区域耦合模式FROALS模拟的西北太平洋热带气旋潜势分布与年际变率:耦合与非耦合试验比较

热带气旋潜势指数可以合理刻画热带气旋生成的位置与范围, 被广泛应用于评估气候系统模式对热带气旋的模拟。本文使用区域海—气耦合模式FROALS对西北太平洋地区1982～2007年的积分结果, 检验了该模式对热带气旋潜势指数的气候态和年际变率模拟能力, 并从决定热带气旋潜势的五个变量角度, 分析了造成模式模拟偏差的原因。结果表明, 模式可以合理再现西北太平洋地区热带气旋潜势指数的分布, 但由于西北太平洋季风槽模拟偏弱且耦合后模拟海温偏冷, 使得耦合试验模拟的热带气旋潜势指数分布偏弱, 尽管较之单独大气模式, 其模拟的空间分布有改善。在年际变率方面, 模式可以合理再现年际变率中热带气旋潜势指数对ENSO的响应, 且耦合模式优于单独大气模式, 分析表明其原因在于耦合模式模拟的850 hPa季风槽强度与年际变率优于单独大气模式。因此区域耦合模式在模拟热带气旋指数年际变率方面相较大气模式有优势。     

西北太平洋与南海热带气旋活动季节变化的差异及可能原因

利用1945~2011年美国联合台风预警中心(JTWC)西北太平洋热带气旋资料,研究了南海(5°N~25°N,110°E~120°E)与西北太平洋(5°N~25°N,120°E~180°)热带气旋生成位置、生成频数、强度和持续时间的季节变化差异及其成因。从热带气旋路径穿越经度带频数的角度,探讨了ENSO对气旋活动年际变化的影响。结果表明,南海热带气旋活动显著地受季风调控。在南海冬季风作用下,1~4月热带气旋生成于10°N以南且频数较少、强度较弱,这主要是低层气旋式相对涡度和弱东风切变区偏南造成的。相反,受夏季风影响,6~9月是热带气旋生成最多、最频繁的季节,大都生成于南海北部17°N附近。在5月(10月)的季节转换期,生成位置大幅度北进(南撤)且生成频数显著增加(减少),取决于风速垂直切变及中层的相对湿度的急剧转变。11、12月两海域热带气旋生成于10°N以南主要归因于其上空中层大气相对湿度较北部偏大。在西北太平洋,热带气旋生成的季节变化没有南海显著,只在7月有一次明显的变化,7~10月是热带气旋活动的"盛期"。在强度上,西北太平洋大部分区域全年均为弱东风切变,因此热带气旋以台风为主且持续时间长;但南海多为热带风暴。ENSO事件使得不同季节热带气旋生成区域和气旋路径地理位置发生显著变化。在El Nio事件期间,穿越南海所在经度带路径频数为负距平,而西北太平洋经度带为正距平;在La Nia事件期间,情况相反。     

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。     

CWRF对中国近海热带气旋活动季节和年际变化及环境场影响的模拟

利用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim再分析资料驱动CWRF模式对1982-2016年中国近海的热带气旋活动进行了模拟,分析了CWRF对热带气旋频数季节、年际变化和路径的模拟能力,并探讨了环境场模拟对热带气旋模拟的影响。结果表明:CWRF能够合理模拟热带气旋频数的季节和年际变化,但模拟的频数较观测总体偏低,季节变化模拟总体优于年际变化的模拟;模式基本上能模拟出热带气旋路径密度的空间分布,但CWRF明显总体低估了气旋路径密度。进一步分析发现,模式模拟的环境场对模拟结果具有十分重要的影响。850 hPa气旋性与反气旋性环流异常对热带气旋频数影响显著;200 hPa反气旋性环流异常与东亚西风急流对热带气旋路径影响较大;副高会影响洋面对流运动从而影响热带气旋频数,其南侧偏东风则会影响热带气旋路径;垂直风切变偏小,在不同纬度对热带气旋的影响是不同的。     

2007年西北太平洋热带气旋活动综述

利用热带气旋年鉴、海温和大气环流再分析资料,分析2007年西北太平洋(包括南海)的风暴级以上热带气旋(简称TC)活动状况及海-气条件.结果表明,相对于气候平均值,2007年西北太平洋TC活动的季节峰期推后了约2个月,源地明显偏北,生成点纬度发生了2次明显跃变,年度TC的总体活动较弱,但个体的强度较强,路径以西北行为主,登陆比例偏大.影响上述TC活动特征的一个重要原因是年内ENSO循环的位相使得上半年的大气环流不利因素居多,而下半年大尺度上升运动、热带辐合带均较强,副高偏北、局地垂直风切变较小和对流层低层较强的扰动活动等条件,也十分有利热带气旋活动.     

2008年西北太平洋热带气旋活动特征分析

对2008年西北太平洋及我国南海热带气旋的活动特征进行总结,并从多方面分析其成因.结果指出:2008年西北太平洋热带气旋活动的主要特征为生成总数少,源地集中,位置偏西;登陆数多、时间早;登陆地点偏南、时间集中等.其原因主要在于:在热带气旋的多发期副热带高压面积偏大、强度偏强、西伸脊点异常偏西,且脊线偏南,造成西北太平洋热带地区盛行偏东风,不利于热带扰动的生成和发展;同时,也使得在其南侧生成的热带气旋易在偏东气流的引导下登陆我国南方.另外,季风槽、垂直风切变、海表温度和热带辐合带上的对流活动等因子的异常分布都不利于热带气旋在西北太平洋东部海域生成,直接导致这一年热带气旋生成总数明显偏少,源地显著偏西.     

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。     

西北太平洋热带气旋气候变化的若干研究进展

简要回顾了近年来国内外在西北太平洋热带气旋活动的季节、年际和年代际变化方面的研究,涉及到热带低频振荡、厄尔尼诺—南方涛动(EI Ni(n)o-Southern oscillation,ENSO)、印度洋海盆增暖、准两年振荡(quasi-biennial oscillation,QBO)等对西北太平洋热带气旋活动气候变化的影响,以及ENSO与热带气旋活动年际相关的年代际变化,展望了该领域的研究前景,并提出当前此研究领域中一些亟需研究的科学问题.     

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。     

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。     

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.     

2010年西北太平洋与南海热带气旋活动异常的成因分析

利用中国气象局热带气旋（TC）资料、NCEP/NCAR 再分析资料和美国 NOAA 向外长波辐射（OLR）等资料,分析了2010年西北太平洋（WNP）及南海（SCS）热带气旋活动异常的可能成因,讨论了同期大气环流配置和海温外强迫对TC生成和登陆的动力和热力条件的影响。结果表明,2010年生成TC频数明显偏少,生成源地显著偏西,而登陆TC频数与常年持平。导致7～10月TC频数明显偏少的大尺度环境场特征为：副热带高压较常年异常偏强、西伸脊点偏西,季风槽位置异常偏西,弱垂直风切变带位置也较常年偏西且范围偏小,南亚高压异常偏强,贝加尔湖附近对流层低高层均为反气旋距平环流,这些关键环流因子的特征和配置都不利于 TC 在WNP的东部生成。影响TC活动的外强迫场特征为：2010年热带太平洋经历了El Ni?o事件于春末夏初消亡、La Ni?a事件于7月形成的转换;7～10月,WNP海表温度维持正距平,140°E以东为负距平且对流活动受到抑制;暖池次表层海温异常偏暖,对应上空850 hPa为东风距平,有利于季风槽偏西和TC在WNP的西北侧海域生成。WNP海表温度和暖池次表层海温的特征是2010年TC生成频数偏少、生成源地异常偏西的重要外强迫信号。有利于7～10月热带气旋西行和登陆的500 hPa风场特征为：北太平洋为反气旋环流距平,其南侧为东风异常,该东风异常南缘可到25°N,并向西扩展至中国大陆地区;南海和西北太平洋地区15°N以南的低纬也为东风异常;在这样的风场分布型下,TC容易受偏东气流引导西行并登陆我国沿海地区。这是2010年生成TC偏少但登陆TC并不少的重要环流条件。     

西北太平洋热带云团发展与两类El Nio事件的联系

利用1982—2009年全球热带云团数据集、NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海温资料,并引入热带云团生成率(Genesis Productivity,GP)来分析EP(Eastern Pacific)El Nio和CP(Central Pacific)El Nio事件与西北太平洋热带云团发展的相关性。研究表明,1)夏秋两季GP与Nio3指数在东南区(SE)均为显著正相关,在西南区(SW)仅秋季呈显著正相关;GP与EMI(El Nio Modoki Index)指数在夏季SE区域为显著正相关,在秋季南中国海(South China Sea,SCS)区呈负相关。2)在EP El Nio年,夏季SE区域的GP增大与低层涡度、高层散度以及低层相对湿度的相对增大一致。夏季SW区域与秋季SE区域的GP增大与有利的高低空配置相关,La Nia年则与之相反。3)在CP El Nio年,夏季SE区域的GP增大伴随着低层涡度和高层散度的增加,同时与充足的水汽及弱风切变相吻合;而秋季SCS区域的GP下降源于正涡度带、正散度带以及水汽带的东移。     

INFLUENCE OF THE INTERANNUAL VARIATION OF CROSS-EQUATORIAL FLOW ON TROPICAL CYCLOGENESIS OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC

The influence of the interannual variation of cross-equatorial flow(CEF) on tropical cyclogenesis over the western North Pacific(WNP) is examined in this paper by using the tropical cyclone(TC) best track data from the Joint Typhoon Warning Center and the JRA-25 reanalysis dataset. The results showed that the number of TCs forming to the east of 140°E over the southeastern part of the western North Pacific(WNP) is in highly positive correlation with the variation of the CEF near 125° E and 150° E, i.e., the number of tropical cyclogeneses increases when the cross-equatorial flows are strong. Composite analyses showed that during the years of strong CEF, the variations of OLR, vertical wind shear between 200-850 h Pa, 850 h Pa relative vorticity and 200 h Pa divergence are favorable for tropical cyclogenesis to the east of 140°E over the tropical WNP, and vice versa. Moreover, it is also discussed from the view of barotropic energy conversion that during the years of strong CEF, an eastward-extended monsoon trough leads to the rapid growth of eddy kinetic energy over the eastern part of WNP, which is favorable for tropical cyclogenesis;but during the years of weak CEF, the monsoon trough is located westward in the western part of the WNP, consistent with the growth area of eddy kinetic energy. As a result, there are fewer TC geneses over the eastern part of WNP.Besides, the abrupt strengthening of a close-by CEF 2-4 days before tropical cyclogenesis may be the one of its triggers.     

IMPACTS OF DIFFERENT KINDS OF ENSO ON LANDFALLING TROPICAL CYCLONES IN CHINA

Interannual variability of landfalling tropical cyclones(TCs) in China during 1960-2010 is investigated.By using the method of partial least squares regression(PLS-regression),canonical ENSO and ENSO Modoki are identified to be the factors that contribute to the interannual variability of landfalling TCs.El Ni o Modoki years are associated with a greater-than-average frequency of landfalling TCs in China,but reversed in canonical El Ni o years.Significant difference in genesis locations of landfalling TCs in China for the two kinds of El Ni o phases occurs dominantly in the northern tropical western North Pacific(WNP).The patterns of low-level circulation anomalies and outgoing longwave radiation(OLR) anomalies associated with landfalling TC genesis with different types of El Ni o phases are examined.During canonical El Ni o years,a broad zonal band of positive OLR anomalies dominates the tropical WNP,while the circulation anomalies exhibit a meridionally symmetrical dipole pattern with an anticyclonic anomaly in the subtropics and a cyclonic anomaly near the tropics.In El Ni o Modoki years,a vast region of negative OLR anomalies,roughly to the south of 25°N with a strong large-scale cyclonic anomaly over the tropical WNP,provides a more favorable condition for landfalling TC genesis compared to its counterpart during canonical El Ni o years.For more landfalling TCs formed in the northern tropical WNP in El Ni o Modoki years,there are more TCs making landfall on the northern coast of China in El Ni o Modoki years than in canonical El Ni o years.The number of landfalling TCs is slightly above normal in canonical La Ni a years.Enhanced convection is found in the South China Sea(SCS) and the west of the tropical WNP,which results in landfalling TCs forming more westward in canonical La Ni a years.During La Ni a Modoki years,the landfalling TC frequency are below normal,owing to an unfavorable condition for TC genesis persisting in a broad zonal band from 5°N to 25°N.Since the western North Pacific subtropical high(WNPSH) in La Ni a Modoki years is located in the westernmost region,TCs mainly make landfall on the south coast of China.     

两类El Niño型对西北太平洋季风槽及热带气旋生成的可能影响

通过对1948~2015年不同El Ni?o事件下西北太平洋季风槽变化和热带气旋(tropical cyclone,TC)生成进行分析,初步探讨了不同El Ni?o型事件对季风槽及其对TC的可能影响。分析结果表明,较东太平洋增暖(eastern Pacific warming,EPW)年,中太平洋增暖(central Pacific warming,CPW)年季风槽偏弱,位置相对偏西、偏北。在CPW年,中(西和东)太平洋海温增暖(降低)引起了从中到西太平洋热带地区的西风异常和中太平洋地区上升运动及对流活动加强,使得季风槽加强东伸,同时西太平洋副高偏弱、偏北,季风槽向北推进;而在EPW年,赤道东(西)太平洋海温增暖(降低)使得赤道地区西风异常显著加强东扩,异常Walker环流的上升支东移至东太平洋,季风活动加强,副高偏强、偏南,这使得季风槽较CPW年相比更强、更偏东。利于TC生成的大尺度环境因子随季风槽强度和位置的变化而发生改变,在CPW年,低层气旋性涡度、高层辐散、高的中层相对湿度以及低垂直风切变区随着季风槽向北移动;而在EPW年,这些因子随季风槽向南、向东偏移。这些大尺度环境因子的变化使得西北太平洋TC生成的位置在CPW年比EPW年更加偏北、偏西。     

2015年西北太平洋台风季提早展开:2015/2016超级厄尔尼诺的影响

2015年1-5月西北太平洋上异常出现了7个热带风暴（Tropical Storms,TS）,其中有5个发展成台风（Typhoons,TY）,分别为气候平均态（1979-2015年）的2.5和3.6倍,亦即2015年的台风季提前展开。利用ERA-Interim再分析资料、JTWC热带气旋最佳化路径数据等资料,通过计算台风生成指数（Genesis Potential Index,GPI）和比较天气尺度和季节内振荡分量,探讨2015年台风季提前的原因。结果表明：1）2015年初异常活跃的台风活动与2015/2016年超级El Niño事件于西北太平洋上引发的海气状态异常有关。2）通过对大尺度环境场和台风潜在生成指数（GPI）的诊断分析发现,动力因子（低层涡度、垂直速度）和热力因子（与海表面温度、大气温度有关的潜在强度、中低层大气相对湿度）均对2015年1-5月台风的发生有正贡献。其中,涡度项的贡献最大,相对湿度的贡献次之。3）3~10 d天气尺度扰动和10~90 d季节内振荡在2015年1-5月也异常活跃,有利于TS和TY的生成与发展。     

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.     

西北太平洋热带气旋在ENSO发展和衰减年的路径变化

本文运用有限混合模型算法对1979~2015年夏、秋季（6~11月）中国气象局（CMA）上海台风研究所（STI）的最佳路径数据集热带气旋（TC）路径进行聚类,将其路径分为七类,分别为第一类（西太西移型）、第二类（南海西移型）、第三类（沿海转折型）、第四类（低纬转折型）、第五类（洋面转折型）、第六类（近海转折型）、第七类（日本海转折型）;并利用S-EOF（季节EOF,Seasonal Empirical Orthogonal Function）方法确定ENSO四个位相（El Ni?o发展年、El Ni?o衰减年、La Ni?a发展年、La Ni?a衰减年）,分析在不同ENSO位相下TC路径的年际变化以及相应的流场,得到一些有意义的结论:El Ni?o发展年,TC在西北太平洋东南海域活动频繁,以第六类（近海转折型）路径为主;El Ni?o衰减年以第二类（南海西移型）路径居多,第七类（日本海转折型）路径也较为活跃;La Ni?a发展年,TC集中在西北象限海域,以第七类（日本海转折型）路径为主;La Ni?a衰减年,TC源地多位于我国沿海地区与台湾岛附近洋面上,以第三类（沿海转折型）路径为主。