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.     

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。     

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。     

利用海气耦合模式预测的大尺度环流进行热带气旋年频数的预测试验

基于对热带气旋生成频数和大尺度环流相关关系的分析,利用SINTEX-F海气耦合模式预测的大尺度大气环流信息,通过提取模式预测较好与热带气旋生成密切相关的有用信息,建立了一个基于动力模式预测结果的南海和西太平洋热带气旋年频数预测模型,并对1982—2010年的热带气旋生成频数进行预测试验与检验。SINTEX-F海气耦合模式能够较好预测部分与热带气旋生成密切相关的大尺度环流特征,其中包括热带气旋活动区域的海平面气压、对流层风垂直切变、850 hPa热带辐合带和850 hPa 90 °E附近的越赤道气流。利用这些大尺度环流建立的预测因子与热带气旋生成频数有很好的相关关系,利用这些预测因子建立的多元回归预测模型对热带气旋频数的拟合率为0.8(相关系数,超过99.9%的信度检验)。预测模型的交叉检验结果表明模型整体预测效果较好。交叉检验预测结果与实况热带气旋频数的相关为0.71(超过了99.9%的信度检验),距平同号率为82.8%。但模型对热带气旋异常年的预测误差较大。      

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。     

不同起始时间的IPRC-RegCM模式对西北太平洋热带气旋预测误差对比分析

利用IPRC高分辨率区域气候模式设计了两组不同初始时刻(3月和5月)的试验,分别对6-10月热带气旋活动的特征及其大尺度环境场进行了17年的模拟试验。结果表明,两组试验对大尺度环流场都具有较好的刻画能力;但对于热带气旋活动的影响则差异明显,5月份起报时,模式对热带气旋活动的年际变率,季节循环特征、热带气旋强度等热带气旋活动特征方面优于3月起报的结果。这一结果反映了使用临近预测信息,可以有效地提高汛期热带气旋季节预测的技巧,这也反映了汛期滚动预测订正工作的重要性。     

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.     

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。     

CFSv2模式产品在汛期海南热带气旋频数预测模型中的应用

利用1982—2014年汛期影响海南的热带气旋频数、NCEP/NCAR逐月再分析资料和CFSv2模式历史回报数据,分析了热带气旋频数特征及同期环流特征,并利用逐步回归构建基于模式有效预测信息的热带气旋频数预测模型。结果表明:汛期影响海南热带气旋频数的异常与同期大尺度环流变化密切相关,且CFSv2模式对其环流影响关键区具有较好的预测技巧,包括南海到热带太平洋的海平面气压、500 h Pa位势高度场、低层风及热带太平洋纬向风切变。据此,利用逐步回归构建热带气旋频数预测模型,其26 a交叉检验中实况与预测相关为0.88,距平同号率达88%;6 a预测试验仅2 a预测与观测反号,可见模型具有良好的稳定性和预测技巧,可为汛期热带气旋频数预测提供依据。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

热带东、西风界面附近的扰动流场

在正压无辐散的条件下,讨论了东、西风不连续面上的正压不稳定性,得出:在这种情形下,东、西风界面上的扰动总是不稳定的。文中用小参数的方法,对界面附近扰动发展的非线性问题进行了计算,算到二级近似。结果表明,非线性过程引进短波长的谐波。界面的变形和扰动随时间增长较快,经过0.5天,界面有很小的变形,附近只有很弱的闭合环流;到1.5天,界面变形显著,环流范围增长达300公里,而且短波占主要部分,界面北侧东风气流中的气旋式环流进一步发展,风速也显著增强。     

1986年夏季西藏东部近地层湍流输送特征的分析

本文以1986年夏季西藏高原气象实验(TIPMEX-86)期间获得的资料为基础,运用廓线方法,计算了实验期间感热、潜热和动量湍流通量并分析了与通量输送有关因子的变化。分析结果表明,各种湍流通量都有明显的日变化、日际变化和旬变化。7月份感热通量比6月份大约减少了2/3以上。计算得出那曲6月13—28日拖曳系联C_d的平均值为0.0052,同期感热通量的整体输送系数C_h为0.0075;而拉萨6月11日—7月20日C_d的平均值为0.0056,同期C_h的平均值为0.0085。根据整体输送系数和各种有关因子的关系分析表明,C_d,C_h不可能用一个常数代表,它们不仅仅是风速的函数,而且其变化还包含了稳定度、风速梯度、温度梯度的综合效应。     

北半球大气臭氧和气温的关系

本文根据北半球21个臭氧站1979年7月1—31日逐日日平均臭氧总量与日平均10—200hPa气温资料,分析了逐日臭氧变化与气温变化的相互联系和影响。结果发现,臭氧总量变化落后于50—200hPa层气温变化,超前于5—50hPa层气温变化。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

中国西部干旱地区太阳直接辐射通量密度与大气质量的关系

本文根据中国西部干旱地区大气物理状态(大气可降水量和大气浑浊度)的变化范围,利用太阳直接辐射通量密度的理论计算公式,计算了各种大气透明系数状况下的太阳直接辐射通量密度。计算结果表明,大气质量m=2时的透明系数P_2和m相同时,由于水汽和气溶胶的含量配置不同而引起太阳直接辐射通量密度的差异,在辐射日变程的主要时段(m=1-3)内并不大。于是得到各种透明系数P_2状况下太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的平均关系。不同海拔高度比较,当透明系数P_2相同时,各自的大气物理状态虽然不同,但m相同时的太阳直接辐射通量密度基本相同。现有的表征太阳直接辐射通量密度值和大气质量联系的关系式都不能很好地描述计算结果。根据太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的特性,我们提出了新的关系式。最后,整理了不同拔海高度和不同地理景观的四个日射站(西藏那曲、青海格尔木、甘肃敦煌和民勤)的多年观测资料。经验计算结果与观测值比较,一致性良好。     

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。     

中小尺度运动中风场和气压场的适应

在大型运动中有所谓地转适应的现象,本文研究了中小尺度运动中风场和气压场之间的适应问题。 由尺度分析可以发现:在一般中小尺度运动方程中,时间导数项较其中的各主要项小一个量极。因此可以认为中小尺度运动是在力的准平衡状态下进行缓慢的演变。当有某种原因破坏了这种力的准平衡态时,即有一种机制使运动回到准平衡来。这种准平衡态是惯性力(即速度平流)、科氏力和气压梯度力三者之间的准平衡。 由准平衡态的破坏恢复到准平衡的过程称为中小尺度的适应过程;准平衡态下的演变过程称为准常定过程。文中讨论了这两种过程中运动的物理性质。指出:对中尺度运动而言在适应过程中D>>ζ,在准常定过程中D≤ζ,这里D和ζ分别为散度和涡度。 设在某一有限的区域中,运动的平衡态受到了严重破坏,作为初值问题可以计算破坏以后运动的发展。计算结果表明:在短暂的时间内,气象要素有一急烈变化和调整,重新恢复准平衡态;时间稍长运动即进入准常定的演变。     

从大氣環流變化論東亞过渡季節的來臨

自然季節的劃分無論是在氣候学工作上和天氣預告,特别是中、長期預告工作上都是一個很重要的問題。 我國勞動人民从很古的時候就把天文現象和产業生产的实踐結合起來劃分季節。近代从氣象观測的科学工作建立以後,人們更科学地依據大量的氣候資料按照