一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

冬季西北太平洋热带气旋的生成与热带东风扰动的关系

利用合成技术对1995—2006年冬季(11月—次年2月)生成在西北太平洋上的34个热带气旋(tropicalcyclone,TC)个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明:冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为"热带低压型扰动",为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋活动特征的差异性北大核心

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋(Tropical cyclone,TC)活动表现出多样性,给TC活动的气候预测带来挑战。采用美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径数据和欧洲中期预报中心提供的ERA-5再分析资料,对1970—2018年的El Nino衰减年7—10月的西北太平洋TC生成频数进行合成分析,发现其与气候态没有显著的差异,但在单个年份,存在着较大的正、负异常。为此,将El Nino衰减年分为TC生成频数偏少(负异常)和偏多(正异常)两种情形,对比两种情形的TC活动和大尺度环境要素特征。结果表明,TC生成频数偏少的情形,TC生成频数的异常减少主要发生在西北太平洋东部海域,即(15°~25°N,140°~150°E)和(5°~25°N,150°~170°E),与垂直风切变增大、对流层中层相对湿度和低层绝对涡度减少有关;TC生成频数偏多的情形,TC生成频数的异常增加主要发生在南海和菲律宾群岛附近,即(15°~25°N,110°~120°E)和(5°~25°N,120°~130°E),对流层中层相对湿度增加的贡献最大,其次是上升运动增强和绝对涡度增大;对比两种情形发现,TC生成频数偏多的情形,广东和福建沿岸的东南风异常引导气流有利于菲律宾群岛附近生成的TC登陆中国大陆。     

关于西北太平洋季风槽年际和年代际变异及其对热带气旋生成影响和机理的研究

总结和综述近年来中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心,关于西北太平洋季风槽的年际和年代际变异及其对热带气旋和台风(TCs)生成的影响和机理的气候学研究进展,并综述一些有关的国内外研究。给出了夏、秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及利于TCs生成的四类季风槽环流型,表明了西北太平洋季风槽强度和位置有明显的年际和年代际变异。特别是揭示了西北太平洋季风槽的年际和年代际变异不仅通过影响西北太平洋上空对流层低层气流的涡度和对流层高层的散度、对流层中、下层的水汽以及对流层上下层风场的垂直切变等利于TCs生成的大尺度环境因子的分布而影响TCs的生成,而且通过对热带对流耦合波动的转化和提供扰动能量而对TCs生成起着重要的动力作用。还指出今后有关西北太平洋季风槽和TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题。     

太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

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。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

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。     

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。     

RESEARCH ON THE INTERANNUAL AND INTERDECADAL VARIABILITIES OF THE MONSOON TROUGH AND THEIR IMPACTS ON TROPICAL CYCLONE GENESIS OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC OCEAN

In this paper, we mainly summarize and review the progresses in recent climatological studies (by CMSR, IAP/CAS and some associated domestic and international institutions) on the interannual and interdecadal variabilities of monsoon troughs and their impacts on tropical cyclones and typhoons (TCs) geneses over the western North Pacific Ocean. The climatological characteristics of monsoon troughs and four types of circulation patterns favorable to TCs genesis over the western North Pacific Ocean in summer and autumn are given in this paper. It is also shown in this paper that the monsoon trough over the western North Pacific Ocean has obvious interannual and interdecadal variabilities. Especially, it is revealed in this paper that the interannual and interdecadal variabilities of the monsoon trough over the western North Pacific Ocean influence the TCs genesis not only through the impact on distributions of the vorticity in the lower troposphere and the divergence in the upper troposphere, the water vapor in the mid- and lower troposphere and the vertical shear of wind fields between the upper and lower troposphere over the western North Pacific Ocean, but also through the dynamical effects of the transition between convectively coupled tropical waves and providing disturbance energy. Besides, some climatological problems associated with TCs activity over the western North Pacific Ocean that need to be studied further are also pointed out in this paper.     

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.     

西北太平洋季风槽的季节和年际变化特征及其与热带气旋生成大尺度环境因子的联系

利用ERA-Interim再分析资料分析了夏秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及季节和年际变化特征及其对西北太平洋热带气旋和台风(TCs)生成大尺度环境因子的影响。研究结果表明了西北太平洋季风槽有很明显的季节变化,在6~7月,季风槽和强对流活动区在5°N~15°N的南海和西北太平洋西侧上空,并逐渐东伸;到了8~9月,季风槽和强对流活动区向北移动、并向东扩展,一般位于10°N~20°N的南海和西北太平洋西侧、中部上空,有的年份可东伸到西北太平洋东侧,强度加强;到了10~11月,季风槽迅速减弱,并成为涡旋,强对流活动区也向南移和向西收缩。同时,研究还表明了西北太平洋季风槽有明显的年际变化。在季风槽强的年份,季风槽和强对流活动区可以从南海经西北太平洋西侧和中部东伸到西北太平洋的东侧上空;而在季风槽弱的年份,季风槽和强对流活动区主要位于南海和西北太平洋西侧和中部上空,季风槽强度的年际变化对它的季节变化也有重要影响。此外,研究还表明了随着季风槽的季节和年际变化,西北太平洋TCs生成的大尺度环境因子分布也发生很明显的变化。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF THE PACIFIC MERIDIONAL MODE IMPACTS ON TROPICAL CYCLONES ACTIVITY OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC

Based on analyses of the relationship between Pacific Meridional Mode (PMM) and number of tropical cyclones (TCs) activity over the western North Pacific, the impacts of the PMM on Tc activity over the western North Pacific are studied using numerical simulations with an Atmospheric General Circulation Model (CAM3) of National Center for Atmospheric Research (of USA). The result shows that the PMM has impacts on the large-scale generating environment of TCs, thus affecting their number and strength. The numerical simulations using the NCAR CAM3 indicate that with the inclusion of the forcing from sea surface temperature (SST) of the PMM, there appears a decreased magnitude of the vertical zonal wind shear, large proportion of relative humidity, anomalous westerly wind at low levels and anomalous easterly wind at high levels, in association with anomalous cyclonic circulation at low levels and anomalous anti-cyclonic circulation at high levels over the tropical western Pacific. Thus, the PMM provides favorable environment for the typhoon genesis. In the sensitivity experiment, TCs have larger strength, lower SST at the center, stronger tangential wind at 850 hPa and intensified warm cores at high levels. In this paper, the simulation results are similar to that in the data analyses, which reveals the important impact of the PMM on TC activity over the western North Pacific.     

全球变暖背景下西北太平洋冬季热带气旋的活动

Using tropical cyclone （TC） observations over a 58-yr period （1949-2006） from the China Meteorological Administration, the 40-year ECMWF Reanalysis （ERA-40）, NCEP-NCAR reanalysis, and the Hadley Centre sea ice and sea surface temperature （HadISST） datasets, the authors have examined the behaviors of tropical cyclones （TCs） in the western north Pacific （WNP） in boreal winter （November-December-January-February）. The results demonstrate that the occurrences of wintertime TCs, including super typhoons, have decreased over the 58 years. More TCs are found to move westward than northeastward, and the annual total number of parabolic-track-type TCs is found to be decreasing. It is shown that negative sea surface temperature anomalies （SSTAs） related to La Nifia events in the equatorial central Pacific facilitate more TC genesis in the WNP region. Large-scale anomalous cyclonic circulations in the tropical WNP in the lower troposphere are observed to be favorable for cyclogenesis in this area. On the contrary, the positive SSTAs and anomalous anticyclonic circulations that related to E1 Nifio events responsible for fewer TC genesis. Under the background of global warming, the western Pacific subtropical high tends to intensify and to expand more westward in the WNP, and the SSTAs display an increasing trend in the equatorial eastern-central Pacific. These climate trends of both atmospheric circulation and SSTAs affect wintertime TCs, inducing fewer TC occurrences and causing more TCs to move westward.     

Impact of spectral nudging on the downscaling of tropical cyclones in regional climate simulations

This study investigated the simulations of three months of seasonal tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific using the Advanced Research WRF Model. In the control experiment (CTL), the TC frequency was considerably overestimated. Additionally, the tracks of some TCs tended to have larger radii of curvature and were shifted eastward. The large-scale environments of westerly monsoon flows and subtropical Pacific highs were unreasonably simulated. The overestimated frequency of TC formation was attributed to a strengthened westerly wind field in the southern quadrants of the TC center. In comparison with the experiment with the spectral nudging method, the strengthened wind speed was mainly modulated by large-scale flow that was greater than approximately 1000 km in the model domain. The spurious formation and undesirable tracks of TCs in the CTL were considerably improved by reproducing realistic large-scale atmospheric monsoon circulation with substantial adjustment between large-scale flow in the model domain and large-scale boundary forcing modified by the spectral nudging method. The realistic monsoon circulation took a vital role in simulating realistic TCs. It revealed that, in the downscaling from large-scale fields for regional climate simulations, scale interaction between model-generated regional features and forced large-scale fields should be considered, and spectral nudging is a desirable method in the downscaling method.     

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。     

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。     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。