西北太平洋热带气旋快速增强阶段的风速分布特征

利用联合台风预警中心的最优路径（best-track）资料,筛选出西北太平洋地区快速增强和非快速增强两类热带气旋样本。利用美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的多平台热带气旋表面风分析资料,对比分析了两类样本的风速和涡度的分布特征。结果显示,快速增强的热带气旋样本通常结构更紧凑,最大风速较大,最大风速半径较小,台风内区的风速较大。在涡度上表现为快速增强热带气旋样本内区的涡度和涡度梯度较大。对两类样本进行t检验,结果显示两类样本内区的切向风差异明显,说明热带气旋的内区风速分布与其发展之间存在密切联系。其物理机制可能是:当存在较大的内区涡度梯度时,涡度隔离机制有利于对流单体向涡旋中心汇聚,此外较大的涡度意味着较大的惯性稳定度,有利于非绝热加热向热带气旋动能的转换,二者共同作用有利于热带气旋的快速发展。      

台湾海峡中气旋结构特征的单多普勒雷达分析

2004年9月10日傍晚,在台湾北部海面大范围中尺度对流雨带中有一钩状回波并伴随中气旋.受台湾东北部和西南部海面两个热带低压系统的环流影响,海峡北部海面有一大尺度的风切辐合带,为中气旋发展提供了有利环境.文中利用台湾地区北部民用航空局中正机场多普勒雷达资料,分析中气旋特征,结果显示此中气旋由低层形成随后向上发展,最高可达8 km以上,内核直径先是低层大中层小,随后中层扩大与低层接近成圆柱状,之后快速减弱,整个过程约2 h.进一步用地基雷达风速轨迹显示法(GBVTD)反演中气旋成熟期间的环流结构变化,结果显示在分析期间,最大风半径维持在5-6 km,且随时间在高度分布由向内倾斜转化为无明显倾斜再到向外倾斜.轴对称径向风先在低层最大风速半径以内有外流,以外有内流,在最大风速半径处为上升运动区并伴随强回波,而在气旋中心附近为下沉运动区.随后气旋中心回波和下沉运动均逐渐增强,同时低层外流增强并扩散至最大风速半径外,相应的上升运动和强回波也移至最大风速半径外.切向风先呈现波数1的非对称结构,最大风速区位于气旋移动的左侧,且随高度有沿逆时针方向旋转的现象,随后显著增强,分布趋于对称,最大轴对称切向风达20 m/s位于约1 km高度.此后切向风速逐渐减弱,同时波数1非对称结构又有加强的趋势,最大风速区位于移动方向左前侧.中气旋发展过程和结构同其他地区观测的非超级单体微气旋非常相似,其成熟期环流特征同台风结构也非常类似,不同之处在于其中心下沉运动及低层外流为降水所造成,且尺度和生命期均远小于台风.     

季风涡旋对热带气旋生成影响的理想试验研究

利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW（3.3.1版本）模拟季风涡旋中热带气旋生成的过程,从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对热带气旋生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成热带气旋。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离”效应影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。对流单体相对最大风速半径的位置对热带气旋生成作用明显,当其集中在最大风速半径附近时涡旋容易快速发展。此外,环境场相对涡度与热带气旋的尺度存在显著正相关。初始尺度大的涡旋最终具有较大的外围尺度,其涡度的分布范围也更广。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于热带气旋的生成。虽然较大的环境场湿度能够诱发较强的外围对流,但同时也会使最大风速半径以内存在丰富的对流,后者能够提供充分的内区非绝热加热,降低中心气压,促进涡旋发展。      

西北太平洋热带气旋强度和尺度协同变化特征北大核心CSCD

热带气旋强度和尺度是衡量其破坏性的重要指标。利用美国联合热带气旋警报中心(JTWC)最佳路径数据集和全球飓风强度统计预测计划(SHIPS)再分析数据集,对2004-2020年7-11月西北太平洋热带气旋的强度和尺度(26 m·s^(-1)大风平均半径)时空变化及协同变化特征统计分析发现,热带气旋强度与尺度在10月均达到峰值,主要表现为大而强且海上生命史长的热带气旋占比高于其他月份。热带气旋尺度伴随着强度增强(减弱)而增大(收缩),达到生命史最大尺度的时间平均滞后于最大强度时间40 h,且尺度快速膨胀及达到最大尺度的平均位置比发生快速增强和最大强度的位置更接近陆地。热带气旋初始尺度影响其最大尺度。71%大尺度涡旋在后期发展为大涡旋,其中发展为强热带气旋(不小于59 m·s^(-1))的占比为59%。热带气旋26 m·s^(-1)大风平均半径对后期尺度的影响可达66 h,说明尺度预报中不能忽略初始尺度的影响。热带气旋最大尺度增长率发生在中等强度条件下(25~50 m·s^(-1)),而最大强度增长率发生在中小尺度26 m·s^(-1)大风平均半径(50~100 km)范围。在高空辐散强、相对湿度高、海洋热含量大,且中等及较弱环境垂直风切变条件下,尺度更易向外扩展,甚至发生快速膨胀。     

利用TMI反演的水汽凝结物对热带气旋潜热结构分布的探索研究

本文利用热带测雨卫星TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像仪TMI（TRMM Microwave Imager）2A12 水汽凝结物（Hydrometeor）反演资料,对西北太平洋地区从1998～2009 年的236 个热带气旋个例的1776 个“快照”（snapshot）的水汽凝结物的结构特征进行了分析,并探讨了水汽凝结物的时空变化与热带气旋强度演变联系。研究结果表明:（1）TMI 2A12 水汽凝结物资料显示出了热带气旋内部的细致结构及变化特征,水汽凝结物的峰值集中于数十公里到一百多公里的热带气旋眼壁及云墙区;在热带气旋发展过程中,随着热带气旋强度的增强,水汽凝结物增多且往其中心靠拢,从发展阶段到成熟阶段,水汽凝结物的大值中心基本上集中在距离热带气旋中心约50 km 区域,而且强度越强的热带气旋,水汽凝结物的大值中心与热带气旋中心的距离越近;在热带气旋消亡的过程中,水汽凝结物不断减弱且往外围扩散,逐渐扩展到远离中心的区域;（2）热带气旋强度与水汽凝结物的分布关系密切,热带气旋强度变化与热带气旋中心附近200 km 范围内的水汽凝结物含量存在显著的正相关,而200 km 以外的外围水汽凝结物含量存在负相关;（3）热带气旋强度变化与水汽凝结物的变化存在时间差,水汽凝结物的变化超前于热带气旋强度的变化,在热带气旋迅速发展之前数小时,热带气旋中心0～50 km 环状区域的水汽凝结物含量就已经提前增加了,在热带气旋减弱前数小时到十数小时,即使热带气旋还处于它强度的鼎盛时期,其中心0～50 km 环状区域的水汽凝结物含量就已经提前显著减少了,这种水汽凝结物的变化超前于热带气旋强度的变化的现象,可能是热带气旋强度预报的潜在线索。     

超强台风“桑美”(2006)能量发展的物理因子

应用非线性动力系统的研究方法, 基于NCEP/NCAR再分析资料, 以超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的突然增强和突然减弱过程为例, 从动能角度分析热带气旋能量发展的条件, 将分析结果转化为可用于分析预测热带气旋强度变化的实用指标, 如非热成风涡度、 热成风偏差及其垂直变化。结果表明: 热带气旋中心附近存在非热成风涡度负值中心, 有利于近海热带气旋突然增强; 非热成风涡度的变化与热带气旋中心气压变化有较好的一致性。当扰动自下向上传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差为正值, 而在减弱阶段为负值; 当外围波扰向内核传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差垂直变化为负值, 而在减弱阶段为正值, 热成风偏差及其垂直变化的这种变化在对流层中低层更明显。当扰动自下向上、 自外围向内核传播时, 在热带气旋增强阶段非热成风涡度为负值、 热成风偏差为正值、 热成风偏差垂直变化为负值; 减弱阶段则相反。     

基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究

基于多平台热带气旋表面风场资料（MTCSWA）,研究了2007～2016年6～11月西北太平洋上不同尺度热带气旋（TC）的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速（MSW）来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。     

热带气旋海面最大风速半径的计算

利用含有摩擦的平面极坐标水平运动方程组, 引入藤田气压模式, 在热带气旋域内最大风速为已知的条件下, 经过合理的简化和推导, 得到了呈稳定状态的海面移动非对称热带气旋的最大风速半径的计算方案。分析结果表明, 当最大风速越小、中心气压越低、环境温度和气压越高、纬度越低或摩擦系数越小时, 热带气旋的最大风速半径就越大;反之, 最大风速半径就越小。最大风速和它半径上的最小风向内偏角出现在热带气旋移向的右后侧。对9109号和9115号热带气旋的计算表明, 最大风速半径在发展初期增加, 在发展后期减小, 而在衰减期迅速增加。     

热带气旋温湿非对称结构的比较研究

利用NCEP的CFSR 0.5 °再分析资料和日本东京台风中心的最佳路径集,对西北太平洋和南海海域1979—2010年间的热带气旋温湿水平非对称和垂直非均匀结构等进行了合成和对比分析。(1) 热带气旋流场的非对称随着气旋增强逐渐趋于轴对称化,而外包区及外围区比湿场的非对称性逐渐增强。(2) 热带气旋普遍具有“双暖心”的垂直非均匀分布结构特征;弱热带气旋的低层暖心相对较强而TY及以上强度的热带气旋高层暖心相对较强。(3) “暖心”的水平范围和形态随气旋的增强而扩大并更趋于轴对称,200 hPa高度场上较弱的热带气旋暖心附近为弱高压中心、较强热带气旋暖心附近为一低压中心。(4) 热带气旋的“湿心”主要位于700～850 hPa的低层,湿心强度随着气旋强度等级增加而增强,0.8 g/kg的比湿距平范围随TC强度增强而不断向高层延伸。(5) 气旋不同区域的各个层次假相当位温随气旋增强而增加,且各个强度级别的气旋不同区域增温速率均为内核区最大、外包区次之和外围区最小。      

副热带高压活动与日月运行的关系

依据公开发表的资料，系统地研究了副热带高压活动与日月运行的关系，证实了各类副高活动均与日月运行的某些周期活动有关，主要表现形式为周期性泊松联系和与天文奇异蹼同步效应两种，并且指出，副高活动类型不同，则所对应的联系对象和联系方式也不同。     

西风带中槽脊的移动与发展的估计

本文考虑到西风宽度有限并存在急流,波动的南北宽度有限并其相对于急流轴的位置可有不同,以及槽脊热力结构的特征等因子,研究了槽与脊的移动速度,讨论了槽脊的发展问题。所得的结果经过试验与实际情况很一致,认为对槽与脊的移动发展的预报甚有实际应用意义。     

T—lnP图的制作及一些稳定度指数不稳定能量的计算

本文对T－lnP图（即埃玛图）的制作及一些稳定度指数和不稳定能量的计算进行了较为详细的说明，并进行了实际验证，表明用计算机进行温度对数压力图的制作，不仅方便快捷准确，而且能避免人为的误差。     

长波的垂直結构和它的移动与发展的关系

本文利用线性两层模式討論了对流层上部和下部扰动的发展和移动,以及它們之間相互关系。有以下主要結果: 1.一般常用的“溫度波落后于气压波,扰动发展”这一規則,对于超长波(波长大于10000公里)只适用于对流层上部,对于波长为7000公里左右的长波自对流层中部以上皆可应用,对于較短的长波整个对流层皆可应用。 2。当槽线或脊线随高度向西傾斜时,扰动的上层发展,下层阻尼;向东傾斜时,上层阻尼,下层发展;当时,上下层同时发展. 3.溫度波和高度波的移速可以不同,甚至方向可以相反;无論在上层或下层,当脊移进輻散区或槽移进輻合区时,扰动发展;当脊移进輻合区或槽移进輻散区时,扰动阻尼. 4.扰动的振幅和移速随时間而变,它不仅决定于基本流場的参数和扰动的波长,同时决定于扰动本身的上下結构. 5.周期性变化的稳定波在发展时期,其振幅的发展一天可达两倍半以上.因此日常所观測到的环流的巨大变化是否都属于一般所謂的西风带不稳定的現象值得深入研究.     

球面定常行星波射线的变化与波列的分支

为了解释大气低频波列的结构特征,本文把慢变介质中波传播的理论应用于行星波。采用射线追踪方法,借助于几何直观,在波射线与纬线平行的纬度附近,讨论了波数k_s的分布对波射线变化与波列分支的作用。并讨论了沿波射线路径波幅的变化。提出,在波数k_s为极值的纬度附近,定常行星波列存在着明显的分支现象。在传播期间,波幅在分支纬度附近为极大值。这些结论与双测和模拟的结果是相当一致的。此外,本文还讨论了“大圆路径理论”的局限性。     

气候系统性态行为复杂性的探索

用滑动t-检验方法(Moving t-tcst technique)对中国东部部分地区年降水量序列进行阶段分析,从各阶段气候性态频率分布特征得到启示．对气候系统性态行为的复杂性进行探索。提出气候系统性态行为的确定性与随机性份额比接近Fibonacci数(黄金分割比)的假设。用信息论的方法对气候变量的不确定性做了定量计算和分析，讨论了气候预测的局限性．提出气候预测(以年降水量为例)准确率的理论上限在中国北方可能为75％左右：在中国南方可能为80％左右。     

我国北方和西南一些地区谷物天气产量变化与大型环流长期振动的分析

本文揭示了我国北方和西南一些粮产区的天气和谷物天气产量存在着60—70年的长期振动,并有特定的大型环流系统的长期振动与之相配合。提出了北方和西南的“环流-天气-天气产量”同步振动模式。简言之,当冬春季节亚欧大陆冷高压偏弱和南印度洋高压偏强,相应地,夏季赤道低压偏弱和西太平洋台风发生数偏少时,我国北方处于多水期、西南处于少水期,北方和西南地区的谷物天气产量偏高。反之,北方处于少水期、西南处于多水期,谷物天气产量偏低。     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

STATISTICAL AND COMPOSITE ANALYSIS OF RELATIONSHIP BETWEEN THE NUMBER OF CONVECTIVE CORES AND THE CHARACTERISTICS OF TBB WITHIN THE TROPICAL CYCLONE CIRCULATION AND ITS INTENSITY

Based on the data(including radius of maximum winds) from the JTWC(Joint Typhoon Warning Center),the tropical cyclones(TCs) radii of the outermost closed isobar, TCs best tracks from Shanghai Typhoon Institute and the Black Body Temperature(TBB) of the Japanese geostationary meteorological satellite M1 TR IR1, and combining13 tropical cyclones which landed in China again after visiting the island of Taiwan during the period from 2001 to2010, we analyzed the relationship between the number of convective cores within TC circulation and the intensity of TC with the method of convective-stratiform technique(CST) and statistical and composite analysis. The results are shown as follows:(1) The number of convective cores in the entire TC circulation is well corresponding with the outer spiral rainbands and the density of convective cores in the inner core area increases(decreases) generally with increasing(decreasing) TC intensity. At the same time, the number of convective cores within the outer spiral rainbands is more than that within the inner core and does not change much with the TC intensity. However, the density of convective cores within the outer spiral rainbands is lower than that within the inner core.(2) The relationship described above is sensitive to landing location to some extent but not sensitive to the structure of TC.(3) The average value of TBB in the inner core area increases(decreases) generally with increasing(decreasing) of TC intensity, which is also sensitive to landing situation to some extent. At the same time, the average value of TBB within the outer spiral rainbands is close to that within the entire TC circulation, and both of them are more than that within the inner core. However, they do not reflect TC intensity change significantly.(4) The results of statistical composite based on convective cores and TBB are complementary with each other, so a combination of both can reflect the relationship between TC rainbands and TC intensity much better.     

MJO与ENSO关系的研究进展

MJO是热带大气的强信号,ENSO是热带太平洋海气相互作用的最强信号,两者的时间空间尺度不同,但都对全球范围的大气活动有显著的影响,且两者之间也有着密切的关系。总结了近年来MJO和ENSO相互关系方面的研究,并在此基础上提出需要进一步研究的问题。