2018年8月西北太平洋热带气旋频数异常的成因分析

基于中国气象局"CMA-STI热带气旋最佳路径数据集"、欧洲中期天气预报中心ERAInterim逐月再分析资料,利用1979-2018年热带气旋生成指数中与西北太平洋海域(包括南海海域)8月TC生成频数相关性较好因子,定量分析了2018年8月环境场因子异常的情况与可能原因,并讨论其影响该月台风数量异常偏多的物理机制。结果表明:850 hPa相对涡度和600 hPa相对湿度与西北太平洋海域8月TC生成频数的相关关系最好。2018年8月,相关较高区域的850 hPa相对涡度与多年平均值最大正距平达0.25×10-4/s,600 hPa相对湿度高于多年平均值8%~10%。2018年8月,西北太平洋副热带高压(副高)位置偏西偏北、北印度洋至我国南海大范围海域西风正异常、南海海域经向风正异常、水汽通量正异常,以及季风槽的位置决定了850 hPa相对涡度因子和600 hPa相对湿度因子正异常的出现,触发对流活动的增强,并通过风驱动海面热量交换机制为TC中潜热释放提供所需的能量供应,最终导致TC生成频数偏多。     

2019年11月西北太平洋热带气旋生成频数异常偏多的成因分析

基于1979—2019年NCEP-DOE再分析资料、中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集和HadISST全球海温资料等,研究了2019年11月西北太平洋TC生成频数异常偏多的可能原因。结果表明:2019年11月西太平洋副热带高压(WPSH)强度偏强、脊线偏北,其南侧偏东气流与越赤道气流交汇形成的西北太平洋热带辐合带偏强偏北、向东延伸,为TC生成创造了低层强的辐合、高层强的辐散、小的风速垂直切变以及对流层中层充足的水汽等有利的大尺度环境条件,导致TC生成频次异常偏多、生成位置偏北偏东。采用EOF方法进行分析,发现11月东亚大槽年际变化的第二模态为南北反位相型分布,对应的第二特征向量(PC2)与WPSH脊线指数具有高度一致性,且与同期西北太平洋上空TC生成频数呈显著的正相关关系。即当11月东亚大槽北部加深而南部变浅时,对应WPSH脊线偏北,TC生成频数偏多,表明深秋季节西风带槽脊活动对西北太平洋TC生成有一定的调制作用。进一步的诊断分析揭示了北太平洋海温异常可能是造成东亚大槽经向偶极子型变异的重要因子。     

南海-西北太平洋季风槽中热带气旋群发的研究 Ⅰ.热带气旋群发的基本特征

应用1979—2005年西北太平洋热带气旋(TC)资料和NCEP/DOE AMIP-Ⅱ逐日再分析资料,在逐年分析南海-西北太平洋季风槽中TC(简称MTTC)生成及其群发的基础上,揭示季风槽中MTTC群发的基本特征,得到几点结论:(1)年平均MTTC群发过程3~4次,8月是MTTC群发最多的月份,占30%,9月次之,而5月份最少,仅占4%;(2)MTTC群发异常偏少年MTTC生成海区范围较常年偏小,位置较正常年份偏南、偏西;而异常偏多年MTTC生成海区范围较大,位置较常年偏北、偏东;(3)MTTC群发主要形成于4种季风槽环流模态中,即季风槽东伸型、反向季风槽型、三气流型、西太平洋季风槽型,其中,季风槽东伸型是MTTC群发的主要环流模态,占60.0%,西太平洋季风槽出现MTTC群发最少,仅占4.8%;(4)季风槽强度和形态的异常可能造成MTTC群发异常,而MTTC群发异常致使MTTC年频数异常。     

南印度洋副热带偶极子型海温异常与全球环流和我国降水变化的关系

用1951~2001年观测资料,研究了南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常对全球500hPa环流和我国降水的影响.结果表明,冬季IOSD激发出极显著的南北半球环绕太平洋的波列结构(CP),其年际变化周期是2.0和6.5 a,与赤道中东太平洋海温也有密切联系.北半球冬季异常峰值后的第二年春季欧亚中高纬度地区500 hPa环流出现显著的EUP型低频流型持续异常,同时中太平洋和北美地区出现CPNP流型和澳大利亚南部的南半球中高纬地区呈现极显著的西南太平洋遥相关型(SWP).当冬季赤道南印度洋副热带呈极显著的西负东正海温距平分布时,后期春季欧亚中高纬地区负EUP型遥相关波列持续偏强,导致东亚大槽明显偏弱,长江以北地区(特别是黄河中上游地区)多雨.反之,春季东亚大槽加强且稳定,我国东部地区大范围少雨.它反映了南印度洋地区海气系统相互作用与东亚热带内外环流低频变化的联系.因此,上一年冬季南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常强度是预测春季华北地区旱涝变化的重要因子之一.     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

1949—2019 年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

2017年7-10月西北太平洋TC生成异常特征及成因分析

利用CMA-STI热带气旋最佳路径数据集和NCEP/DOE再分析资料,对2017年7—10月西北太平洋热带气旋(TC)生成异常特征及大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2017年7月西北太平洋TC生成个数异常偏多、生成时间集中,7—10月TC生成位置异常偏西;(2)西北太平洋副热带高压7月下旬持续减弱东退和20～60 d季节内振荡异常活跃是该时期西北太平洋TC频繁生成的重要原因;(3)西北太平洋上空大尺度环流异常造成了2017年7—10月西北太平洋TC生成位置偏西。西北太平洋中、东部海域为强盛副高控制,但在南海至菲律宾以东洋面季风槽活跃,该海域对流层低层形成气旋性涡旋、高空散度和低层涡度大、垂直风切变偏小、对流层中层湿度大。而西太平洋越赤道气流与西北太平洋上空大尺度环流一致变化,越赤道气流偏弱,仅有位于105°E的越赤道气流较强,使得西北太平洋上空利于TC生成的环流西移;(4)受La Nina事件发展影响,赤道太平洋出现东风异常以及Walker环流异常偏西,使得与TC生成有关的大尺度辐合中心西移,造成TC生成位置偏西。     

黄河流域降水异常与渤、黄海水温,大气环流异常变化及入海流量关系的研究

利用1948-2004年CPC/NCEP的月平均降水资料、NCEP的850hPa风场和500hPa位势高度场资料,应用EOF方法、小波分析方法、合成法及相关分析法,分析了黄河流域降水主模态的空间分布及其时间变化特征和异常环流特征.利用黄河利津站1950- 2002年月平均入海流量资料分析了入海流量和降水关系.基于NOAA的1982-2004年月平均海温资料分析了渤、黄海3月海温和黄河流域7月降水的关系.结果表明:黄河流域降水空间模态主要表现为全流域一致型、南北型、东西型分布,黄河流域降水主要周期为2～4 a.黄河利津站入海流量和黄河流域年总降水量、降水第一模态有密切联系.黄河流域降水水汽输送受孟加拉湾水汽输送和西太平洋副热带高压外围风场影响,副高偏西不利于黄河流域降水,巴尔喀什湖附近异常低槽的发展有利于黄河流域的降水.3月份渤、黄海海温可作为考察当年黄河流域降水量的指标.     

热带大气环流异常与'98长江流域暴雨

运用常规资料、数值预报产品及ＯＬＲ资料,分析了１９９８年夏季热带大气环流异常特征与长江流域暴雨的形成。结果指出：北半球ＴＵＴＴ偏南偏西,澳洲及其以东冷空气活动弱造成越赤道气流偏弱,导致西北太平洋副高异常强大和位置偏西以及ＩＴＣＺ极弱。南半球印度洋冷空气活跃,越赤道气流强盛,加强了南亚季风,促使低纬度地区的水汽、热量源源不断地输送到副高西侧和北侧的长江流域,并与西北、华北南下弱冷空气汇合形成暴雨。     

全球越赤道气流基本特征

本文主要利用1973～1989年逐月全球热带200hPa及850hPa层经、纬向格点风及1980年以来1000,850,700,500,200,100,50hPa各层经纬向格点风,确定了热带对流层高、低(200,850hPa)层具有气候意义的越赤道气流通道,并分析了各越赤道气流通道强度的时、空变化特征。指出东半球比西半球越赤道气流强且稳定,季节变化也较明显。文章还指出,低层东半球向夏半球输送,高层夏半球向冬半球输送,且高、低层各相应通道强度变化趋势基本一致。高层与低层相比较,低层通道强且稳定,季节变化规律也较明显。文章还讨论了越赤道气流与大气环流系统的密切关系,指出各通道强度的年际变化是南、北两半球大尺度海-气相互作用的重要组成部分,是全球大气环流异常变化的重要信息。     

辽东半岛南部冷流降雪的统计特征及相关要素分析

辽东半岛南部地区及周边海域在特定的季节、天气形势和条件下可能会造成灾害性的冷流降雪天气, 提高冷流降雪预报准确性, 对沿海地区防灾减灾具有重要意义。本文利用1981—2021 年辽宁地区各气象站逐日降水资料及ERA5 再分析资料, 运用统计学和物理量诊断方法对辽东半岛南部地区冷流降雪的气候特征、发生规律及成因进行了分析。研究结果表明：辽东半岛南部地区冷流降雪强度弱, 主要以小雪为主; 降雪次数和降雪量均呈现南多北少的特点, 前者年际变化趋势平稳而后者较大; 12 月是冷流降雪发生的主要月份, 而11 月和2 月是降雪强度较强的月份。冷流降雪的产生和较大的海洋表面与大气温差、低层不稳定层结、海陆地形作用有密切关系; 当500 hPa 和850 hPa 影响系统为冷涡或低槽、辽东半岛南部及周边海域低层为偏北风且相对湿度条件较好、1 000 hPa 对应正相对涡度等条件时, 可以预测辽东半岛南部可能出现冷流降雪; 海表温度（Sea Surface Temperature, SST） 与850 hPa 温度之差直接决定了地面冷流降雪量的大小。     

台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP/NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

2016年10月11-19日东南太平洋一次温带气旋过程分析

利用美国国家环境预报中心发布的FNL资料、红外卫星云图资料和船测资料,对2016年10月17-19日某船舶在东南太平洋遭遇的一次温带气旋过程进行研究,以此为大洋航线上温带气旋预报保障能力提高积累经验。结果表明:(1)温带气旋A由绕极槽北伸切断发展而来,自西向东移动过程中在南太平洋大洋中部与另一气旋B合并加强对船舶航行造成影响;(2)气旋A初生阶段,大气低层旋转程度较强;成熟发展阶段在近地面、大气上层旋转程度较强;当气旋B初生发展时,气旋A中心附近自500 hPa以下为绝对涡度小值区,其上为绝对涡度大值区,绝对涡度垂直轴线向近B一侧倾斜;(3)槽后及气旋中心附近正涡度平流与槽前随高度增强的暖平流共同促使气旋发展。     

2000—2015年华北地区8月极端干旱的异常环流型及其波活动特征

利用1961—2015年华北地区54个国家级气象观测站夏季8月逐日降水资料和2000—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据,研究了华北地区8月极端干旱的异常环流型及原因。结果表明:华北地区极端干旱事件以年际变化为主,2000—2015年华北地区极端干旱年在中高纬500 hPa高度距平场上存在“-、+、-、+”的异常波列结构,乌拉尔山西部地区上空存在较强的反气旋性距平使得暖脊加强向北收缩,同时贝加尔湖上空存在较强的反气旋性距平使得此处的高空脊强度异常加强,影响范围加大,这种异常环流形势导致高空脊前干冷西北气流输送到华北地区。欧洲西部地区是北半球中高纬波作用通量的关键区,该地区地表2 m温度呈明显增加趋势,同时该关键区对应的500 hPa垂直波作用通量TNZ也呈现明显增加趋势。由于异常热力强迫作用激发出EU波列,低层能量向上传输,高层能量向外频散影响下游乌拉尔山西部地区暖脊加强,造成中高纬环流异常,导致华北地区极端干旱事件频发。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。     

1321号台风“蝴蝶”强度变化特征和影响因素分析

利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料（空间分辨率1°×1°）、台风实况资料及海南省气象台站观测资料,选取1321号台风＂蝴蝶＂为研究个例,从天气学原理高低空形势及动力、热力学物理量等多角度分析了＂蝴蝶＂强度演变特征及影响因素.研究结果表明,副热带高压与高空西风槽是影响此次台风的主要大尺度天气系统,弱冷空气南侵、南海海温偏高及越赤道气流强盛是＂蝴蝶＂迅速加强的重要原因.西风槽引导弱冷空气南侵使得台风外围环流气压梯度增加,斜压不稳定状态加剧;南海海温达到29℃,海温偏高使台风区域大气层结降低,深热对流发展;105°E越赤道气流强盛为台风提供了充沛水汽和能量.三者共同作用促使台风强度突然增强.另外,低层涡度、高层散度、湿位涡及水汽通量等物理量能够较好地表征＂蝴蝶＂强度变化特征.低层辐合流入、高层辐散流出为台风的加强提供了动力条件;湿位涡下负上正表明大气热力层结不稳定;水汽通量增加表明水汽条件充足.良好的动力条件、热力条件与水汽条件共同作用,使得＂蝴蝶＂在短时间内迅速加强为强台风.     

黄海西部2005—2007年海雾演变的气候特征研究

海雾对沿海地区的交通运输、工农业生产等影响很大,需要开展深入研究,以探索其生消演变规律。本文选择黄海西部的成山头、青岛、海阳、日照等4个测站为代表性测站,分析了2005—2007年海雾发生期间的位势高度、海温、海表面风场、相对湿度、稳定度及散度等要素场特征,着重探讨了海雾演变的气候特征。研究结果表明:500 hPa高空槽前位于黄海上空时有利于成雾;海温异常低的年份雾日较多;风向、散度和低层的层结稳定度是影响黄海海雾的主要因素;地理位置也是影响黄海海雾变化的重要因子;黄海海雾的水平分布具有南北空间不一致的特点。