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。     

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。      

太平洋海气耦合经向模态和西北太平洋热带气旋生成频数的关系

分析了太平洋经向模（Pacific Meridional Mode,PMM）和西北太平洋热带气旋生成频数（Tropical Cyclones Number,TCN）变化的关系。PMM是太平洋热带海气耦合系统内在固有变化的动力模态,它与西北太平洋热带气旋的活动在年际变化上存在较强的相关（1960—2003年期间年际变化的相关系数为0.63）。分析表明这种关系的产生是由于与PMM有关的许多气候条件都对热带气旋的活动产生影响。而PMM和热带气旋活动之间的关系将有助于我们对热带气旋与大尺度气候变化之间关系的讨论,为构建此问题的非单纯热力或动力框架提供了新思路。     

2010年西北太平洋热带气旋活动特征及成因的初步分析

文章用热带气旋资料和NCAR/NCEP再分析资料等,对2010年西北太平洋和南海热带气旋活动特征进行分析,总结有五方面的特点：（1）编号最少,登陆比例最高;（2）生成时间集中,生成位置偏西;（3）强台风和短生命期热带气旋比例偏高;（4）初台偏晚,终台偏晚;（5）登陆前少后多,登陆地点相对集中。另外,还对热带气旋活动特征的成因进行了初步研究。结果表明：（1）东印度洋持续偏暖是导致编号热带气旋异常偏少的重要原因;厄尔尼诺事件的滞后影响也是重要外强迫因素之一。（2）大气环流异常是造成热带气旋活动异常的直接原因,表现在副热带高压偏强偏西,季风槽位置异常偏西,垂直风切变偏大等几方面因素的综合影响。     

7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温的关系

利用1949—2021年中国气象局上海台风研究所热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA重构的海表温度资料（SST）和大气向外长波辐射（OLR）资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了近73年7—9月登陆华南热带气旋频数的变化特征。采用合成分析的方法研究7—9月登陆华南热带气旋频数异常与同期大气环流和海温的关系。结果表明,1949—2021年7—9月,登陆华南热带气旋有243个,年均3.3个,占全年登陆总数的70.2%。登陆华南热带气旋频数具有显著的年际和年代际变化特征。1973年最多（7个）,1950年最少（0个）;在1990年代中期由前期偏多转为后期偏少,但没有突变发生。近73年7—9月登陆华南热带气旋频数以0.1（10a）-1的速率减少。7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温异常密切相关,在异常多、少年同期：（1）大气环流差值场上,南亚高压偏强、偏东、偏北,副高偏西、偏北、偏强,110°E以东的赤道东风引导气流偏强,季风槽加强,北半球中低纬海平面气压场东高西低,北高南低,同时南海、热带西太平洋对流活动加强。（2）海温差值场上,赤道中东太平洋偏冷,西太平洋暖池偏暖,沃克环流加强。高中低层大气环流和海温这种差异可能是导致登陆华南热带气旋频数异常的原因。     

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

影响华东地区热带气旋年频数与热带对流场的关系

利用由美国NOAA系列卫星观测的OLR资料研究了影响华东地区热带气旋年频数（记为ATC）与热带对流场的关系，结果表明两者存在密切的联系：（1）当华东地区热带气旋年频数ATC为异常偏多（少）时，ITCZ位置累积距平为正（负）值，即ITCZ位置异常偏北（南）；（2）利用OLR设计了Walker综合指数WI，该指数的强弱可以反映ATC的异常情况，即当ATC为异常偏多（少）时，walker环流圈异常强（弱）；（3）OLR距平累积量场能较好的表征ATC异常年份所对应的低纬度及中高纬地区大气环流的配置，其可以作为预测影响华东地区热带气旋年频数的强信号。     

2005年世界气象组织热带气象工作组会议综述

世界气象组织(WMO)大气科学委员会(CAS)热带气象研究工作组(WGTMR)会议,于2005年12月12-16日在深圳市举行。会议总结回顾过去4年热带气象领域所开展的研究工作,包括:热带气旋预报研究成果和进展,主要在热带气旋活动(频率、变化、强度等);热带气旋预报技术;确定热带气旋预报研究发展的优势领域等;季风预测的研究成果和进展,分别涉及东亚季风(含南海季风),南亚季风和南美季风等;热带干旱研究成果和进展主要在热带致雨天气系统的研究,对热带人工影响天气新方法新途径的探索,东非的降雨量季节变化特征、年代际雨量变化特征和雨季的开始和结束等;各国业务化运行的数值天气预报系统;以及热带气象和气候变化是在全球气候变化背景下开展研究。大会的特邀报告就利用科学技术进步不断提高气旋预警工作水平、全球变暖与热带气旋活动的关系、热带气旋强度变化共识预报的研究工作、我国新一代数值预报模式、以及目前我国业务使用的台风数值模式等专题进行学术报告。     

太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

南海海温异常对华南气候影响的数值研究

采用NCEP／NCAR再分析的500hPa高度场、海温场(SST)、极冰资料，分析讨论了登陆广东省热带气旋活动异常与大气环流、极冰、SST、各种环流指数等影响因子之间的关系，得到登陆广东省热带气旋(TC)偏多、偏少年对应的大气环流、极冰、SST、各种环流指数的概念模型。分析结果表明：(1)亚欧大陆在秋、冬季中高纬度以经(纬)向环流为主，则次年登陆广东省的TC偏多(少)；(2)赤道东太平洋SST对热带气旋的影响最稳定和最明显，当1～4月赤道东太平洋SST偏暖(冷)时，当年登陆广东省的TC偏少(多)，次年登陆的TC偏多(少)；(3)夏、秋、冬季多(少)冰年，或者秋冬季连续多(少)冰年时，登陆热带气旋多为正常偏少(多)。     

东北地区夏季冷暖年大气环流异常的空间特征及演变

本文利用40年全球范围的温度场、高度场、UV风场资料，分析东北地区冷暖夏年的大气环流异常空间特征及长期演变，分析结果表明：东北低温冷害是一种时空尺度都很大的灾害性天气气候现象，冷夏年500hPa盛行经向环流。高纬有阻高或暖脊维持，西太平洋副高偏弱，温度场、高度场的垂直分布为伸展至对流层顶的正压结构，纬向呈一波型异常结构，有超长波槽稳定维持于东北地区，冷夏前期，大陆冷高压偏弱，冷空气活跃，冰岛低压和阿留申低压发展较深，太平洋副高持续偏弱，这种状态可以持续到夏季，便形成了东北地区的冷夏。     

全球季风槽

根据先前的研究总结出,全球有22个地形槽,其中只有3个行星尺度的季风槽和6个半岛尺度的季风槽。全球季风系统是由行星尺度季风槽和半岛尺度季风槽组成的。活动于热带北太平洋、热带北大西洋和热带南印度洋的赤道辐合带是太阳辐射随季节强迫下位置发生变化的行星尺度季风槽。半岛尺度季风槽起源于区域海陆地形和随季节变化的海陆热力对比和干湿(降水)转换。在北半球夏季,亚洲-西北太平洋地区受到4个半岛尺度季风槽和1个行星尺度季风槽的影响。其他2个半岛尺度的季风槽位于南非和印度尼西亚-西澳大利亚地区。     

近百年全球海温演变的特征

主要分析１９９１年７月梅雨盛期期东亚大气垂直环流及其时空分布，着重从持续性强暴雨存在的垂直速度分布及其演变特征出发，揭示暴雨带摆动的机理和依据，并总结出一个经向垂直环流发展的概念模型。进一步利用这些物理量在梅雨锋区的特征，制作雨带摆及其强度的预报。     

由GMS资料估算夏季青藏高原地区地面总辐射

用辐射理论导得了卫星测值与地面总辐射的关系，据此建立了用卫星资料估算地面总辐射的七种模式，选择效果最佳的一种估算了青藏高原地面总辐射，结果表明，这种方法能弥补高原地区资料不足的缺憾。     

TROPICAL CYCLONE DAMAGES IN CHINA UNDER GLOBAL WARMING

Over the past 25 years, an annual average of 6 to 7 tropical cyclones (TCs) made landfall on China mainland and Hainan Island with an average intensity of 29.9 m/s at landfall and maintained at least tropical storm intensity for 15.6 hours over land, leading to 505 deaths and 37 billion yuan in direct economic loss, which accounted for 0.4% of the annual GDP of China. Although there was little change in the overall landfall frequency, intensity at landfall and overland duration, the annual total direct economic loss increased significantly due to the rapid economic development over the past 25 years. Under global warming, the intensity of TCs that made landfall on Hainan decreased but the overland duration and frequency of TCs that made landfall on Fujian and Zhejiang increased. At the national and provincial levels, the ratio of the direct economic loss to GDP and casualties caused by landfall tropical cyclones decreased, suggesting the effectiveness of disaster prevention and reduction in China.     

THE IDENTIFICATION OF THE VOLCANIC SIGNAL IN GLOBAL SURFACE TEMPERATURE RECORDS

In an attempt to clearly separate the volcanic signal,we use a mixture of principal componentanalysis(PCA)and superposed epoch analysis to identify volcanic signal in the global surface tem-perature field.In this way,the spatial and temporal pattern of volcanic signals is identified in theglobal surface temperature records.Our results show that the strongest ENSO and volcanic signalsare related with the first and the third principal components respectively.Both ENSO and volcanicsignals have responses in the second principal component.     

气候变暖背景下全球海温对中国东部夏季降水年代际转折的影响

针对1970年代末及1990年代初中国东部夏季降水（ECP）的年代际变化格局,采用EOF分解、相关分析、回归分析等统计方法诊断了全球海表面温度对ECP年代际变化前两个模态（EOF1、EOF2）的影响。发现大西洋多年代际振荡（AMO）序列,印度洋偶极子（DMI）序列,太平洋年代际振荡（PDO）序列与ECP前两个模态时间系数（PC1、PC2）相关性较好,结合各海温指数的年代际变化特征,发现ECP在1970年代末受PDO及DMI的影响在低纬及中纬度地区分别呈现EOF1、EOF2的正位相分布特征;而在1990年代初受AMO及PDO的影响主要呈现EOF1的特征。由各海温指数及PC1、PC2重建的ECP分布特征可知,AMO及DMI与PC1重建的ECP型相近,对ECP的影响范围集中在低纬地区。除去变暖影响的DMI及PC1回归的高度场中发现一个源起大西洋的波列,黄河以北为异常反气旋中心,以南为异常气旋中心,低层南风异常,水汽被输送到北方,导致中国北方降水增加,南方降水减少。PDO与PC2重建的ECP型相近,对ECP的影响集中在中纬度地区。二者回归得到中国东部低层北风异常,水汽在长江流域辐合,长江流域降水增加。      

DIURNAL VARIATION OF GLOBAL PRECIPITATION: AN ANALYSIS OF CMORPH DATA

In this study, the observed CMORPH precipitation data from 1998 to 2015 are used to analyze diurnal variation of global precipitation. The results reveal that the strong diurnal signals of precipitation occur over equatorial continental areas where the annual precipitation centers are located. The phase of diurnal variation of global precipitation reveals a distinct land-sea contrast with nocturnal peaks at sea and afternoon maxima over continents. The analysis of six selected area reveals that precipitation peak over equatorial land areas occur in afternoon and maximum diurnal signals appear in autumn or winter. Eastern equatorial Intertropical Convergence Zone (ITCZ) barely shows diurnal signals in the entire year. Precipitation over Sichuan Basin and northwestern Pacific shows nocturnal peak and the maximum diurnal amplitude in summer. Precipitation over coastal areas off eastern China shows an afternoon peak and the largest diurnal amplitude in summer.