交叉小波变换在河南降水时频分析中的应用

在利用Marr小波对时间序列进行连续小波变换的基础上，采用交叉小波变换方法，分析了河南省近50a降水与ENSO之间的关系。结果表明，河南降水距平（ΔR）、海面温度距平（ΔTss）以及南方涛动指数距平（ΔISO)序列中都存在着不同时间尺度的周期分量，并且各周期分量的强度是不同的。同时研究了ΔR与ΔTSS，ΔISO之间2－4a和5－7a周期尺度的相关振荡及各尺度上的时频特征。     

冀州市1955-2009年降水变化特征分析

利用1955--2009年月降水和年降水资料,采用墨西哥帽小波函数,对冀州55年来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了冀州降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并通过分析小波方差确定一个时间序列中存在的主要周期成分。结果表明：四季、年的降水距平呈现出不同的周期变化;夏季降水距平的信号震荡特征与年降水距平的信号震荡特征比较相似;各季节和年降水均存在8～12a左右时间尺度的周期特征;其次,4～6a左右时间尺度的周期特征也较明显。     

墨西哥帽小波变换的影响域和计算方案新探讨

该文分析了Torrence等人研究的墨西哥帽 (Mexican Hat) 小波变换的影响域和高频失真问题并探讨了解决方案。平移点b处、小波尺度为a的墨西哥帽小波函数的有效定义域为[ b-2.12a, b+2.12a], 以墨西哥帽为母函数的小波变换的真正影响域是2.12a, 小波尺度a的最大值应为N/4.24(N为时间序列长度)。提出了充分利用小波函数速降性质和立方样条插值小波系数的新计算方案, 消除了该计算方案产生虚假的显著高频周期振荡问题。利用正弦函数型时间序列小波变换的解析式检验了文中提出的新计算方案的合理性。利用新计算方案对冬季Ni?o3.4指数进行分析, 冬季Ni?o3.4指数的平均整体小波功率谱表明, 存在约12年的年代际变化和准4年的年际变化, 不存在显著的准两年周期振荡。     

1949～2005年海南岛登陆热带气旋的若干变化特征

利用热带气旋(TC)年鉴资料和海南岛逐日降水量资料,对海南岛57a登陆TC年频数、强度、登陆位置、活动时间、登陆维持时间、登陆TC降水量的变化特征进行了分析。结果表明:在全球气候变暖背景下,海南岛登陆TC年频数有显著减少趋势,但登陆时TC的平均强度和极端强度都有增强趋势,这主要归功于南海登陆海南岛的热带低压年频数的显著减少和强热带风暴的弱增加;登陆TC具有准3a的周期,而南海登陆海南岛的TC具有准3a、准5a的周期,西太平洋登陆海南岛的TC具有准13a和准3a的周期;海南岛登陆TC的登陆点位置有南移趋势,80年代中期以来在海南岛最南端地区登陆的TC频数明显增多;登陆TC的活动时间和登陆维持时间均有弱的缩短趋势;登陆TC暴雨与登陆时TC强度成显著负相关关系而和登陆维持时间有显著正相关关系,但登陆时TC强度对暴雨的影响强于登陆维持时间;登陆TC年降水量呈减少变化趋势,其中登陆风暴和强风暴的年降水量有增多趋势,登陆热带低压和登陆台风年降水量均有减少趋势。     

引起广西大风的台风特征分析

利用1960-1999年广西台风大风实测资料，对造成广西6级以上大风的台风空间和时间分布特征、台风的路径特征等进行统计分析，并利用小波变换时域局部性的特点，对造成广西6级以上大风的台风频数的时间序列资料进行了小波分析，研究了台风频数在不同时间尺度上的变化情况，指出这种台风频数变化的阶段性、周期性和突变性等特征，揭示了长期的频数变化规律。对掌握引起广西大风的台风频数的演变规律是一个有益的探索。     

登陆中国热带风暴年际和年代际变化及其与全球大尺度环流的相关

利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究了登陆中国热带风暴频数的非平稳年际和年代际变化主要周期型。对1951—2006年登陆中国的热带风暴频数序列进行分解,分别得到包含有准4年（C01）、6～7年（C02）的年际周期分量和14～16年（C03）的年代际周期分量的时间变化型。这些分量给出了登陆中国热带风暴频数在不同时间尺度上独立的变化特征,其中C01周期分量强度最大,且与ENSO有关。登陆中国的热带风暴频数趋势分量不显著,表明近56年来登陆中国热带风暴无明显增加（减少）趋势。这些周期分量与夏季海平面气压场的相关分析表明,登陆中国热带风暴频数年代际变化与南半球热带和中高纬度环流系统的相互作用密切相关。     

福州市近百年强降水频数的统计特征

利用福州市近110年降水资料，通过数理统计和小波分析，揭示出该市近百年强降水频数的演变规律。分析显示：（1）3－9月是强降水多发期，其中大暴雨（R≥100mm）主要集中在7－9月的台风季节，而在1－3月及11－12月从未出现过。（2）大暴雨的年代分布呈准三波形式。（3）强降水（R≥50mm）的历史演变有着较好的准14年周期。     

陕北地区近47年降水小波变换分析

利用陕北地区12个站1959--2005年逐月降水资料和小波变换方法,对陕北近47a降水的季节变化和年际变化时间序列进行小波分析,并对未来降水变化趋势估计。主要结论;（1）陕北地区各个季节和年降水都存在多时间尺度特征,21a左右时间尺度的周期振荡明显,且具有全域性;春、夏、秋和全年降水分别在1．5a、2a、21a和16a左右的时间尺度周期振荡也比较明显。（2）春季降水变化的显著时间尺度为1．5a和8a;夏季降水在2a的时间尺度上具有第一主周期;秋季和全年降水分别在21a和16a的时间尺度上具有第一主周期。（3）根据小波分析结果,估计夏季降水近期会逐渐增多,其它季节和年降水量的总体趋势偏少。     

引起广西大风的台风特征分析

利用1960~1999年广西台风大风实测资料,对造成广西6级以上大风的台风空间和时间分布特征、台风的路径特征等进行统计分析,并利用小波变换时域局部性的特点,对造成广西6级以上大风的台风频数的时间序列资料进行了小波分析,研究了台风频数在不同时间尺度上的变化情况,指出这种台风频数变化的阶段性、周期性和突变性等特征,揭示了长期的频数变化规律。对掌握引起广西大风的台风频数的演变规律是一个有益的探索。     

太阳活动变化的小波分析

结合太阳活动变化分析,介绍了Morlet小波变换方法在气象时间序列周期分析和突变分析中的应用,对太阳黑子活动得出了一些有意义的结果。分析发现,太阳活动存在14.5 a和106 a的变化周期,其中14.5 a周期最为显著。太阳活动强弱变化存在一定的阶段性,在近258 a发生过6次突变。     

TOVS中热带气旋结构及其在数值预报中的应用

利用TOVS资料分析了2000年几个热带气旋的结构,发现与经典概念模型所描述的结构有一定的差异,主要表现在:(1)在水平结构上,非对称结构呈多样性,高度场的低层低值中心(或高层高值中心)与温度场的高值中心并不一定重合;(2)在垂直结构上,高度场的低层低值距平与高层高值距平的配置也呈多样性,特别是存在上、下层距平中心倾斜,或高层只是处于高压区的边缘,不存在明显的高值距平中心与热带气旋相对应.还参照TOVS中的热带气旋结构,进行了修订热带气旋数值预报模式系统中人造台风模型(台风BOGUS)结构的研究,发现修订后的台风BOGUS 能够更好地与环境场协调,并且能对热带气旋的路径预报取得较好的效果.这一方面说明了台风BOGUS的结构对其路径预报有较大的影响,另一方面也说明利用TOVS资料中的热带气旋结构能改善热带气旋路径预报.这也为台风BOGUS的修订和发展提供了依据.     

广东阳江沿海地区海陆风观测结果及其特征分析

利用TOVS资料分析了2000年几个热带气旋的结构，发现与经典概念模型所描述的结构有一定的差异，主要表现在：（1）在水平结构上，非对称结构呈多样性，高度场的低层低值中心（或高层高值中心）与温度场的高值中心并不一定重合；（2）在垂直结构上，高度场的低层低值距平与高层高值距平的配置也呈多样性，特别是存在了、下层距平中心倾斜，或高层只是处于高压区的边缘，不存在明显的高值距平中心与热带气旋相对应。还参照TOVS中的热带气旋结构，进行了修订热带旋数值预报模式系统中人造台风模型（台风BOGUS）结构的研究，发现修订后的台风BOGUS能够更好地与环境场协调，并且能对热带气旋的路径预报取得较好的效果。这一方面说明了台风BOGUS的结构对其路径预报有较大的影响，另一方面也说明利用TOVS资料中的热带气旋结构能改善热带气旋路径预报。这也为台风BOGUS的修订和发挥提供了依据。     

ENSO与西北太平洋强TC相关关系年代际变化研究

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC),中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)上海台风所,日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)的台风最佳路径资料以及美国NCAR/NCEP再分析资料等,深入研究厄尔尼诺—南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation,ENSO)与西北太平洋强热带气旋(Tropical Cyclone,TC),即1 min最大风速大于等于114 kn相关关系的变化。结果表明,ENSO与热带西北太平洋(Western North Pacific,WNP)强TC频数之间的相关关系存在明显年代际变化。在1960—1971年期间(前一阶段),强TC年频数与Ni1o3. 4(11月—次年1月平均)相关性较弱;而在1983—2014年期间(后一阶段)两者的相关性则为强的正相关。并且强TC的年频数、生命史以及生成位置在后一阶段El Ni1o和La Ni1a年之间的差异相比前一阶段都有明显的增大。进一步分析发现:热带太平洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)的西移是造成后一阶段Ni1o3. 4指数与强TC年频数相关性提高的关键因素。在后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年,SSTA的西移使得WNP东南象限的相对湿度明显增加(减少),从而有利于(不利于) TC在此象限生成。又因为位于东南象限的TC比较容易发展成强TC,因此导致后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年有更多(更少)的强TC在西北太平洋的东南象限生成。     

STATISTICAL ANALYSIS OF SUMMER TROPICAL CYCLONE REMOTE PRECIPITATION EVENTS IN EAST ASIA FROM 2000 TO 2009 AND NUMERICAL SIMULATION

Using 1°×1° final analysis(FNL) data from the National Centers for Environmental Prediction(NCEP),precipitation data from the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) and the best-track tropical cyclone(TC)dataset provided by the Japan Meteorological Agency(JMA) for June-August of 2000-2009, we comprehensively consider the two factors low-level moisture channel and interaction between TCs and mid-latitude systems and implement a statistical analysis of remote precipitation in East Asia to the north of 0° and to the west of 150° E. 48 cases of remote precipitation occurred in this period, which are categorized into five classes. After a composite analysis of the different classes, the main systems at 850 h Pa and 500 h Pa that impact the remote precipitation are as follows:TC, mid-latitude trough, subtropical high and water vapor channel. In particular, the water vapor channel which usually connects with Indian monsoon has the most significant impact on remote heavy rainfall. Another important factor is the mid-latitude trough. The type of north trough/vortex-south TC remote precipitation events happen most frequently,accounting for 68.8% of the total incidence. Most remote precipitation events occur on the right side of the TC path(representing 71% of the total number). At 200 h Pa, the remote precipitation events usually occur on the right rear portion of a high-altitude jet stream, and there is an anti-cyclonic vortex to the east and west of the TCs. When there is no anti-cyclonic vortex to the east of the TC, the TC is relatively weak. When the remote precipitation occurs to the northwest of the TC and there is a trough in the northwest direction, the TC is relatively strong. Numerical experiments are carried out using Weather Research and Forecast(WRF) model. The results shows that the TC plays a main role in producing the heavy precipitation and results in the enhancement of precipitation by impacting the water vapor channel.     

THE EFFECTS OF BOGUS TYPHOON AND OBSERVED OCEANIC DATA ON THE ABILITY OF T_(213)L_(31) TO PREDICT TC TRACK

The abilities of typhoon (TC) track prediction by a medium-range forecast model T213L31 at National Meteorological Center are analyzed and its ability to improve its TC forecasts is discussed. The results show that about 57% of the TCs could be predicted by T213L31 but the initial position errors are large.The 43% area without the prediction of TC tracks is concentrated between 13°N and 20°N and east of 120°E and lack of conventional observation data is the main reason for the absence of TC prediction in this area.The adding of bogus TC could improve the ability of TC track prediction when there is no TC vortex in the analysis field, but could only have positive effects on the short-range TC track prediction when there is TC vortex in the T213L31 analysis field.     

AN ANALYSIS OF DISTRIBUTION AND MESOSCALE STRUCTURE OF PRECIPITATION ABOUT LANDFALL TROPICAL CYCLONE KOPPU (0915)

Observation from automatic weather stations, radars and TRMM satellites are employed to investigate the precipitation distribution of tropical cyclone (TC) Koppu (0915) that made landfall on Guangdong province in 2009. The results show that the precipitation of landfall TC Koppu is featured by significant asymmetry and mesoscale structure, and occurs mainly to the left of its moving path. By examining the sea surface temperature (SST), water vapor flux, Q vector, vertical wind shear of environment etc., it is found out that the distribution of SST, water vapor convergence, low-level convective ascending and vertical wind shear facilitates the TC precipitation to take place to the left of the TC moving path. The mesoscale structure separated by Barnes band-pass filter presents that the precipitation of landfall KOPPU has some organized mesoscale spiral structures, which is around the TC center and composed of the form of belts or blocks. The heavy local rainfall of landfall TC Koppu is primarily associated with the rainfall due to mesoscale spiral structure.     

CALCULATION OF BASIC ENVIRONMENTAL GEOSTROPHIC FLOW AND STATISTICAL STUDY ON TC TRACK AND ITS DEVIATION

Using the T63L16 analysis data with the resolution of 1.875╳1.875 degree of latitude and longitude obtained from National Meteorological Center (NMC) and the real central position information of tropical cyclone (referred to as TC hereafter) numbered by NMC, the basic environmental geostrophic flow at 126 time levels of 25 TCs in 1996 are calculated. The vertical distribution features of the flows are analyzed. Besides, the deviation of real TC tracks from the flows (referred as steering deviation hereafter, namely, the deviation between the real central position of TC and the position calculated according to the steering flow) is also investigated. The result shows that the steering deviation would be different if the domain used to calculate the steering flow is different. The present paper obtains the optimum domain size to calculate the steering flow. It is found that the steering deviation is related to the velocity of steering flow and the initial latitude and intensity of TC itself, and that TC motion has relationship with the vertical shear structure of environmental geostrophic flow. The result also shows that the optimum steering flow is the deep-layer averaged basic flow from 1000 hPa to 200 hPa. Having the knowledge of these principle and features would help make accurate forecast of TC motion.     

全国热带气旋降水量的初步气候分析

利用1949—2009年热带气旋降水资料分析了全国热带气旋降水的时空分布特征。结果表明,全国各地区热带气旋降水的空间分布很不均匀,大致呈现东南—西北向的梯度分布,东南沿海地区降水量最大,西北内陆地区最小。另外,地形对降水的空间分布也有影响,例如东南沿海和山脉迎风坡的地形作用尤为显著。此外,比较不同年份的热带气旋降水的空间分布特征,有很多相似之处,如随经纬度的变化趋势,降水最大中心位置等。热带气旋降水具有比较明显的年代变化和显著的年际震荡。年代变化表现为20世纪50—60年代为大幅增加的过程,60—80年代降水总量基本维持,80年代后期降水呈现明显的震荡趋势。     

Modulation of low-latitude west wind on abnormal track and intensity of tropical cyclone Nargis (2008) in the Bay of Bengal

Tropical cyclone (TC) Nargis (2008) made landfall in Myanmar on 02 May 2008, bringing a storm surge, major flooding, and resulting in a significant death toll. TC Nargis (2008) displayed abnormal features, including rare eastward motion in its late stage, rapid intensification before landing. Using reanalysis data and a numerical model, we investigated how a low-latitude westerly wind modulated TC Nargis’ (2008) track and provided favorable atmospheric conditions for its rapid intensification. More importantly, we found a possible counterbalance effect of flows from the two hemispheres on the TC track in the Bay of Bengal. Our analysis indicates that a strong westerly wind burst across the Bay of Bengal, resulting in TC Nargis’ (2008) eastward movement after its recurvature. This sudden enhancement of westerly wind was mainly due to the rapidly intensified mid-level cross-equatorial flow. Our results show that a high-pressure system in the Southern Hemisphere induced this strong, mid-level, cross-equatorial flow. During the rapid intensification period of TC Nargis (2008), this strong and broad westerly wind also transported a large amount of water vapor to TC Nargis (2008). Sufficient water vapor gave rise to continuously high and increased mid-level relative humidity, which was favorable to TC Nargis’ (2008) intensification. Condensation of water vapor increased the energy supply, which eventuated the intensification of TC Nargis (2008) to a category 4 on the Saffir-Simpson scale.     

湿地边界层通量影响热带气旋登陆维持和降水的数值试验

用MM5v3模式及其TC Bogus方案对台风Nina(7503)在中国大陆上的维持加强过程进行模拟,并通过各种敏感性试验,研究了饱和湿地对热带气旋在大陆上维持和降水的影响。结果表明:湿地边界层内各通量对登陆热带气旋的强度、结构及其降水具有明显影响。潜热通量和感热通量均有利于热带气旋的维持和加强,其中潜热输送的作用显著,感热输送的作用较小。潜热和感热通量有利于热带气旋雨带螺旋结构的维持,对台风降水分布有明显影响,动量通量对热带气旋风场有显著的削弱作用,是其能量耗散、低压填塞的主要原因,但对台风降水具有局地增幅作用。