西北太平洋热带气旋潜势分布和年际变率的数值模拟

热带气旋潜势指数是定量表征影响热带气旋生成的大尺度环境条件指标,在不能显式模拟热带气旋的气候系统模式中,常被作为热带气旋的代用指标。基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的AGCM GAMIL2.0模式在历史海温驱动下的积分结果,评估了该模式对热带气旋潜势气候态、季节循环和年际变率的模拟能力。并分别从影响热带气旋潜势分布的热力因子(相对湿度、热带气旋最大风速)和动力因子(垂直风切变、绝对涡度、垂直抬升速度)的角度,讨论了造成热带气旋潜势模拟误差的原因。结果表明,在西北太平洋地区,模式能够合理再现热带气旋潜势的气候态分布,但由于GAMIL2.0模拟的相对湿度偏大且向东延伸,造成了热带气旋潜势大值区较之再分析资料偏大且偏东10°。由于GAMIL2.0模拟的季风槽位置偏北偏强,导致模拟的热带气旋潜势季节循环北进偏早而南退偏晚。在年际变化方面,GAMIL2.0能合理模拟出热带气旋潜势在ENSO正负位相东西反向的变化特征,但位于20°—30°N的加强和减弱区的分界线偏西,这与模拟的垂直速度和相对湿度的模拟误差有关,进一步分析表明,这是由于模拟中ENSO事件期间的西北太平洋异常上升中心比观测偏西且偏强造成的。     

区域海气耦合模式FROALS的发展及其应用

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具.本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics)/IAP(Institute of Atmospheric Physics)发展的区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System model),并总结了过去五年围绕该区域海气耦合模式开展的研究工 作.FROALS的特点之一是有两个完全不同的大气模式分量和海洋模式分量选项,可以适应不同的模拟研究需 求.针对区域海气耦合模式在西北太平洋地区的模拟偏差,通过分步骤考察不同大气模式分量和不同海洋模式分量对模式模拟性能的影响,指出大气模式是导致区域海气耦合偏差的主要分量.通过改进对流触发的相对湿度阈值标准,有效地改善了此前区域海气耦合模式在亚洲季风区普遍出现的"模拟海温冷偏差".改进的FROALS对西北太平洋地区的大气和海洋环境有较好的模拟能力,合理地再现了西北太平洋地区表层洋流气候态和年际变率.较之非耦合模式,考虑区域海气耦合过程后,改进了东亚和南亚地区的降水和热带气旋潜势年际变率的模拟.最后,针对东亚—西北太平洋地区,利用FROALS对IAP/LASG全球气候模式模拟和预估的结果进行了动力降尺 度,得到了东亚区域50 km高分辨率区域气候变化信息.分析显示,FROALS模拟得到的东亚区域气候较之全球气候模式和非耦合区域气候模式结果具有明显的"增值",显示出区域海气耦合模式在该区域良好的应用前景.     

南海-西北太平洋季风槽强度的变化特征及其与热带气旋活动的关系

利用1979—2005年NCEP/DOE AMIP-Ⅱ再分析逐日平均资料,根据西北太平洋季风槽的特点,研制了能较好表征季风槽活动的强度指数和位置指数,并分三段描述不同区域季风槽的活动特征及其对生成于南海-西北太平洋季风槽的热带气旋（MTTC）活动的影响,结果表明：（1） 季风槽强度指数和位置指数呈正相关关系,季风槽强度越强,其位置越偏北。（2） 季风槽强度存在明显的年际变化,1994年前以4～5年的变化周期较为显著,1994年后2～3年的周期较明显。（3） 不同区域季风槽强度的影响因子不同。前期海温场的异常将导致大气环流异常,致使不同区域的季风槽强度异常。（4） 季风槽强度与MTTC频数异常密切相关,3个不同区域的季风槽以南海季风槽强度与MTTC频数异常的关系最为密切。MTTC异常偏少年大多出现在季风槽总体偏弱,各区域季风槽也偏弱的年份;MTTC异常偏多年可能出现在季风槽偏强的年份,也可能出现在季风槽总体偏弱但南海季风槽偏强的年份,且后者出现的概率更大一些。（5） 季风槽强度的季节内变化能为TC的生成和发展提供有利条件,季风槽同时处于30～60天振荡和准双周10～20天振荡的活跃期时,有利于MTTC的生成。     

2011年8月气候异常及成因分析

在总结2011年8月我国气候异常与大气环流特征的基础上,针对西南干旱和热带气旋活动偏少两大气候异常事件的成因进行了分析。结果表明：高度场偏高、西太平洋副热带高压偏强、夏季风偏弱和水汽条件较差等大气环流异常是导致高温干旱的主要原因;中部型拉尼娜事件的滞后影响和印度洋偏暖的影响是西南干旱的重要外强迫条件。南海对流活动偏弱,菲律宾以东季风槽位置偏北,热带气旋活动区域垂直风切偏大,西北太平洋副热带高压偏强等因素导致热带气旋活动偏少。     

印度洋海盆增暖及ENSO对西北太平洋热带气旋活动的影响

本文主要分析1950～2010年间印度洋海盆增暖和西北太平洋热带气旋(TC)活动的关系, 并与ENSO对西北太平洋TC活动的影响相比较, 结果表明:印度洋海盆异常增暖与西北太平洋地区总TC生成年频数尤其是弱TC相关较好, 印度洋海盆异常增暖, 西北太平洋地区为异常的反气旋, 对流抑制, 降水偏少, 不利于TC的生成, 反之亦然。而ENSO对西北太平洋热带气旋的影响, 主要体现在对强TC的年生成频数的影响, El Ni?o 发展年, 季风槽加深东伸, TC生成位置偏东, 由于TC在海洋上的生命史较长, TC的平均强度偏强, 因而强TC年生成频数偏多;La Ni?a发展年, 季风槽较浅, TC生成位置偏西, TC的平均强度偏弱, 强TC年生成频数偏少。但是ENSO指数与强TC年频数的相关有着年代际的变化, 在1950～1969年和1990～2009年间, ENSO指数和强TC年频数相关很好, 分别为0.532和0.687, 而在1970～1989这二十年间, 两者相关很弱, 只有0.081。     

澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1980—2012年NCEP/NCAR再分析资料及中国气象局的最佳台风路径资料,研究澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响。研究发现,北半球夏季925 h Pa经向风超过6 m/s的频数在澳大利亚东北部海域最高,达40 d/a。为此,确定澳大利亚冷空气侵入南北半球低纬的关键区为澳大利亚东北部所罗门海地区,并用该区域经向风风速定义了一个澳大利亚冷空气活动强度指数。该指数与越赤道气流及赤道西风都有很好的相关关系,还与同期的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)显著相关。当SOI偏低(高)时,关键区经向风风速偏强(弱)。合成分析和相关分析结果表明,澳大利亚冷空气活动强、弱年西北太平洋热带气旋生成的位置的变化与季风槽的变化一致,西北太平洋热带气旋生成总数则无显著差异。澳大利亚冷空气活动强年季风槽偏强偏东,热带气旋生成位置偏东偏南;而弱年季风槽偏弱偏西,热带气旋生成位置偏西偏北。低层涡度场、水汽输送、风垂直切变以及低纬地区对流活动的分布表明,澳大利亚冷空气活动强年有利于热带气旋生成位置偏东、偏南;弱年偏西、偏北。     

南海与西北太平洋地区夏季热带气旋潜在生成指数的改进

现阶段使用的热带气旋潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)在气候场的空间分布上能很好地拟合热带气旋的生成情况,但在热带气旋的年际变化拟合上效果很差。本研究考虑了相对涡度在热带气旋年际变化拟合上的重要作用,并以此为出发点,尝试改善GPI在西北太平洋地区的拟合效果。基于对1979—2011年美国联合飓风警报中心提供的热带气旋最佳路径数据和NCEP/NCAR再分析资料数据集的研究,将之前GPI中的绝对涡度项替换为修正过的相对涡度项。科氏力项仍然保留;将南海(100°～120°E,5°～25°N)与西北太平洋地区(120°～180°E,5°～40°N)热带气旋生成的差异性也纳入了考量,并在这两个区域分别构建GPI公式,改善了对热带气旋生成的气候分布模拟。除此之外,较之已存的GPI指数,改进后的GPI还很大程度提高了GPI对热带气旋生成年际变化的拟合效果,特别是对弱热带气旋年际变化的拟合效果有了显著提升。     

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)。     

西北太平洋热带气旋强度的年际变化特征及其大气环流背景场分析

利用上海台风研究所整理的1949—2007年CMA-STI热带气旋最佳路径资料,对1949—1975年、1976—1987年、1988—2007年这三个时段7—10月强度达到热带风暴及以上的热带气旋(简称为TC)强度的年际变化特征进行了分析比较,对TC活动强、弱年的大气环流背景场做了合成分析,并对各年TC强度与对应的西北太平洋副热带高压(简称为西太副高)、东亚副热带西风急流、热带东风急流、季风槽各特征指数做了相关分析,揭示了西北太平洋TC强度年际变化的机理。结果表明:(1) 这三个时段TC强度都有明显的年际变化特征;(2) 当TC强度偏大时,西太副高减弱东退,东亚副热带西风急流位置偏南,热带东风急流强度偏大,位置偏东,南半球冷空气活动偏强,越赤道气流偏强,季风槽较活跃、位置偏东,倾斜指数偏小;反之亦然;(3) 当越赤道气流偏强,季风槽较活跃时,有利于TC生成源区热带低压扰动的发生发展;而西太副高减弱东退,热带东风急流位置偏东时,TC生成源区850 hPa低空为正相对涡度异常,200 hPa高空为正散度异常。这样,低层水平辐合强、高层水平辐散强的配置使得该地区辐合上升运动、高层气流的辐散流出得以维持,且TC生成源区垂直风切变偏小,从而有利于TC的发生发展,TC强度偏大;反之亦然。      

Potential impacts of enhanced tropical cyclone activity on the El Ni?o–Southern Oscillation and East Asian monsoon in the mid-Piacenzian warm period

热带气旋不仅是一种严重的灾害性天气事件,其在气候时间尺度也可通过加强海洋上层垂直混合进而调节全球海洋经向热量输送。基于一个海气耦合模式,本文探讨了强热带气旋活动对皮亚琴察暖期(又称晚上新世暖期;约300万年前)ENSO和东亚季风环流的可能影响。模拟结果表明,热带气旋引起的海洋垂直混合加强可造成热带东太平洋显著增温、温跃层加深,但ENSO年际变率减弱。对东亚季风而言,夏季副热带高压南移且西伸,副热带急流减弱并南移,我国南方西南风加强;冬季东亚大槽加深,副热带急流南移,我国北方偏北风加强。上述模拟结果可增进我们对热带气旋气候反馈作用以及晚上新世暖期全球气候特征的认识。     

Bias Analysis in the Simulation of the Western North Pacific Tropical Cyclone Characteristics by Two High-Resolution Global Atmospheric Models

This study compares the atmosphere-only HighResMIP simulations from FGOALS-f3-H(FGOALS) and MRIAGCM3-2-S(MRI) with respect to tropical cyclone(TC) characteristics over the Western North Pacific(WNP) for the July–October months of 1985–2014. The focus is on investigating the role of the tropical easterly jet over the Western Pacific(WP＿TEJ) in modulating the simulation biases in terms of their climatological distribution and interannual variability of WNP TC genesis frequency(TCGF) based on the a...     

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。     

Changes in the Tropical Cyclone Genesis Potential Index over the Western North Pacific in the SRES A2 Scenario

The Tropical Cyclone Genesis Potential Index (GPI) was employed to investigate possible impacts of global warming on tropical cyclone genesis over the western North Pacific (WNP). The outputs of 20th century climate simulation by eighteen GCMs were used to evaluate the models’ ability to reproduce tropical cyclone genesis via the GPI. The GCMs were found in general to reasonably reproduce the observed spatial distribution of genesis. Some of the models also showed ability in capturing observed temporal vari...     

Dynamical downscaling forecasts of Western North Pacific tropical cyclone genesis and landfall

This study evaluates the potential use of the regional climate model version 3 (RegCM3) driven by (1) the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) data during 1982–2001 and (2) the NCEP Climate Forecast System Version 2 (CFS2) hindcast data during 2000–2010 in forecasting Western North Pacific (WNP) tropical cyclone (TC) activity. The first experiment is conducted to investigate the ability of the model in generating a good climatology of TC activity in spatial and temporal scales, so the model could be used in the second experiment to test its ability in forecasting TC genesis and landfall. Both experiments extend through the May to October WNP-TC season. Results show that the use of RegCM3 driven by the CFSR achieves a better simulation on the temporal and spatial variation of WNP-TC genesis during 1982–2001, as compared to previous studies using the same model but driven by the ERA40 reanalysis. In addition, diagnoses on the use of RegCM3 driven by the CFS2 point out that the 2000–2010 WNP-TC genesis locations and numbers from the model are very similar to those from the observations. The skill of RegCM3 in the forecasts of landfalling TCs is higher over the Southeast Asian region than over the other sub-regions of East Asia. Potential causes for such regional differences are discussed. Most importantly, statistical analyses show that the use of RegCM3 driven by the CFS2 gives a better forecast skill than the use of CFS2 alone for the prediction of WNP-TCs making landfall in East Asia. This indicates that the use of a dynamical downscaling method for the global forecast data would likely lead to a higher forecast skill of regional TC landfalls in most of the East Asian region.     

SIMULATION OF TROPICAL CYCLONES OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC AND LANDFALLING IN CHINA BY REGCM4

This study evaluates the performance of the regional climate model RegCM4 in simulating tropical cyclone (TC) activities over the Western North Pacific (WNP) and their landfalling in China. The model is driven by ERA-Interim boundary conditions at a grid spacing of 25 km, with the simulation period as 1991–2010. Results show that RegCM4 performs well in capturing the main structural features of observed TCs, and in simulating the genesis number and annual cycle of the genesis. The model reproduces the general pattern of the observed TC tracks and occurrence frequency. However, significant underestimation of the occurrence frequency as well as the TC intensity is found. Number of the landfalling TCs over China is also much less than the observed. Bias of the model in reproducing the large-scale circulation pattern and steering flow may contribute to the underestimated landfalling TC numbers.     

Tropical Cyclone Genesis Potential Index over the Western North Pacific Simulated by LASG/IAP AGCM

Tropical cyclone genesis potential index(GPI) is a useful metric for gauging the performance of global climate models in the simulation of tropical cyclone(TC) genesis.The performance of LASG/IAP AGCM GAMIL2.0 in the simulation of GPI over the western North Pacific(WNP) is assessed in this paper.Since GPI depends on large scale environmental factors including low-level vorticity at 850 hPa,relative humidity at 700 hPa,vertical wind shear between 850 and 200 hPa,maximum potential intensity(MPI),and vertical velocity,the bias of GPI simulation is discussed from the perspective of thermal and dynamical factors.The results are compared with the ECMWF reanalysis data(ERA40).The analyses show that both the climatological spatial pattern and seasonal cycle of GPI over the WNP are reasonably simulated by GAMIL2.0,but due to the overestimation of relative humidity,the simulated GPI extends to 170°E,about 10°east to that in the reanalysis data.It is demonstrated that the bias in the simulation of monsoon trough,which is about 5°north to the reanalysis,leads to an overestimation of GPI during May-June and September-October,but an underestimation during July-August.Over the WNP,the response of GPI to ENSO is well captured by GAMIL2.0,including the eastward(westward) shift of TC genesis location during El Nin o(La Nin a) years.However,the anomalous convective center associated with El Nin o shifts westward about 20°in comparison to ERA40,which leads to the biases in both vertical velocity and relative humidity.These eventually result in the westward deflection of the boundary between the positive and negative GPI centers along 20°-30°N.The results from this study provide useful clues for the future improvement of GAMIL2.0.     

西北太平洋热带气旋频数的气候变化及其与环境要素间的联系

使用Emanuel和Nolan完善的潜在生成指数(GPI)的计算方法,利用美国联合台风警报中心提供的热带气旋(TC)资料和欧洲中期数值天气预报中心提供的全球ERA-40再分析资料,比较了1970-2001年西北太平洋海域的TC生成频数和GPI的气候特征,分析了包含于GPI中的环境要素对西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的影响.结果表明:GPI能近似地表述西北太平洋TC频数的季节变化和空间分布.各环境要素对TC、较弱类TC和较强类TC生成频数的影响有显著差异,相对湿度随着TC强度的增强而减弱,风速垂直切变则相反.西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的正异常主要分布于130°E以东,(15°N,140°E)附近最大的正异常频数中心主要受绝对涡度和相对湿度正异常变化的影响;负的风速垂直切变和正的相对湿度异常变化引起了(10～15°N,160°E)附近的TC频数正异常.