频数偏多。当MJO处于东印度洋时,南海上空风场存在明显的向南分量,热带气旋生成数少、位置偏南;而当MJO处于东太平洋时,热带西太平洋对流受到抑制,导致影响广西热带气旋偏少。     

热带季节内振荡与影响广西热带气旋生成发展的联系··············覃卫坚,党国花(1)华南地区对流层顶和边界层顶高度特征分析··················杨坤琳,徐岩(6)

利用1978-2013年美国NOAA逐候MJO指数和中国气象局上海台风研究所热带气旋资料,研究了MJO与影响广西热带气旋发生发展的联系。结果表明,当MJO处于非洲大陆和西印度洋时,热带气旋生成区域上空为异常东风带;而当MJO处于西太平洋时,热带气旋生成区域北侧为东风异常带、南侧为西风异常带,有利于季风槽或气旋性环流加强,导致影响广西热带气旋频数偏多。当MJO处于东印度洋时,南海上空风场存在明显的向南分量,热带气旋生成数少、位置偏南;而当MJO处于东太平洋时,热带西太平洋对流受到抑制,导致影响广西热带气旋偏少。     

西北太平洋秋季热带气旋发生规律分析

针对2007年秋季热带气旋异常偏多的情况,从拉尼娜现象、南方涛动特征指数（SOI）、夏季风和海温等方面进行原因分析,对秋季热带气旋的发生规律进行初步的探讨和研究,发现在拉尼娜现象开始年秋季热带气旋生成偏多,在拉尼娜延续年生成个数偏少的规律,以及8—11月SOI偏高、海温偏高或秋季夏季风偏强均有利于秋季热带气旋的生成。     

双热带气旋相互作用的机制分析及数值研究 II:数值模拟

在本文第Ⅰ部分关于双热带气旋相互作用物卵机制分析的基础上,利用正压原始方程模式对,平面上无大尺度环境流场情况下双热带气旋的相互作用进行了数值模拟研究,重点考察了双热带气旋水平流场相互作用的次级环流机制,文[1]中所提出的双热带气旋相互作用的临界距离效应概念在模式中得到了验证.同时通过模拟还发现,双热带气旋的联合强度越强、中心间距越小,则互旋越快;对于相互吸引的双热带气旋而言,合并后范围有所扩大,强度有一定的加强,并且较强的两个热带气旋比一强一弱的两个热带气旋维持的时间要长、较难于合并.这些结果与实际双热带气旋相互作用的观测事实极为一致.     

双热带气旋相互作用的机制分析及数值研究 Ⅱ:数值模拟

在本文第Ⅰ部分关于双热带气旋相互作用物卵机制分析的基础上,利用正压原始方程模式对,平面上无大尺度环境流场情况下双热带气旋的相互作用进行了数值模拟研究,重点考察了双热带气旋水平流场相互作用的次级环流机制,文[1]中所提出的双热带气旋相互作用的临界距离效应概念在模式中得到了验证.同时通过模拟还发现,双热带气旋的联合强度越强、中心间距越小,则互旋越快;对于相互吸引的双热带气旋而言,合并后范围有所扩大,强度有一定的加强,并且较强的两个热带气旋比一强一弱的两个热带气旋维持的时间要长、较难于合并.这些结果与实际双热带气旋相互作用的观测事实极为一致.     

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。     

ENSO事件影响下登陆中国热带气旋年际变化特征的分位数回归分析

热带气旋每年对我国东南沿海地区造成很大的经济损失和人员伤亡。为了解登陆中国热带气旋的强度、位置和生成频率等特征,基于1949—2018年西北太平洋热带气旋数据,采用分位数回归的方法分析了登陆中国热带气旋活动年际变化特征规律。结果发现:登陆中国热带气旋活动年际变化特征受ENSO事件的影响,El Ni?o年、La Ni?a年和正常年登陆中国热带气旋的最大风速、最长生命期和生成位置的年际变化规律存在较大差异,且这种差异程度和热带气旋强度有关;此外,在不同的分位数下登陆中国热带气旋活动特征的年际变化趋势系数并不相同。研究结果可以为我国的东南沿海热带气旋数据分析和趋势预测提供有效的参考。      

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。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。