北太平洋海冰, 一个西北太平洋台风生成频次的预测因子?

研究了北太平洋海冰面积与西北太平洋台风生成频次的关系. 研究表明冬季(前一年12月至1, 2月)和春季(3~5月)北太平洋海冰面积指数与全年的西北太平洋台风活动频次在1965~2004年中有显著的反相关关系, 相关系数分别为-0.42和-0.49(显著性水平达到99%以上). 冬、春季北太平洋海冰面积越大, 西北太平洋台风生成频次减少. 研究表明与春季北太平洋海冰面积正异常相关的热带环流和海温异常将提供不利于西北太平洋台风生成的热力和动力条件. 与春季北太平洋海冰面积的异常相关的北太平洋大气环流, 将通过大气遥相关引起春季热带环流的变化, 由于热带环流在春季到台风生成的盛期(6~10月)有很强的季节持续性, 因此, 与春季北太平洋海冰面积变化相关的热带环流和海温能够影响西北太平洋台风的生成频次.     

北太平洋涛动与台风和飓风频次的关系研究

研究了北太平洋涛动(NPO)和西太平洋台风及热带大西洋飓风频次的联系. 结果表明, 在1949~1998年这50 a间, NPO和西太平洋台风频次的相关系数是0.37, 而和热带大西洋飓风频次的相关系数是-0.28, 都达到了95%的置信度水平. 进一步的研究揭示: 6~9月NPO的变化和西太平洋及热带大西洋区的纬向风垂直切变幅度、海平面气压以及海表面温度、区域大气辐散辐合等存在显著的关联, 而这些气候环境的变化都和台风及飓风生成与发展的热力或动力过程密切相关. 这就是NPO与台风及飓风频次相联系的原因. 还进一步研究了与NPO有关的大气遥相关以及两个区域大气环流的变化, 以便进一步理解NPO和台风及飓风活动频次的联系. 最后分析了一个海气耦合模式的积分结果, 初步印证了由观测资料所得到的结论.     

青藏高原热状况和海温异常对亚洲季风季节转换年际变化的影响

本文根据季节转换前后副高脊面附近经向温度梯度变号的本质，利用相关分析和合成分析等方法研究了季节转换年际变化与外部影响因子的联系. 结果表明，冬春季青藏高原热状况和ENSO（El Nio/Southern Oscillation，厄尔尼诺/南方涛动）是决定亚洲季风区季节转换年际变化的主要因素. 当冬、春季海温呈现El Nio异常时，Walker环流减弱，于是西太平洋暖池区对流活动受到抑制，而赤道东太平洋对流活动加强则强迫赤道印度洋地区产生绝热下沉运动，使得印度洋地区大气偏暖，结果增大了南北向温度梯度，季节转换往往偏晚. 反之，季节转换偏早. 初春高原上空对流层中高层的气温异常对于判断季节转换迟早有很好的指示意义.     

蓝色北极情景下西北太平洋台风会增多吗？

未来的全球变暖情景下,西北太平洋台风活动会有怎样的变化？利用CMIP3模式在IPCC AIB情景下对未来气候的预估结果,得到全球变暖之北极夏季（September）无海冰时的一种情景,即“蓝色北极”．利用相应的海温场和CO：含量驱动一个全球大气环流模式,来对北极夏季无海冰时的西北太平洋台风生成环境做出数值模拟．试验结果表明,蓝色北极情况下,6～10月西北太平洋的大气环流和海洋环流都发生了明显变化,影响台风活动的主要环境要素：纬向风垂直切变和向外射出长波辐射空间分布的变化分别有利于台风源地向偏西、偏北转变;与台风频数有密切联系的关键区中上述量的变化且皆利于台风频次的减少．热带气旋生成潜力指数的变化表现为西北太平洋东部减小,而西部增大．因而呈现了非常复杂的变化格局．     

热带气旋与多尺度气候变异:2018年西北太平洋台风季概况

2018年是西北太平洋热带气旋异常活跃的一年,该年台风季(6~11月)共有26个热带气旋生成,远超气候平均的22个,是近20年来第二活跃的台风季.2018年,热带气旋多形成于西北太平洋东部和南海北部,台风活动区域偏东北,移动路径多由西北行转为偏北行登陆,造成了中国大陆重大经济损失(约697.3亿元).这一年,多尺度气候变异共同作用引起了西北太平洋季风槽的增强和副热带高压减弱,从而导致了热带气旋异常活跃.在此过程中,年际气候背景条件起了主导作用,而年代际气候变异仅起到了弱的抑制作用.在年际尺度上,一个发展的中太平洋厄尔尼诺事件和正相位的太平洋经向模态(PMM)共同作用形成了2018年有利于热带气旋活动的大尺度环流背景条件.进一步研究表明,中太平洋海温强迫在西北太平洋热带气旋活动中起到了关键调节作用,而PMM通过中太平洋海温间接影响西北太平洋热带气旋活动.在中太平洋厄尔尼诺年,中太平洋海温增暖引起的对流异常通过大气的Gill型-罗斯贝波响应导致了西北太平洋上异常气旋性环流,这使得西北太平洋上副热带高压减弱、季风槽增强东北移,有利于热带气旋在此形成和发展.短期气候及天气变化,如季节内振荡(ISO)和天气尺度扰动(SSD)的活动,与增强的季风槽相互作用,加剧了2018年异常的西北太平洋热带气旋的活动.     

中国北方沙尘暴气候形势的年代际变化

分析了中国北方沙尘气候的时间变化特征, 重点研究与沙尘气侯的年代际变化相应的冬、春季气候和大气环流异常特征. 文章揭示: 在沙尘活动频繁年代(1956~1970)和稀少年代(1985~1999)冬、春季的气候和大气环流有显著差别. 与前一个年代相比, 在后一个年代里冬季极涡异常加深, 50°N附近的西风增强, 东亚极锋锋区位置偏北, 东亚大槽偏弱; 西伯利亚高压北部及中心强度变弱, 阿留申低压明显升压; 东亚季风强度变弱, 影响中国的冷空气势力减弱, 冬、春季大风天气变少. 同时中国北方广大地区冬季温度显著升高, 西北和内蒙古的沙源地区春季降水明显增多. 研究还发现, 在年际尺度上, 中国北方的沙尘活动频次与前冬的西风指数、北极涛动指数呈显著的负相关, 与冬、春季东亚季风指数呈显著的正相关.     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法，研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点，并与全球范围内的环流异常相联系，特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性，北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生，从而引起地面大风，为沙尘天气频次的增加提供动力条件.     

厄尔尼诺对东亚大气环流和中国降水年际变异的影响:西北太平洋异常反气旋的作用

就有关厄尔尼诺通过西北太平洋异常反气旋影响东亚大气环流和中国降水年际变异的研究进展作了系统回顾,说明了与厄尔尼诺相关联的西北太平洋异常反气旋的形成机理以及对东亚大气环流和中国降水影响的物理过程.厄尔尼诺盛期时,热带西太平洋对流异常减弱造成的冷却异常,激发出大气Rossby波响应,导致了西北太平洋异常反气旋的产生.而热带西太平洋对流异常冷却的持续、西北太平洋局地海气相互作用以及热带印度洋和大西洋海温异常的持续等多种因子,导致了西北太平洋异常反气旋从厄尔尼诺盛期时的冬季持续到次年夏季.西北太平洋异常反气旋不仅对中国降水产生同期影响,也对厄尔尼诺次年夏季的中国降水产生滞后影响,导致中国南方降水异常偏多.本文也指出东亚大气环流和中国降水在拉尼娜冬半年不存在与厄尔尼诺相反的显著异常,说明了厄尔尼诺和拉尼娜对冬半年东亚大气环流和中国降水具有不对称影响.文中还讨论了厄尔尼诺的多样性及其影响、影响西北太平洋异常反气旋持续性的各因子与中国夏季降水异常的联系,并提出了一些需要进一步研究的问题.     

北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数关系的年代际变化

基于观测资料分析,研究了夏季北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数之间的关系,发现两者的联系呈现由弱转强的年代际变化特征.1948~1977年,北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系较弱;但1980~2009年,两者转为显著的正相关,北大西洋涛动偏强(弱)对应西北太平洋热带气旋数偏多(少).本文进一步从大气环流变化角度,探讨了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系在前后两个时段出现不同的可能原因.结果表明,在后一时段,当北大西洋涛动偏强时,西北太平洋低层为异常气旋型环流,季风槽加强,西太平洋副热带高压偏东,西北太平洋地区高层大气异常辐散,低层大气异常辐合,这些条件均有利于热带气旋的生成和发展,西北太平洋热带气旋因此偏多.然而,在前一时段,北大西洋涛动对上述环流系统的影响不明显,因而减弱了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系.研究进一步揭示,与北大西洋涛动异常相关联的波活动通量的变化可以解释北大西洋涛动与西北太平热带气旋频数联系的这种年代际变化.     

半个世纪来热带海洋风暴对中国大陆的影响

本文利用美国海军台风警报中心（JTWC）提供的1945～2002年热带风暴路径资料统计分析了西北太平洋（NWP）和中国南海（SCS）风暴生成及登陆中国大陆热带风暴的时空演变特征.季节变化上，NWP风暴登陆主要集中于6～11月，SCS风暴影响主要集中在6～9月，但后者登陆总数比前者少.西北太平洋风暴在东南沿海(27°N，120°E)附近登陆的频次最高，在此以北随纬度急剧下降.年际变化时间尺度上，登陆大陆的风暴年总数与来自南海的年风暴数成正比.登陆我国的热带风暴年频数有明显的区域差异和显著的2～7年振荡.长期趋势上，两个海域的风暴年生成频数和登陆大陆的年风暴频数在58年中总体呈线性增长趋势，其中登陆频数增长趋势相对缓慢，但近几年登陆风暴数与生成风暴数都表现出减少的趋势.生成频数和登陆频数都呈现出年代际变化，其年代转换发生在1960、1970年和1990年前后.     

春季Hadley环流异常对夏季西北太平洋热带气旋频数影响的数值模拟试验

观测事实揭示出春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数之间存在显著的负相关关系.由春季Hadley环流异常引起的西北太平洋地区夏季纬向风垂直切变、大气辐合辐散等的异常变化是这一关系存在的内在原因.本文通过数值试验对这一关系的真实性进行了验证,即利用中国科学院大气物理研究所发展的9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）模拟了春季Hadley环流异常偏强情景,并分析了该情景下影响西北太平洋热带气旋生成的环境场的响应.结果表明,在春季Hadley环流偏强情景下,夏季西北太平洋地区纬向风垂直切变幅度加大,低空大气异常辐散,高空大气异常辐合,东亚夏季风减弱,这种环流背景不利于热带气旋生成和发展,因此,西北太平洋热带气旋频数异常偏少.数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合,进而证实了春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数负相关关系的存在.因此,春季Hadley环流信号可以用于西北太平洋热带气旋活动的气候预测.     

用年际增量方法预测华北汛期降水

建立了一个华北汛期（7—8月）降水预测的新方法：通过预测华北汛期降水的年际增量（当年的变量值减去前一年的值）,进而预测华北汛期降水．通过考察与华北汛期降水年际增量相配合的年际增量的大气环流,从中确定5个关键的预测因子;然后,采用多元线性回归方法建立一个华北汛期降水年际增量的预测模型．首先预测出降水的年际增量,然后再预测华北汛期降水（将当年预测的降水年际增量值加上前一年实际的降水量值）．华北汛期降水年际增量的预测模型在1965—1999年中拟合率是0．8,对华北降水距平百分率的拟合平均均方根误差是19％．利用新预测模型回报2000～2007年,对降水距平百分率的回报的平均均方根误差是21％．预测模型能再现1965～2006年华北汛期降水的下降趋势．由于目前我国汛期降水预测水平是60％～70％,华北地区的降水预测更为困难,因此,通过预测降水的年际增量,进而再预测降水率的新方法能显著地提高华北汛期降水预测水平,并具有潜在的应用意义．     

ENSO在青藏高原积雪与西北太平洋热带气旋生成频数关系中的作用

已有研究表明,青藏高原冬季积雪与随后台风季节西北太平洋热带气旋生成频数之间具有典型的负相关.本文基于长时间观测资料对二者关系进行再探讨,发现两者的年际关系在20世纪90年代初发生了跃变,即青藏高原冬季积雪与随后台风季节西北太平洋热带气旋生成频数之间显著的负相关仅存在于20世纪90年代初之后(1993~2012年),而20世纪90年代初之前(1976~1992年)二者的联系较弱.进一步本文对引起这种跃变的可能原因进行了分析,发现中部型ENSO在加强青藏高原积雪与西北太平洋热带气旋生成频数关系中起到了至关重要的作用.1993~2012年间,青藏高原积雪与中部型ENSO存在显著的负相关.在青藏高原积雪偏多年(少),中部型ENSO多为冷位相(暖位相),这种分布一方面加强了青藏高原积雪与纬向海陆热力差异继而与西北太平洋夏季风的联系,另一方面加强了青藏高原积雪对热带气旋生成相关的动力环境场的调控,因此在这一时段青藏高原积雪与热带气旋生成频数之间的相关得到了显著增强.然而,在前一时段青藏高原积雪与ENSO的联系较弱,青藏高原积雪对西北太平洋夏季风和台风生成区域动力场调控较弱,因而其与热带气旋生成频数之间的关系减弱.此外,通过能量诊断进一步表明,在1993~2012年中部型ENSO的作用主要是通过加强西北太平洋纬向风的正压能量转化来实现的.结果将为提高热带气旋短期气候预测水平提供一定的理论基础.     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同:副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东(西)变动时西太平洋地区副高西北侧的东北(西南)风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.     

亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation, APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系, 夏季APO偏强(弱)时, 西北太平洋热带气旋偏多(少). 研究进一步揭示, APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常, 而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因. 当APO处于正位相时, 西太平洋副热带高压减弱, 位置偏东偏北; 西北太平洋地区高层大气异常辐散, 低层大气异常辐合; 纬向风垂直切变减弱. 这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件, 因此, 西北太平洋热带气旋频数偏多. 反之亦然.     

热带太平洋-印度洋温跃层海温异常联合模及其演变

利用SODA次表层海温再分析资料和卫星遥感海面高度异常数据,分析了热带太平洋和印度洋温跃层海温之间的联系,提出了太平洋-印度洋温跃层海温异常联合模(PITM)的概念、并定义了该联合模指数.结果表明,联合模指数具有准两年和3~5年的年际变化周期以及2011-2012年的年际变化周期,并具有季节锁相和振幅不对称等特征.联合模的演变过程与温跃层海温异常(TOTA)的发展和传播过程紧密相联:在太平洋,TOTA一般从西太平洋出发沿赤道(5°S-5°N)向东传播,到达东太平洋之后折向北,再沿10°N-14°N纬度带向西传播到达太平洋西岸并向赤道西太平洋扩展,形成一条回路;南太平洋也有类似回路但信号较弱;在印度洋,则主要沿8°S-12°S纬度带向西传播,到达西岸后折向北,然后迅速沿赤道(1.25°S-1.25°N)向东扩展,也形成一条回路.对NCEP/NCAR再分析风场资料的合成分析则表明,联合模的演变过程与大气环流尤其是纬向垂直环流(Walker环流)的变化密切相关,联合模的正位相对应着赤道印度洋区域顺时针的Walker环流以及赤道太平洋区域逆时针的Walker环流;而联合模的负相位则有相反的情况.此外,联合模演变过程中,TOTA的传播发展与850 hPa异常纬向风的传播发展有很好的相关.     

北太平洋海表面高度的年际变化及其机制

利用15年（1993～2007年）月平均的海表面高度（SSH）异常资料,分析了北太平洋海表面高度的年际变化的时空结构,并研究了热通量和风应力两个因子对其的强迫作用.结果表明,北太平洋年际时间尺度SSH变化的大值区在黑潮延伸区和西太平洋暖池区.EOF分解第一模态的空间结构沿纬向呈带状分布,第二模态为沿经向呈带状分布.热通量强迫作用在中纬度的东北太平洋可以解释SSH年际变化40%以上.风应力对SSH的作用包括正压和斜压两个方面.正压Sverdrup平衡模型模拟的SSH年际变化较弱,仅能解释高纬度副极地环流西部的20%~40%.由大尺度风应力强迫的第一阶斜压Rossby波模型可以解释热带地区的20%~60%,中纬度中部的20%~40%,以及阿拉斯加环流东部和副极地环流西部的20%~60%.风应力强迫的一阶斜压Rossby波模型对SSH的强迫机理又可分为局地风应力强迫和西传Rossby波作用.其中,风应力的局地强迫作用（Ekman抽吸）在东北太平洋、白令海以及热带中部有显著的预报技巧,可以解释SSH年际变异的40%以上.Rossby波的传播作用在中纬度海域的副热带环流中西部和夏威夷岛以东起着重要作用,可解释20%~60%.     

中国华北春季沙尘天气频次的气候预测模型

对中国北方沙尘天气发生频次进行气候预测具有重大社会价值和科学意义,也是十分困难的一项课题．以北京站和天津站的情况为代表,首先分析了中国华北春季沙尘天气频次（DWF）的季节平均表面温度、降水、北极涛动、南极涛动、南方涛动、近地面经向风以及欧亚西风指数的相关性,旨在利用这些气候要素或大气环流因子建立中国华北春季DWF的预测模型．然后,分别基于观测资料和中国科学院大气物理研究所九层全球大气环流格点模（IAP9L—AGCM）的32a（1970～2001年）跨年度集合回报试验结果,建立了两个适合于预测中国华北春季沙尘天气发生频次的预测模型——模型Ⅰ和模型Ⅱ．其中,模型Ⅰ的试预报结果与实测间的相关系数达到0．933,因此有望提前一个季度进行较为准确的预测．如果基于气候模式的跨年度预测结果,在模型Ⅰ的预测思想上弓l入春季沙尘天气发生的同期气候信号,预测模型（模型Ⅱ）的试预报结果与实测间的相关系数可达0．948,不但表现出了更大的预测潜力,还可将模型Ⅰ实时气候预测的时间提前到半年．最后,检验了两个模型的实时气候预测能力．结果表明,这两个模型对中国华北春季DWF的年际变化和线性趋势都具有较强的预测能力,并且各具优势．其中,模型Ⅱ可在很大程度上提高IAP9L—AGCM原预测方法对春季DWF的实时预测准确度,可以考虑将其预测思想在中国其它沙尘天气多发区的气候预测中推广应用．     

全球变暖背景下中国东部夏季三类雨型预测概念模型新建

在全球变暖的背景下,20世纪70年代末期全球气候发生了显著的年代际变化.厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)作为预测全球气候年际变率的最强信号,其与中国夏季降水之间的关系发生了显著地改变,对中国夏季降水的指示意义减弱,导致中国东部夏季三类雨型早期预测概念模型的准确率明显下降.本文通过分析全球显著变暖前(1951~1978年)、后(1979~2012年)两个阶段中国东部夏季三类雨型同期大气环流系统的配置、前冬海洋和大气环流及其相互作用的差异,结果发现:(1)影响中国夏季三类雨型的大气环流在不同年代际背景下具有一致性,但在全球显著变暖的后一阶段,西太副高偏强偏南,欧亚中高纬阻塞高压活动频繁,而极涡南扩,经向环流加强,这种环流背景有利于中国东部夏季Ⅱ,Ⅲ类雨型对应的环流频率增加,而Ⅰ类雨型对应的环流频率减少,导致中国夏季Ⅱ,Ⅲ类雨型偏多而Ⅰ类雨型偏少;(2)前一阶段,不同雨型对应的前冬海温场差异显著,同时ENSO对北太平洋涛动(NPO)的影响较强,NPO对夏季Ⅰ,Ⅱ类雨型有较好的判别能力,后一阶段此判别能力下降,而ENSO对太平洋/北美型(PNA)遥相关的影响加强,PNA对Ⅱ,Ⅲ类雨型的判别能力提升.基于新的年代际气候背景,利用前冬PNA和欧亚型(EU)遥相关指数,对中国东部夏季三类雨型预测概念模型进行了新建,其拟合效果较理想,实际预测准确率有待进一步检验.     

西北太平洋热带气旋活动影响区域大尺度环流的数值模拟研究

本文利用"模式手术"方法研究了西北太平洋热带气旋(TC)对东亚—西北太平洋区域大尺度环流的影响.结果表明,夏季频繁的西北太平洋TC活动导致东亚夏季风增强,季风槽加深;西太平洋副热带高压东退,位置偏北;东亚副热带高空急流强度增强,北太平洋(东亚大陆)上急流轴偏北(偏南);热带地区(副热带地区)的对流层中低层出现异常上升气流(下沉气流),并且从低纬向高纬呈现异常上升气流和异常下沉气流交替分布特征.在中国东南沿海,TC降水导致夏季降水量明显增加;而在长江中下游和华北地区,TC活动引起的异常下沉气流使夏季降水量显著减少.因此,夏季西北太平洋TC活动对东亚—西北太平洋区域气候有显著影响.