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.     

西北太平洋风速垂直切变异常对热带气旋活动年际变化的影响

应用中国《台风年鉴》资料、欧洲中心40年月平均再分析资料和NOAA的逐月海温资料,研究了西北太平洋(5°—30°N,110°E—180°)风速垂直切变异常对热带气旋(TC)活动年际变化的影响。研究发现,西北太平洋所有TC、风暴以上级别的TC(TSTY,即达到热带风暴级别及以上的所有TC)和所有台风(WTY,包括台风、强台风和超强台风)年频数与西北太平洋风速垂直切变都显著负相关。西北太平洋风速垂直切变大小对生成源地在南海(5°—30°N,110°—120°E)TC和西北太平洋西部海域(5°—30°N,120°—150°E)TC的影响较小,而对西北太平洋东部海域(5°—30°N,150°E—180°)生成的TC影响最大:即西北太平洋风速垂直切变负异常年,有利于西北太平洋东部海域TC生成发展,使得负异常年较正异常年TC频数偏多和源地平均位置偏东;并且风速垂直切变的变化对TC频数和生成源地影响的显著性,随着TC强度的增加而增加。对TSTY生成环境场的进一步分析表明,西北太平洋风速垂直切变偏小年,季风槽偏强位置偏东,它的东端位于宽阔的太平洋洋面,与弱风速垂直切变区相配合,暖的海温加上低层强烈的正涡度和强烈辐合,且相应的高层有强的气流辐散区,这些环境场都有利于TSTY在主要源地尤其是西北太平洋东部海域生成,这是风速垂直切变偏小年TSTY偏多和生成源地偏东的重要原因。     

GFDL_RegCM对21世纪西北太平洋热带气旋活动的情景预估

首先评估了GFDL模式对西北太平洋热带气旋(TC)环境热力及动力因子的模拟性能,再利用夏威夷大学国际太平洋研究中心高分辨率区域气候模式( IPRC-RegCM),进行降尺度研究西北太平洋TC活动特征,在此基础上预估21世纪全球变暖背景下(A1B)西北太平洋TC活动的主要特点.结果显示,在西北太平洋TC活动区,GFDL控制试验的海平面温度(SST)比ERSST偏低.与NCEP/NCAR再分析资料相比,GFDL模拟的1980-1999年大尺度环流平均场表现为:副高脊线平均位置近乎一致,西伸脊点偏东,强度偏弱,面积偏小；季风槽槽线的范围偏小,强度偏弱；水平风垂直切变值在南海及菲律宾群岛海域偏小,而在160°E～170°W的20°N以南偏强.与NCEP/NCAR强迫的模拟结果相比,GFDL强迫得到的TC源地频数在南海偏少,菲律宾群岛以东海域偏多,两者的季节及年际变化特征相似.路径频数在南海北部和我国华南沿岸显著偏多.AlB情景下,西北太平洋TC生成数目将增加一倍,生成源地偏北且同时向东部洋而扩展,路径频数增多主要发生在20°N以北的中东部洋面上,移经西北太平洋西部的TC频数减少,由此影响我国的TC将减少.TC频数的季节分布发生较大变化,最多的月份在10月.TC平均强度增强,最大强度在10月增加最多,这与10月SST的增加和环境风切变的减小均为最大值有密切的关系.     

近58年西北太平洋热带气旋频数的气候变化特征

基于中国气象局整编的1949~2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了西北太平洋各种强度类型TC频数的气候变化和TC达到最强时的频数空间分布特征。结果表明:(1)近58a TC频数减少的趋势非常显著,频数上存在多种时间尺度的变化特征。(2)长周期振荡特征看,目前低频数的阶段即将结束,未来10年TC个数很可能是增加的趋势。(3)不同类别的TC分析表明,TD频数是明显减少的,而TS频数则是明显增加的;STS频数的减少并不显著,TY频数的减少则较为显著。(4)长周期振荡分析表明,短时间内仍处于TD频数较少时段,而TS频数则是处于增多的阶段;STS和TY频数未来若干年很可能转增多的趋势。(5)热带气旋在生命史中强度达到最强时的位置有向北漂移的趋势,这在频数空间分布的年代际变化上表现明显。     

大气环状模对夏季中国大陆登陆热带气旋频数气候变化的影响

采用1949—2016年7—8月美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料与中国气象局(CMA)上海台风所整编的热带气旋最佳路径数据集,研究大气环状模(Circumglobal Teleconnection,CGT)与中国大陆地区登陆热带气旋(Tropical Cyclone,TC)频数气候变化的关系。定义200 hPa经向风经验正交展开(EOF)的第一模态为CGT,其时间系数为环状模指数(Circumgolbal Teleconnection Index,CGTI)。CGT在北半球中纬度地区有5个异常中心,CGTI在1949—2016年呈明显的下降趋势,且存在一个2~3 a的周期振荡。CGT与大尺度环流异常存在密切的联系。研究表明:CGTI与中国大陆登陆TC频数气候变率具有显著的正相关,即CGTI表现为正异常时,登陆中国大陆的TC频数增加,反之减少。当CGT表现为正位相时,东亚副热带西风急流增强,急流南侧的反气旋切变增强,使TC登陆过程的活动区域200 hPa的辐散增强,此外,对流层高层Rossby波能量向南传播增强,形成波通量辐合,导致东风异常,产生了东风异常的引导气流和纬向风垂直切变,东风切变使得切变减小,增加了TC登陆中国大陆的可能性。     

西北太平洋热带气旋的年际和年代际变化及其与南亚高压的关系

利用1949～1996年48年西北太平洋热带气旋(TC)的年个数资料和1958～1997年40年南亚高压(SAH)特征参数的月平均资料，讨论了西北太平洋TC年个数的年际、年代际变化、年个数周期和周期能量等特点及其与SAH特征参数的关系和异常TC年前期SAH环流场和100 hPa高度场的特征。结果表明，西北太平洋TC具有明显的年际和年代际变化，前期SAH对当年TC频数有一定影响，SAH中心位置偏北、偏西，中心强度偏弱时，当年TC偏多，反之，当年TC偏少。     

21世纪增暖情景下西北太平洋热带气旋频数的预估

利用IPCC发布的5个全球气候模式在高（SRES A2）、低（SRES B1）两种不同排放情景下的预报集成结果,对21世纪大尺度环境进行分析,进而对西北太平洋夏季热带气旋（TC）的频数进行预估。结果表明：两种情景下热带西北太平洋均呈现500 hPa位势高度偏高、太平洋东部海表温度偏高、低层菲律宾以东为异常反气旋性环流控制的特征。这种大尺度环境不利于TC生成,在高排放情景下或21世纪中叶后该环境特征更显著。未来TC频数总体呈减少的趋势,低排放情景下的TC频数变化趋势比高排放情境下平缓,TC频数存在年代际和年际变化。     

西北太平洋和南海不同时段生成热带气旋频数及其水汽条件的分类

对1961—2010年南海和西北太平洋不同时段生成热带气旋(tropical cyclone,TC)频数的时空分布及水汽条件对其产生的影响进行了分类研究。结果表明,可以将TC活动划分为活跃期(6—11月)和平静期(上年12—当年5月)两个时段。在TC活跃期和平静期,南海和西北太平洋上TC频数的EOF第一特征向量都表现为一致的增加或减少。活跃期EOF的第二特征向量表现为南海与西北太平洋中西部的TC频数存在相反的变化趋势,平静期EOF的第二特征向量则表现为130°E以西海域的TC频数与130~150°E范围内生成热带气旋存在相反的变化趋势。活跃期和平静期西北太平洋TC的生成频数与水汽通量散度均存在显著的负相关;而在活跃期南海TC频数与水汽通量散度仅在南海中北部有弱的负相关,在平静期南海东部到菲律宾附近海域有显著的负相关。因此,水汽条件的影响使得在活跃期南海和西北太平洋TC高频年中,南海北部和西北太平洋中东部TC频数明显偏多,而平静期高频年中,南海东部以及西北太平洋中西部TC频数明显偏多。     

东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比

利用1980-2009年美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,定义西北太平洋TC 24 h强度变化达到总体样本96%累积概率的变化值,即35 kn作为TC快速增强的阈值。根据NCEP/NCAR资料将200~850 hPa之间 TC所处的环境纬向风切变(wind shear,WS)划分为东风切变(east wind shear,EWS)和西风切变(west wind shear,WWS)。对比了EWS和WWS环境下快速增强热带气旋(rapid intensification tropical cyclones,RITC)的统计和大尺度环境合成场特征,结果表明,近70%的TC快速增强发生在东风切变环境下。TC快速增强概率最高的月份在9月,初始强度区间为[65,75) kn。大的EWS下,850 hPa有来自南海地区的西南气流为RITC输送充沛水汽,500 hPa、200 hPa高压势力强但脊线位置偏北,RITC流出层温度低于-79 ℃,垂直结构上底层的辐合与高层的辐散也相对较强。大WWS下,850 hPa的水汽主要为来自西北太平洋的东南气流,500 hPa副热带高压断裂为几个分散的中心,200 hPa辐散相对较弱,RITC合成位置位于副热带高压西北侧的西风气流,流出层温度约-76 ℃。     

西北太平洋TC高频源地与GMS-SST暖水区及ITCZ的匹配关系

利用GMS高精度遥感海表温度(SST)反演资料、外逸长波辐射(OLR)反演资料和西北太平洋热带气旋(TC)源地及频数数据,分析了GMS-SST、赤道辐合带(ITCZ)、TC源地及频数的时空分布特征。研究发现:TC源地、发生频数以及强度的时空分布和变化均具有趋暖性。GMS-SST大于等于28℃的阈值条件为西北太平洋TC发生和维持的必要条件。并且存在10°N高频收缩轴,其与由GMS-SST大于等于28℃所定义的西北太平洋暖水区,GMS-OLR小于等于240 W.m-2定义的ITCZ的时空分布及变化有很好的相关性,即存在TC高频源地—GMS-SST暖水区—ITCZ三者间的匹配相关。     

西北太平洋热带气旋生成数在1990年代中期发生突变的气候环境特征分析

利用CMA热带气旋(TC)最佳路径资料和NCEP再分析资料,分析1949—2013年西北太平洋(包括南海)TC生成数的变化特征,发现在1995年前后发生由偏多到偏少的显著突变。对影响TC生成的主要气候环境要素场进行对比分析表明,在1995年之后,虽然赤道西太平洋海表温度偏高,热带太平洋为类La Ni?a的异常海温型,但垂直上升运动减弱、对流层纬向风垂直切变幅度增大、海平面气压升高,均不利于TC的生成,其综合影响导致TC数目显著减少。对1995年前后两个时期TC生成多、少典型年份海洋大气环境场的对比分析表明,1995年以前热带海洋表面温度对TC生成有相对重要的影响,而1995年以后风场环境对TC生成的影响作用更重要。      

MJO与西北太平洋热带气旋活动的关系及其年代际变化

利用澳大利亚气象局RMM指数(Real-time Multivariate MJO Index)和美国联合预警中心(Joint Typhoon Warming Center)的最佳台风路径资料以及NCEP/NCAR逐日和逐月平均的再分析资料,分析研究西北太平洋热带气旋(TC)的年代际变化及其与MJO之间的关系。结果表明,相比1979—1997年时段,1998—2010年时段的西北太平洋TC生成频数发生显著减少的改变,且TC频数减少主要出现在MJO活跃位相(4、5、6、7位相)中。通过对1979—1997年和1998—2010年两个时段的气候背景与MJO传播进程比较分析发现,1998—2010年时段TC频数显著降低,主要由于赤道太平洋海表温度La Ni?a型的冷却,导致该时段Walker环流增强,从而使得西北太平洋地区产生底层东风异常、负相对涡度增加、海平面气压升高、垂直风切变加大等抑制TC生成的大尺度环流条件。同时,在此气候背景下的MJO周期缩短、活跃持续日数减少、部分活跃位相低频风场出现东风异常和对流活跃面积收缩,也可能进一步导致TC频数在上述两个时段的较大差异。      

环境场对西北太平洋热带气旋快速增强过程的影响

利用美国联合台风预警中心整编的西北太平洋1970—2012年热带气旋(TC)最佳路径数据集及ERA-Interim再分析资料,利用极端天气法确定TC快速增强(RI)的阈值为30 kn,分析了快速增强(RI)TC的时空分布特征;从RI的样本中选取9个个例,采用动态合成分析法,对TCRI过程的环境场进行比分析。研究表明:(1)菲律宾群岛以东(10~15°N,130°E)海域为RI发生频数最多的区域,南海地区发生RI的情况明显偏少。(2)RI在1972年发生的概率最大,而在2005年发生的概率最小,1997年后,RI发生的概率波动性较大。(3)西风与西南风水汽输送结合150h Pa附近的反气旋强辐散作用,有利于TCRI过程的进行。(4)RI发生前24 h至RI发生后的6 h,TC中心附近区域平均东风切变较快增大,其值由0.5 m·s~(-1)增加到2.5 m·s~(-1)左右,之后保持在2.0~3.0 m·s~(-1),使TC处于一个有利于其RI过程的纬向风切变环境。     

西北太平洋晚季台风频数突然减少的成因分析

西北太平洋地区晚季(10—12月)66%的热带气旋可以发展成为台风,其比率高于盛夏季节。基于贝叶斯突变分析的研究结果表明,西北太平洋晚季台风频数在1998年前后发生了年代际转折,即相对于1979—1997年,台风频数在1998—2016年显著减少。台风生成的空间分布情况表明,西北太平洋台风频数总体呈减少状态,减少最多的区域出现在东南部(0°～17.5°N,135°～180°E)。相应的,台风生成潜在指数(Genesis Potential Index, GPI)在该区域也明显减小。通过对比分析涡度、垂直切变、相对湿度和最大潜在强度四个主要因子对GPI变化的相对贡献大小,结果表明动力因子(垂直切变和涡度)对西北太平洋台风生成频数的年代际变化起关键作用。     

影响福建热带气旋活动特征分析

分析了1960—2005年影响福建热带气旋(简称TC)的活动特征，结果表明：影响TC频数呈减少趋势；7—9月影响频数多，8月为最多；影响频次的空间分布呈东南-西北递减的带状分布；南海是影响TC生成频数最多的集中区域。分析了TC异常活动的环境场，在TC异常偏多年份，低层ITCZ位置偏北，西北太平洋(WNP)生成TC位置也较偏北，同时在中国东南沿海为异常的气旋性距平环流控制，非常有利于TC的生成和发展。对于低压环流影响年份，在WNP区域TC生成频数偏多偏北情况下影响中国东南沿海地区TC较频繁，则影响福建TC数偏多；反之，ITCZ明显偏弱，中国东南沿海为异常的反气旋性距平环流控制时，影响福建TC数偏少。对亚洲地区500 hPa大气环流分析发现，影响福建TC异常偏多(少)年份，副热带高压位置偏北(南)。     

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTwC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974～2004年5～10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析.结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大.环境风垂直切变在两北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏.     

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)。     

全球气候变暖背景下登陆我国台风特征的分析

利用1949-2002年西北太平洋热带气旋、登陆我国台风和全球地面温度资料，对登陆我国台风的频数、强度以及登陆位置的年际变化，特别是趋势特征进行了分析，并与西北太平洋台风的变化特征作了对比。结果表明：在全球气候变暖背景下，我国登陆台风频数的减少趋势没有西北太平洋台风频数的减少趋势强；登陆台风的平均强度和极端强度均有减弱趋势，极端强度的减弱趋势尤为明显，但其强度弱于西北太平洋台风。在1968-2002年全球明显增暖时段，我国台风登陆位置偏向我国中部，西北太平洋台风在生命史中强度达最强时的位置有向北移动的趋势。     

近58年西北太平洋热带气旋频数的气候变化特征

基于中国气象局整编的1949-2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了西北太平洋各种强度类型TC频数的气候变化和TC达到最强时的频数空间分布特征。结果表明：（1）近58a TC频数减少的趋势非常显著,频数上存在多种时间尺度的变化特征。（2）长周期振荡特征看,目前低频数的阶段即将结束,未来10年TC个数很可能是增加的趋势。（3）不同类别的TC分析表明,TD频数是明显减少的,而TS频数则是明显增加的;STS频数的减少并不显著,TY频数的减少则较为显著。（4）长周期振荡分析表明,短时间内仍处于TD频数较少时段,而TS频数则是处于增多的阶段;STS和TY频数未来若干年很可能转增多的趋势。（5）热带气旋在生命史中强度达到最强时的位置有向北漂移的趋势,这在频数空间分布的年代际变化上表现明显。     

南海-西北太平洋地区大气准双周振荡对TC生成的调节作用

通过对南海-西北太平洋地区大气10～20 d准双周振荡(QBWO)不同位相的划分(A～D),研究了QBWO对南海-西北太平洋海域热带气旋(TC)生成的调节作用。将TC分为强热带风暴及以下级别(TS)和台风及以上级别(TY),并将QBWO分为干湿位相,发现南海海域生成的TS(TY)在干湿位相的比与西北太平洋海域生成的TS(TY)在干湿位相的比相等,这表明QBWO对TS(TY)生成的调节作用在南海和西太平洋地区可能相同。从A位相到C位相,南海和西北太平洋地区TC的生成频数均逐渐增多,D位相时期,TC生成最少,多数TC发生在QBWO的对流活动湿位相,少数TC发生在干位相。南海-西北太平洋海域TC的生成受到QBWO的明显调制。从位相A到位相C,低频对流和低频风场逐渐向西北方向移动,低频对流强度持续加强,低频风场逐渐由异常西风-东风-西风转为异常东风-西风-东风配置,西北太平洋地区季风槽加强,使得TC生成频数逐渐增多。此外,在QBWO活跃位相,非绝热加热增强和纬向风垂直切变减弱也有利于TC的生成。