1995年热带太平洋海-气特征诊断分析

利用国家气候中心气候诊断资料和美国ＣＡＣ和澳大利亚ＮＣＣ资料，对１９９５年热带太平洋海域的海平面高度，南方涛动指数、高、低层纬向风，射出长波辐射，海温等物理量的分布及其演特征进行分析，为短期气候预测提供了大尺度的海－气环境背景。     

1995年热带太平洋海－气特征诊断分析

利用国家气候中心气候诊断资料和美国ＣＡＣ和澳大利亚ＮＣＣ资料，对１９９５年热带太平洋海域的海平面高度，南方涛动指数，高、低层纬向风，射出长波辐射，海温等物理量的分布及其演变特征进行了分析，为短期气候预测提供了大尺度的海－气环境背景。     

热带环流演变与南海季风爆发

利用1958－1997年的NCEP／NCAR再分析资料，分析了南、北半球中低纬环流的气候特征，并讨论了南海夏季风爆发与大尺度环流的关系。研究发现阿拉伯海经向环流管的上升气流和南半球纬向环流管的上升气流在5月份同时到达南海，经向环流管低层的偏西风和纬向环管低层的偏南风共同组成西南风，于是5月份西南季风在南海地区首先爆发。此外，由于青藏高原地形及各经度海陆分布的影响，造成太阳辐射加热不均，是热带夏季风爆发的直接原因，也是南海季风早于印度风爆发的重要原因。     

太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响

利用1948—2017年再分析资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发早晚的可能影响及相关的物理过程,发现太阳黑子数与南海夏季风建立日期之间存在显著的正相关关系,即太阳活动偏强（弱）年南海夏季风爆发偏晚（早）。对相关大气环流特征进行合成分析表明,太阳活动峰值（谷值）年,5月菲律宾附近上空往往出现异常反气旋（气旋）,西太平洋副热带高压偏强、西伸（偏弱、东撤）。一方面,这与赤道以南海洋性大陆的对流活动异常以及与之相联系的局地经向环流密切相关,另一方面,热带印度洋-西太平洋沿赤道的纬向Walker环流异常对此也有一定贡献。进一步的研究揭示出太阳活动影响南海夏季风爆发的信号最初很可能来源于平流层温度的响应,随着太阳辐射增强,春季前期整个南半球对流层下层-平流层上层一致偏暖,温度梯度的变化削弱了对流层的平均经圈环流,导致大气质量的重新分布,引起低层出现负的南极涛动（AAO）型分布,在南半球中纬度地区形成气旋性环流异常,造成索马里越赤道气流建立偏晚,进而有利于南海夏季风爆发的推迟。      

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。     

高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数关系的研究

采用相关和合成分析方法,研究了热带太平洋地区大尺度高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数的关系及其影响的可能机理。结果表明：赤道东太平洋地区ΔU200-ΔU850〉0,西太平洋热带地区ΔU200-ΔU850〈0,热带太平洋地区沃克环流偏强,西北太平洋热带气旋生成年频数偏多。高低层纬向风异常年,对流层上、下部环流和对流层中垂直运动有显著的特征。在短期气候预测的时间尺度上,前期高低层纬向风异常可以作为预测热带气旋生成年频数的前兆信号。     

南海热带气旋迅速加强环境场因子的影响分析

使用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,对1979-2012年间南海海域热带气旋迅速加强的时空分布特征进行分析。结果表明,南海热带气旋迅速加强主要出现在夏秋两季,其中9月频数最高,空间分布主要集中在海南岛东南侧以及南海中部远离大陆的海域。基于ERA-Interim再分析资料,确定了一种环境因子的新阈值计算方法,计算出风垂直切变、高(低)层散度、低层垂直涡度、低层水汽通量散度、对流层中层相对湿度、海表面温度和海洋热含量8种环境场因子有利于迅速加强的阈值条件,结果表明风垂直切变、低层辐合、低层水汽辐合是影响迅速加强的主要因子。强台风以下级别的南海热带气旋级别越高迅速加强概率越大,迅速加强时满足阈值的因子个数也越多。除海洋热含量以外的7个因子中,满足阈值的因子个数为6个(热带风暴级别)或5个(强热带风暴级别、台风和强台风级别)时迅速加强概率最大。这些对提高南海热带气旋强度突变的预报有一定指导意义。     

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949—2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡(ISO)与南海热带气旋活动的关系。主要结论包括:(1) 针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征;(2) CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性;(3) 利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系:不活跃期(第4～6位相)时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期(第7～3位相)时情况相反;(4) 合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展;不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显;(5) 进一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致。此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热;不活跃位相则情况相反。因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动。      

南海季风槽影响下热带气旋暴雨增幅的研究

使用NASA的热带测雨卫星TRMM资料、常规气象观测降水资料、NCAR/NCEP-2再分析资料及NCEP全球数据同化系统(GDAS)资料,分析研究南海季风槽伴随热带气旋登陆华南而导致热带气旋暴雨强烈增幅的事实,并根据观测事实提出季风槽伴随热带气旋登陆华南的定义.结果表明:(1)南海季风槽伴随热带气旋登陆导致热带气旋降水强烈增幅的天气现象发生在盛夏季节;(2)环流背景表现为副热带高压带状西伸,稳定控制华中一带;同时,西南季风活跃,南海季风槽位于南海北部之时;(3)热带气旋登陆后的填塞消亡时间因为季风槽的伴随而大大延长,热带气旋云系有再生、加强和扩展现象;(4)伴随登陆的季风槽对热带气旋暴雨无论是空间,时间,还是强度上均有强烈增幅作用,热带气旋暴雨在季风槽南侧延伸,尺度可达1500～2500km.     

近海热带气旋强度突变的垂直结构特征分析

应用1949～2003年共55年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料以及NCEP/NCAR再分析资料, 给出热带气旋强度突变标准, 对中国近海突然增强和突然减弱的两组热带气旋进行合成分析和对比分析。结果表明, 近海热带气旋强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系; 环境风垂直切变小于5 m/s是南海近海热带气旋突然增强的必要条件, 热带气旋强度突变对环境风垂直切变变化的响应时间为18～36 h; 热带气旋中心附近存在数值在 -6～6 m/s之间纬向分布的环境风垂直切变密集带, 在热带气旋突然增强时刻, 中心附近环境风垂直切变经向梯度最大; 风垂直切变在热带气旋突然增强过程中逐渐减弱, 而在热带气旋突然减弱过程中逐渐增强; 热带气旋中心附近是高低层相对涡度垂直切变的强负值区, 在热带气旋突然增强过程中相对涡度垂直切变逐渐减小, 在突然增强时刻最小。     

How the “best” CMIP5 models project relations of Asian–Pacific Oscillation to circulation backgrounds favorable for tropical cyclone genesis over the western North Pacific

Based on the simulations of 32 models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), the present study assesses their capacity to simulate the relationship of the summer Asian–Pacific Oscillation (APO) with the vertical zonal wind shear, low-level atmospheric vorticity, mid-level humidity, atmospheric divergence in the lower and upper troposphere, and western Pacific subtropical high (WPSH) that are closely associated with the genesis of tropical cyclones over the western North Pacific. The results indicate that five models can simultaneously reproduce the observed pattern with the positive APO phase accompanied by weak vertical zonal wind shear, strengthened vorticity in the lower troposphere, increased mid-level humidity, intensified low-level convergence and high-level divergence, and a northward-located WPSH over the western North Pacific. These five models are further used to project their potential relationship under the RCP8.5 scenario during 2050–2099. Compared to 1950–1999, the relationship between the APO and the vertical zonal wind shear is projected to weaken by both the multi-model ensemble and the individual models. Its linkage to the low-level vorticity, mid-level humidity, atmospheric divergence in the lower and upper troposphere, and the northward–southward movement of the WPSH would also reduce slightly but still be significant. However, the individual models show relatively large differences in projecting the linkage between the APO and the mid-level humidity and low-level divergence.     

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。     

夏季热带大气准双周振荡对西北太平洋台风生成的影响

利用美国海洋大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）逐日对外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR)资料、欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料和美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,JTWC）台风路径最佳资料,考察了热带大气夏季准双周振荡（Quasi-biweekly Oscillation,QBWO）对西北太平洋台风生成的影响,揭示了QBWO对西北太平洋台风生成位置、频数和发生概率的显著影响。结果表明:（1）伴随QBWO对流活跃中心的西北方向的传播,西北太平洋台风生成位置也呈现相应移动;（2）QBWO对流活跃位相期间,台风频数偏多,发生概率偏高,而在QBWO对流抑制位相,台风频数偏少,发生概率偏低;（3）台风生成潜在指数（Genesis Potential Index, GPI）收支分析指出了对流层低层绝对涡度和中层相对湿度是调制整个海域台风生成的两个重要的大尺度环境因子;（4）GPI的收支分析还表明了大尺度环境因子对台风生成的影响对QBWO的位相与区域具有显著的依赖性。在QBWO对流活跃位相期间,南海中北部区域低层涡度对GPI正异常贡献最为显著;在菲律宾以东海域,对流层中层相对湿度对GPI正异常贡献最为显著;在关岛附近海域,主要的贡献来自于低层绝对涡度与非线性项,且它们对GPI负异常的贡献相当。在QBWO对流抑制位相,南海中北部区域GPI的负异常贡献主要来自于低层绝对涡度;在菲律宾以东海域GPI负异常贡献主要来自中层相对湿度;关岛附近海域的GPI正异常的主要贡献来自于垂直风切变和非线性项。      

夏季季节内振荡对西北太平洋台风活动的影响

利用夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BSISO)指数和台风密集度分析了夏季季节内振荡和西北太平洋台风活动的关系。台风密集度定义为一天内500 km范围内台风出现的概率,与台风经纬度位置相比,台风密集度可更灵活地表达台风生成及移动特征。结果表明夏季季节内振荡对台风活动有明显的调制作用。当夏季季节内振荡指数1(BSISO1)处于第1、5、6、7、8位相时,南海及菲律宾以东海域台风活动明显增强;当夏季季节内振荡指数2(BSISO2)处于第2、3、4位相时,西北太平洋台风活动也明显增强。当夏季季节内振荡处于这些位相时,台风活动增强与南海及菲律宾以东海域环流气旋式异常、对流活动正异常相一致。      

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

引发东北极端暴雪的黄渤海气旋爆发性发展机制

利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料, 分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制, 结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下, 地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧, 且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系, 并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列, 随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散, 华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强, 涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播, 导致中层冷涡快速发展并向下伸展, 诱发地面气旋爆发性增强。     

Representation of tropical storms in the northwestern pacific by the Modern-Era Retrospective analysis for research and applications

This study examines the tropical storms simulated in the Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications (MERRA) global atmospheric reanalysis for the recent 12 years (1998–2009), focusing on the tropical storm activity over the Northwestern Pacific. For validation, the International Best Track Archive for Climate Stewardship (IBTrACS) dataset is used as an observational counterpart. Climatological-mean features of the tropical storm genesis, tracks and their maximum intensity are the primary interests in this study. Regarding the genesis location of tropical storms, MERRA is reasonable in resolving major development regions over the South China Sea and the Northwestern Pacific close to the Philippines. The seasonal variation of the number of storms is also reproduced in a realistic way in MERRA, with peak values occurring from July to September. In addition, MERRA tends to reproduce the observed interannual variation of the number of tropical storms during the 12-years, though with a limited accuracy. The simulated paths toward higher latitudes are also reasonable in MERRA, where the reanalysis corresponds well with the observations in resolving frequent paths of westward moving storms and recurving storms toward the northeast. Regarding the intensity, MERRA captures the linear relationship between the minimum center pressure and the maximum wind speed near the surface at the maximum development. Some discrepancies from the observed features are found in the reanalysis, such as less frequent development of storms over the South China Sea and less frequent paths over this region. The reanalysis also does not attain the observed maximum intensity for the resolved tropical storms, particularly underestimating the center pressure. These deficiencies are likely related to limitations in the horizontal resolution and the parameterized physics of the data assimilation system.     

热带气旋“尤特”（2006）南海突然减弱的机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋“尤特”（2006）在我国南海突然减弱的机理进行了分析。结果表明：水汽通道的切断是热带气旋“尤特”突然减弱的必要条件,“尤特”突然减弱对水汽来源切断的响应时间大约为12 h;对流层中低层水汽辐散区的出现,抑制了低层水汽向高层输送,导致“尤特”突然减弱;在其减弱过程中,贯穿对流层的位涡柱高值区不断向对流层中层收缩并加强,同时与平流层高位涡区迅速分离;在热带气旋“尤特”突然减弱前6 h,环境风垂直切变突然增大,同时在“尤特”不断减弱的过程中,环境风垂直切变呈现总体逐步增大的趋势。     

一次热带气旋减弱远离后出现暴雨的成因分析

利用常规气象资料、加密气象站观测资料、NCEP的1°×1。分析资料以及多普勒雷达资料,对2011年6月12日热带气旋减弱远离后广东发生的一次暴雨过程进行了诊断分析。结果表明：（1）地而辐合、低空切变、中层气旋式环流和高空辐散的共同作用导致了此次的暴雨过程;（2）垂直上升运动在强降水发生前即有明显反映,中低层正涡度、高层负涡度的配置也有利于上升运动的维持和强降水的发生;（3）前期不稳定能量的累积是必要条件,而K、SI指数在维持高度不稳定的条件下,其24h变化量对此次暴雨的发生有一定的提前指示意义;（4）中尺度切变、辐合对强降水的发生时间和落区移动都有较好的指示作用．中低层乖盲风切蛮增大有利于风暴的发展。