热带气旋与多尺度气候变异:2018年西北太平洋台风季概况

2018年是西北太平洋热带气旋异常活跃的一年,该年台风季(6~11月)共有26个热带气旋生成,远超气候平均的22个,是近20年来第二活跃的台风季.2018年,热带气旋多形成于西北太平洋东部和南海北部,台风活动区域偏东北,移动路径多由西北行转为偏北行登陆,造成了中国大陆重大经济损失(约697.3亿元).这一年,多尺度气候变异共同作用引起了西北太平洋季风槽的增强和副热带高压减弱,从而导致了热带气旋异常活跃.在此过程中,年际气候背景条件起了主导作用,而年代际气候变异仅起到了弱的抑制作用.在年际尺度上,一个发展的中太平洋厄尔尼诺事件和正相位的太平洋经向模态(PMM)共同作用形成了2018年有利于热带气旋活动的大尺度环流背景条件.进一步研究表明,中太平洋海温强迫在西北太平洋热带气旋活动中起到了关键调节作用,而PMM通过中太平洋海温间接影响西北太平洋热带气旋活动.在中太平洋厄尔尼诺年,中太平洋海温增暖引起的对流异常通过大气的Gill型-罗斯贝波响应导致了西北太平洋上异常气旋性环流,这使得西北太平洋上副热带高压减弱、季风槽增强东北移,有利于热带气旋在此形成和发展.短期气候及天气变化,如季节内振荡(ISO)和天气尺度扰动(SSD)的活动,与增强的季风槽相互作用,加剧了2018年异常的西北太平洋热带气旋的活动.     

LTP_DSEF模型对2018年登陆中国热带气旋强降水预报的应用

最近,一种基于路径相似的登陆热带气旋降水动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型被发展用来预报登陆热带气旋(LTC)带来的强降水.文章把LTP_DSEF模型应用于2018年登陆中国的10个热带气旋(TC)的强过程降水预报,通过测试模型的3452套预报方案确定了对这10个LTC的最佳方案,然后将其性能与三家动力模式(ECMWF、GFS和GRAPES)进行对比.结果表明:LTP_DSEF模型在预报LTC的较强过程降水方面与三家动力模式相比很有优势,特别是预报250mm以上量级的过程降水;对单TC, LTP_DSEF模型预报LTC过程降水的能力优于或者略逊于三家动力模式,特别在三家动力模式对某些TC的强降水均无预报能力时,模型仍能提供宝贵的大于零的TS值;此外虽然与实况相比该模型预测的强降水范围倾向偏大,但它在多数情况下能合理地捕捉到强降水的落区.初步研究表明,尽管LTP_DSEF模型只引入了TC路径和登陆时间两个相似性变量,但它已能为LTC的强过程降水预报提供非常有用的指导.     

登陆东南沿海热带气旋的异常特征及其成因研究

应用1949～2005年热带气旋（台风）年鉴资料，对西太平洋以及登陆我国东南沿海地区的热带气旋活动的特征进行了分析，发现西太平洋生成热带气旋个数和登陆我国热带气旋的个数有略为减少的趋势，而登陆我国热带气旋的强度有显著增强趋势.2005年西太平洋生成热带气旋数偏少，但其中登陆我国的强热带气旋比例却明显偏高.对导致这种异常现象的大尺度环流条件的分析表明，前期南亚高压和副热带高压势力偏强，台风期副高偏强、东亚夏季风偏弱、水平风垂直切变等因子不利于热带气旋生成；而西太平洋西部异常的水汽输送、弱风垂直切变、海表面温度异常以及中低纬系统之间相互作用等则可能是导致登陆我国热带气旋强度异常偏强的主要原因.     

赤道气压振荡与登陆中国热带气旋的关系

利用1949~2005年NCEP/NCAR逐日再分析资料及登陆中国的热带气旋资料, 采用功率谱分析、相关分析研究了近57 a夏半年(6~10月)赤道气压低频振荡的变化特征及其与登陆中国热带气旋的关系. 结果表明, 夏半年赤道气压主要表现为5~7, 10~30 d的周期振荡, 赤道气压准双周振荡强度的年际变化与登陆中国热带气旋个数有明显的正相关. 用小波逆变换对近57 a逐年5~11月逐日赤道气压进行准双周振荡滤波, 统计得到近57 a 6~10月与7~9月赤道气压准双周振荡波谷前后4 d内有热带气旋登陆中国沿海地区的几率分别为59.7%, 73.0%. 用合成分析方法建立了7~9月赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型. 当赤道气压准双周振荡波谷附近有(无)热带气旋登陆中国时, 东半球中高纬度盛行纬向(经向)环流, 卾霍次克海附近的高压脊偏弱(偏强),西风带偏北(偏南), 副高偏西(偏东)偏强(偏弱), 东南亚越赤道气流偏强(弱), 西南季风偏强(弱)且在波谷时更强(弱), 有(不)利于热带气旋登陆中国. 所建赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型可以较好地反映两者大气环流场的差异, 有利于做好登陆中国热带气旋的中期预报.     

基于全球集合预报的西北太平洋热带气旋预报的评估和改进

西北太平洋热带气旋在2018年7~8月间的预报,特别是在上海登陆的温比亚(2018)、安比(2018)和云雀(2018),给数值模式和预报均带来巨大的挑战.文章基于ECMWF和NCEP的集合预报对这些热带气旋的预报技巧进行了分析.结果表明,ECMWF的集合预报对热带气旋路径和强度的预报技巧高于NCEP的集合预报.对于在上海登陆的三个台风,ECMWF的集合预报对温比亚(2018)和安比(2018)的强度预报技巧优于NCEP的集合预报,但两者对云雀(2018)在峰值附近的强度预报技巧都较低.为了提高集合预报对热带气旋的预报技巧,文章提出了一种集合预报成员的适应性权重估计方法.该方法利用集合成员的预报场和分析场相对于观测的距离,适应性地估计集合成员在集合平均中的权重.当适应性权重方法应用于ECMWF和NCEP的集合预报时,二者的集合预报对热带气旋路径和强度的预报技巧都得到了改进,并且ECMWF集合预报的改进要优于NCEP集合预报.     

“6·23”江苏阜宁EF4级龙卷超级单体风暴中尺度结构研究

2016年6月23日14—15时,江苏省阜宁县突遭"增强藤田"4级龙卷、强风、短时强降水和冰雹等强对流天气,致使99人罹难,800多人受伤,属极其罕见的极端天气事件.本文利用加密自动站数据、探空数据、单部雷达观测数据以及双多普勒雷达三维风场反演数据,研究了此次龙卷发生的天气背景、龙卷超级单体的三维结构及其演变特征.研究表明：（1）龙卷发生期间,阜宁处于地面暖湿舌内、地面有γ中尺度气旋和辐合线;环境大气抬升凝结高度很低、中低层有很强的水平风的垂直切变;这有利于龙卷的生成.（2）此次龙卷超级单体左移风暴的低层有钩状回波和入流缺口,有界弱回波区位于垂直剖面中低层、悬垂回波位于风暴前部高层.（3）龙卷发生前,风暴质心高度、最大反射率因子高度和风暴回波顶高度均持续增加,风暴垂直累积液态含水量激增;龙卷发生在上述参数的数值首次同时减小时.（4）双多普勒雷达反演的三维风场揭示,超级单体形成之前的对流风暴内部中低层已经有中尺度气旋形成,中尺度气旋伴随着超级单体的生成、发展和强化的各个阶段.中尺度气旋位于钩状回波顶端、其南端有反气旋,此涡旋偶对于中层动量下传、龙卷生成、发展、加强和触地具有重要作用.     

广东佛山EF3级龙卷超级单体风暴高分辨率数值模拟

本文对2015年10月4日发生于广东佛山地区台风"彩虹"登陆后螺旋云带中的一次强龙卷风过程进行高分辨率（148 m,48 m）数值模拟,结果产生了类龙卷涡旋（Tornado-Like Vortex,TLV）,最接近观测到的龙卷风,并对龙卷超级单体及产生龙卷的TLV系统的三维动热力精细化结构进行诊断分析.结果表明,此次龙卷产生于超级单体右侧边缘,钩状回波显著,伴有明显的中气旋活动.模拟的龙卷超级单体与之前观测研究和理想化建模的龙卷超级单体结构相类似,超级单体后部云墙之下低层水成物呈现狭窄的触地漏斗状结构,对应低层的TLV系统;TLV具有中心气流下沉和周围气流上升的动力结构,对应上宽下窄的强烈涡管.与之前的研究相比,本次台风螺旋云带中的超级单体中后部入流较弱,出流较强,其前部气流上升存在水合物聚集.相对螺旋度（Storm Relative Helicity,SRH）的分析表明,超级单体的发展伴随正负SRH的增大,龙卷发生在SRH正负高值区的交界处.     

《西北太平洋热带气旋气候图集(1981-2010)》书评书荐

正热带气旋位居全球十大自然灾害之首,至今造成全球保险损失金额最高的十大自然灾害事件中有八起与热带气旋有关。西北太平洋(含南海)是全球热带气旋最活跃的海区,中国是全世界受热带气旋影响最严重的国家之一,每年约有7～9个热带气旋登陆在我国人口稠密、经济发达的东南沿海,造成的经济损失随着经济社会发展和人口规模的增长呈日趋加重的态势。我国各级政府及中国气象局始终高度重视防台减灾工作,自1970年代起便建立了全国台风监测预警联     

热带气旋引起的震颤波

在中国地震台网的宽频数字地震计和倾斜、重力仪的观测中,记录到来自西太平洋热带气旋（热带风暴、台风）引起的震颤波.通过对2006年来自西太平洋的全部热带气旋的分析,以及所观测到的震颤波与气旋运动过程中强度的变化、运动路径、观测点与其之间的距离变化等方面的分析研究得到以下结论：震颤信号的持续时间与热带气旋的生命过程基本相符,其中出现强震颤的时间大多为2～3天,特征为信号的包络线呈纺锤状叠加在观测背景上,震颤波的主要频率范围为0.13～0.33 Hz（周期：3～7 s）.我国内陆大部分区域内的宽频地震计、重力仪、倾斜仪等都能清晰记录到这类由热带气旋引起的震颤波.震颤波的强度主要与热带气旋的强度、运动路径以及气旋中心到地震观测台站的距离这几个因素直接相关;而震颤波的变化过程与热带气旋的运动和变化过程密切相关,其中强震颤波的出现时间与气旋过大陆板块边界进入大陆架的时间一致.经对热带气旋的结构、运动规律及动力学特点的了解分析,初步分析认为其主要源于热带气旋运动过程中与浅海区大陆架及陆地表面的摩擦、气压载荷变化以及由此产生的海浪对地壳板块的冲击,及板块边界断层对气旋扰动的响应.此外,我们对北印度洋孟加拉湾生成并在缅甸登陆的热带气旋也进行了实例分析.结果表明：与西太平洋相比,北印度洋热带气旋引起的震颤波对我国大陆的地震观测而言信号较弱.     

香港热带气旋趋势判断及相关机理分析

利用对称性及可公度方法,对小尺度区域重大自然灾害进行趋势判断.根据香港地理特征、影响香港的热带气旋的特点等综合因素,选取香港发布十号飓风信号事件并应用可公度方法进行趋势判断,并研究分析了ENSO事件与影响香港的热带气旋之间存在的关系和可能性机理.结果表明,2016年生成引致香港发布十号飓风信号的热带气旋信号较强.ENSO事件通过影响大气环流、海表温度、副热带高压带及热带气旋移动路径等,进而对影响香港的热带气旋造成影响.     

热带气旋Rossby波能量频散问题研究进展

热带气旋是发生在热带洋面上的强烈气旋性涡旋.由于地转涡度梯度的存在,热带气旋在移动过程中不断发生Rossby波能量频散,并在热带气旋运动方向的后部激发出反气旋和气旋交替排列的Rossby波能量频散波列.多热带气旋共存和热带气旋的异常运动是当前国际热带气旋研究领域的热点问题,热带气旋Rossby能量频散被证实与多个热带气旋连续生成和异常运动密切相关.本文从热带气旋能量频散及波列特征、主要影响因子、反馈作用等方面,回顾总结了国内外关于热带气旋Rossby波能量频散的相关研究进展,并提出当前亟待解决的一些科学问题.目的是为深入研究热带气旋Rossby波能量频散及其影响提供基础和参考,以期使更多的研究学者关注热带气旋能量频散问题,从而进一步揭示热带气旋生成、发展和异常运动的动力学机理.     

热带气旋风场模型构造及特征参数估算

探讨了利用气旋风场分布的经验模型估算热带气旋尺度(8级大风圈半径)的方法.用美国联合台风警报中心整编的2001年西北太平洋热带气旋的“最佳尺度”资料,确定了各模型的经验常数,并计算了各模型的估算精度.结果表明,“VBogus”模型能获得热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)尺度的较好估算.基于“VBogus”模型,通过拟合热带气旋尺度的非对称分布,构造了能描述热带气旋非对称风场的"修正VBogus"模型,并估算了该模型中各参数在不同季节和不同地理区域的取值,为热带气旋尺度变化和非对称结构机制等问题的研究和应用提供新依据.     

西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析

本文使用西北太平洋累积气旋能量(ACE)月尺度异常序列,对850 hPa相对涡度、地表纬向风、柱水汽含量、OLR、降水和SST等大尺度环境场变量进行时滞回归分析,讨论了月尺度TC活动对大尺度环境场的影响及其与周尺度的区别和联系.结果表明:(1)月尺度ACE回归出的纬向风无论是强度还是范围都要明显大于周尺度ACE回归结果,TC的频繁发生,尤其是强度大且持续时间长的近赤道TC,对于激发或加强TC活动区域南侧的低纬地区西风异常有一定的积极作用,持续并且强度较大的西风异常可能导致西风的爆发,而西风爆发会在很大程度上影响ENSO事件的发生和演变.(2)在月尺度上,OLR、柱水汽含量、降水和SST等物理量均呈现出较为明显的E1Nino型分布,而在周尺度上,仅SST呈现出明显的El Nino型分布,这在一定程度上反映了月尺度TC活动和太平洋ENSO信号之间存在更密切的关联.(3)在TC发生后1-2月,TC的主要生成区域柱水汽含量减少、OLR增大,这会在一定程度上降低该区域生成TC的潜能.虽然TC所引起SST降低的空间尺度很小,但其通过大气和海洋的传导会扩大到更大尺度上,由于这种反馈具有一定的滞后性,所以月尺度TC对大尺度环境场影响的信号更为显著.     

冷空气入侵对热带气旋发生发展的影响

本文从梯度风方程出发,证明温度梯度增强对涡度起到增强作用.因此当冷空气侵入热带气旋外围时,只要没有破坏热带气旋的暖心结构,就会引起温度梯度的增长,从而促进热带气旋的发生发展.本文采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM5,研究北半球冷暖空气入侵在热带气旋形成和加强过程中的作用.通过研究冷暖空气对热带气旋发展影响的试验发现,冷暖空气在入侵热带气旋外围时,最主要改变的是外围的环流场.北半球冷空气的入侵将会增强热带气旋北面的北风,形成指向热带气旋中心的推力,即辐合增强,暖空气入侵减弱北面的北风,形成背向热带气旋中心的拉力,即辐合减弱.由于拉力作用,一方面把边界上由于冷空气入侵而生成的能量往热带气旋中心输送,另一方面导致温度梯度的增加.因此从天气学形势来看,在热带气旋发生发展的过程中,北方的冷高压将会增强热带气旋北面的风速,从而导致热带气旋的增强;南半球澳高的增强,将使越赤道气流增强,热带气旋南面的风速也因此增强,从而引起热带气旋的增强.     

ENSO在青藏高原积雪与西北太平洋热带气旋生成频数关系中的作用

已有研究表明,青藏高原冬季积雪与随后台风季节西北太平洋热带气旋生成频数之间具有典型的负相关.本文基于长时间观测资料对二者关系进行再探讨,发现两者的年际关系在20世纪90年代初发生了跃变,即青藏高原冬季积雪与随后台风季节西北太平洋热带气旋生成频数之间显著的负相关仅存在于20世纪90年代初之后(1993~2012年),而20世纪90年代初之前(1976~1992年)二者的联系较弱.进一步本文对引起这种跃变的可能原因进行了分析,发现中部型ENSO在加强青藏高原积雪与西北太平洋热带气旋生成频数关系中起到了至关重要的作用.1993~2012年间,青藏高原积雪与中部型ENSO存在显著的负相关.在青藏高原积雪偏多年(少),中部型ENSO多为冷位相(暖位相),这种分布一方面加强了青藏高原积雪与纬向海陆热力差异继而与西北太平洋夏季风的联系,另一方面加强了青藏高原积雪对热带气旋生成相关的动力环境场的调控,因此在这一时段青藏高原积雪与热带气旋生成频数之间的相关得到了显著增强.然而,在前一时段青藏高原积雪与ENSO的联系较弱,青藏高原积雪对西北太平洋夏季风和台风生成区域动力场调控较弱,因而其与热带气旋生成频数之间的关系减弱.此外,通过能量诊断进一步表明,在1993~2012年中部型ENSO的作用主要是通过加强西北太平洋纬向风的正压能量转化来实现的.结果将为提高热带气旋短期气候预测水平提供一定的理论基础.     

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在"威马逊""海鸥""莎莉嘉"等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度.比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度.结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据...     

北欧气旋风暴与欧亚大陆的震动

全球地震台网(GSN)及中国地震台网(CENC)的地震观测数据分析表明:由北大西洋、北冰洋等海域进入北欧的强冷涡气旋(北欧风暴)能引发与其过程相关联的震动,其中由挪威海登陆斯堪的纳维亚半岛的强气旋风暴引发的震动波,几乎可以被整个欧亚大陆的地震仪观测到,该震动主要包含两个信号:一个主频为0.15~0.25 Hz(周期约4~7 s);而另一个是主频为0.08~0.12 Hz(周期8~12 s)的面波信号,它们分别来自不同的产生机理.不同海域和地区的风暴引发的震动信号存在差异,与气旋运动路径经过的地形地貌特征有关,气旋经过的浅海区域、海水深度、登陆地点的地形以及气旋的结构、观测点相对气旋的分布等因素决定了气旋在运动中激发有独特的震动信号.地震观测可以监测气旋在时间和空间的发展变化过程,有助于探索气旋运动过程中与地球表面的相互作用对气旋的影响.     

海岛地震台网自然因素对地脉动干扰分析

利用海南地震台网宽频带地震仪连续观测资料,分析不同自然环境下地脉动扰动信号,结果显示:在不同自然环境下,地震仪记录的地脉动扰动信号的形态、振幅、频率、扰动强度不同,其中登陆海岛的热带气旋引起的震颤信号频带窄、能量大、扰动强度较大,对地脉动干扰影响大,其次是天文潮期,远离海岛的热带气旋对地脉动干扰影响较小;不同路径、距离的热带气旋引起的震颤信号频率带一致,但扰动强度区别明显;不同自然环境对不同观测台站记录的地脉动信号均存在影响,只是程度稍有不同。     

热带气旋边界层关键结构研究进展

边界层的动热力结构在很大程度上决定了热带气旋(TC)的发生发展,首先,TC边界层是触发TC对流的源地,并作为海-陆-气能量交换的主要中介,提供TC发生发展的重要能源;其次,边界层是TC对流发展所需水汽的主要输送通道;第三,TC登陆时,陆地下垫面摩擦直接作用于边界层,加强辐合、对流和湍流输送.对这些特征的了解有利于从根本上掌握TC发展变化的规律,为提高登陆TC分析和预报水平奠定基础,具有重要的科学价值和实际意义.本文在前期TC边界层研究工作的基础上,从热力学和动力学的角度,介绍了近年来国际上关于TC边界层风场、湍流交换、卷涡、能量和水汽输送等关键结构特征研究的主要进展.阐述了边界层入流对于TC能量平衡、水汽输送的重要作用,揭示了边界层超梯度风现象存在的机制和成因,以及边界层卷涡与边界层动量输送和TC强度发展的关系.这些认识有助于加强TC边界层关键结构对TC发展作用的理论认识.在此基础上,指出了目前TC边界层研究中存在的核心难点问题,并建议将TC边界层研究与数值预报方法相结合:除了将边界层观测通过资料同化应用于TC数值模式初始化,还可研究优化与TC涡旋结构相关的边界层参数化方法,实现TC数值模式初始化与边界层物理过程的衔接,探索可切实改进TC预报的有效途径.     

外热带大气扰动对ENSO的影响

合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件，发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用，而且影响到ENSO的发展和衰减. 因此，尽管ENSO对外热带大气扰动有影响，但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用. 在ENSO发生前，南印度洋中纬度为反气旋异常，并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常；同时，澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合，促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生. 在ENSO发生之后，东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展. 当ENSO达到成熟时，澳大利亚东部的反气旋异常东移，使东南太平洋的气旋异常减弱，南方涛动型环流异常亦随之减弱；同时，阿留申气旋异常加强，尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升，使该地区海表温度降低，加速ENSO的消亡.