ENSO发展年与衰减年夏季环境要素对热带气旋生成频数变化的贡献

利用中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)最佳路径数据集和欧洲中期天气预报中心的ERA再分析资料,分析了El Ni?o-South Oscillation (ENSO)发展年与衰减年西北太平洋(Western North Pacific,WNP)夏季(6—8月)总TC生成频数(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)及其区域性特征,通过潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)定量诊断各环境要素对TCGF变化的贡献。结果表明,西北太平洋TCGF总数异常在ENSO各位相并不显著,但其东南象限和西部的TCGF异常存在明显差异。在ENSO各位相,GPI异常的空间分布与TCGF异常的空间型相似。同一区域,各环境要素对TCGF异常的贡献不同,反映了ENSO不同位相影响TC生成变化的机理存在差异。WNP东南部(SEWNP)是对ENSO较敏感的区域,El Ni?o发展年,中东太平洋异常增暖激发的Rossby波西传导致SEWNP受异常正涡度环流控制,涡度对TCGF增加的贡献最大;El Ni?o衰减年,西北太平洋出现低层异常反气旋,其东侧异常东北气流将湿度相对较低的水汽输送至SEWNP,相对湿度降低导致TCGF显著减少。La Ni?a发展年,绝对涡度减小和垂直风切变增加对TCGF减少都有影响。WNP西部仅在La Ni?a衰减年出现TCGF显著负异常,低层绝对涡度减小的贡献最大,因为季风槽减弱,抑制了南海附近的TC生成。      

印度洋海盆增暖及ENSO对西北太平洋热带气旋活动的影响

本文主要分析1950～2010年间印度洋海盆增暖和西北太平洋热带气旋(TC)活动的关系, 并与ENSO对西北太平洋TC活动的影响相比较, 结果表明:印度洋海盆异常增暖与西北太平洋地区总TC生成年频数尤其是弱TC相关较好, 印度洋海盆异常增暖, 西北太平洋地区为异常的反气旋, 对流抑制, 降水偏少, 不利于TC的生成, 反之亦然。而ENSO对西北太平洋热带气旋的影响, 主要体现在对强TC的年生成频数的影响, El Ni?o 发展年, 季风槽加深东伸, TC生成位置偏东, 由于TC在海洋上的生命史较长, TC的平均强度偏强, 因而强TC年生成频数偏多;La Ni?a发展年, 季风槽较浅, TC生成位置偏西, TC的平均强度偏弱, 强TC年生成频数偏少。但是ENSO指数与强TC年频数的相关有着年代际的变化, 在1950～1969年和1990～2009年间, ENSO指数和强TC年频数相关很好, 分别为0.532和0.687, 而在1970～1989这二十年间, 两者相关很弱, 只有0.081。     

2015年西北太平洋热带气旋活动特征及强El Nio现象对其影响的初步分析

通过统计分析,本文研究了强El Nio年西北太平洋及南海热带气旋(TC)的活动特征并详细分析了造成2015年TC活动的大气环流特征。强El Nio年上半年TC生成偏多,台风活跃季(6—10月)TC生成偏少,登陆我国TC偏少,TC的生成位置较偏东南,并且台风路径多发生向东北的偏转。2015年生成的TC符合这一规律。El Nio成熟前赤道西太平洋存在大面积的西风异常,同时El Nio使得西北太平洋地区对流活动受到抑制,而副热带高压位置偏南,导致热带辐合带(ITCZ)位置偏南,这些因素综合作用导致了2015年台风季TC数量偏少。强El Nio年台风不但整体强度偏强,个体台风的强度也偏强,这是由于强El Nio年的副热带高压面积和强度偏小,有利于TC活动的加强。强El Nio年西北太平洋东南部生成的TC偏多,并且强度偏大;东北部生成的TC偏少。2015年的TC活动特征符合上述规律,生成于我国南海的TC个数少、强度偏小。从路径上来看,2015年台风路径多呈抛物线型,发生了向东北方向的转向,进入我国南海的TC明显偏少,这与副热带高压西伸脊点偏东,西北太平洋上空500 hPa异常的西北气流有关。     

西北太平洋热带气旋在ENSO发展和衰减年的路径变化

本文运用有限混合模型算法对1979~2015年夏、秋季（6~11月）中国气象局（CMA）上海台风研究所（STI）的最佳路径数据集热带气旋（TC）路径进行聚类,将其路径分为七类,分别为第一类（西太西移型）、第二类（南海西移型）、第三类（沿海转折型）、第四类（低纬转折型）、第五类（洋面转折型）、第六类（近海转折型）、第七类（日本海转折型）;并利用S-EOF（季节EOF,Seasonal Empirical Orthogonal Function）方法确定ENSO四个位相（El Ni?o发展年、El Ni?o衰减年、La Ni?a发展年、La Ni?a衰减年）,分析在不同ENSO位相下TC路径的年际变化以及相应的流场,得到一些有意义的结论:El Ni?o发展年,TC在西北太平洋东南海域活动频繁,以第六类（近海转折型）路径为主;El Ni?o衰减年以第二类（南海西移型）路径居多,第七类（日本海转折型）路径也较为活跃;La Ni?a发展年,TC集中在西北象限海域,以第七类（日本海转折型）路径为主;La Ni?a衰减年,TC源地多位于我国沿海地区与台湾岛附近洋面上,以第三类（沿海转折型）路径为主。     

2015年西北太平洋热带气旋活动特征及强El Nino现象对其影响的初步分析

通过统计分析,本文研究了强El Ni〖AKn~D〗o年西北太平洋及南海热带气旋（TC）的活动特征并详细分析了造成2015年TC活动的大气环流特征。强El Ni〖AKn~D〗o年上半年TC生成偏多,台风活跃季（6—10月）TC生成偏少,登陆我国TC偏少,TC的生成位置较偏东南,并且台风路径多发生向东北的偏转。2015年生成的TC符合这一规律。El Ni〖AKn~D〗o成熟前赤道西太平洋存在大面积的西风异常,同时El Ni〖AKn~D〗o使得西北太平洋地区对流活动受到抑制,而副热带高压位置偏南,导致热带辐合带（ITCZ）位置偏南,这些因素综合作用导致了2015年台风季TC数量偏少。强El Ni〖AKn~D〗o年台风不但整体强度偏强,个体台风的强度也偏强,这是由于强El Ni〖AKn~D〗o年的副热带高压面积和强度偏小,有利于TC活动的加强。强El Ni〖AKn~D〗o年西北太平洋东南部生成的TC偏多,并且强度偏大;东北部生成的TC偏少。2015年的TC活动特征符合上述规律,生成于我国南海的TC个数少、强度偏小。从路径上来看,2015年台风路径多呈抛物线型,发生了向东北方向的转向,进入我国南海的TC明显偏少,这与副热带高压西伸脊点偏东,西北太平洋上空500 hPa异常的西北气流有关。     

西北太平洋热带气旋活动对夏秋型ENSO事件的响应

利用西北太平洋热带气旋(tropical cyclone,TC)历史路径资料、ERA-Interim再分析资料以及海洋Nino指数ONI等,采用合成分析等统计学方法探讨了TC活动对夏季(SU型)与秋季(AU型)ENSO事件的不同响应。结果表明:在SU型El Nino期间,西北太平洋TC强度与持续时间增大,强台风活动较多;在AU型El Nino发生时,TC持续时间及强度均大于SU型的频数也较之偏少,但超强台风活动较多,约占TC总数的1/3,生成位置也较SU型偏东,但登陆我国的TC频数较少。在SU型La Nina期间,TC强度、持续时间较小,以低等级TC活动为主,活动位置整体偏西。当AU型La Nina发生时,TC强度、持续时间以及强等级TC频数均大于SU型,且TC活动位置相对SU型偏东。中太平洋地区相对涡度异常、大气垂直风切变、SSTA等条件差异是SU型与AU型ENSO期间TC活动产生差异的重要方面,副热带高压强度及位置变化对TC活动也有较大影响。     

ENSO事件与云南冬季气温异常

分析了1961年以来11次El Ni?o和8次La Ni?a事件对云南冬季气温变化的影响, 发现: El Ni?o (La Ni?a) 年云南冬季气温偏高 (低), 有暖 (冷) 冬特征, 其中以东部、中部和南部最为显著.冬季赤道东太平洋SSTA与同期云南气温距平有显著的正相关, 上一年SSTA与次年云南1月气温也有好的正相关. SSTA异常正 (负) 值是云南暖 (冷) 冬的一个强信号.在ENSO影响下, 东亚冬季风偏弱 (强) 是形成云南暖 (冷) 冬的主要原因.     

副热带北太平洋SST在ENSO冷暖位相转变中的作用

2015/2016年发生的极端El Ni?o事件,与1997/1998年El Ni?o事件具有可比拟的强度,但是2016年事件转变为弱La Ni?a,而1998年事件则为强La Ni?a。本文通过对比这两次极端El Ni?o事件,揭示其转变为不同强度La Ni?a事件的物理机制。混合层热收支分析的结果表明,在El Ni?o衰减年的4~11月,2016年平流反馈和温跃层反馈相对较弱,混合层温度衰减速率慢,其产生的主要原因是赤道中西太平洋的东风异常较弱。进一步分析表明,赤道中西太平洋的东风异常与副热带东北太平洋的海表温度异常（SSTA）有关,该地区的SST在1998年表现为冷异常,2016年为暖异常。副热带东北太平洋冷的SSTA有利于信风加强,从而加强中西太平洋的东风异常;而暖的SSTA使得赤道以北出现西南风异常,从而削弱中西太平洋的东风异常。此外,合成分析也表明,副热带东北太平洋SSTA与转变的La Ni?a的强度具有关联,El Ni?o转变为强La Ni?a的情况在位相转变期伴随着副热带北太平洋冷的SSTA,而El Ni?o转变为弱La Ni?a的情况没有明显的冷SSTA。     

夏季西北太平洋热带气旋生成频次与热带海温关系的年代际变化

探讨了夏季(6—8月)西北太平洋(Western North Pacific,WNP)热带气旋生成频次(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)与热带海温关系的年代际变化,发现影响WNP TCGF的热带海温型在1991/1992年发生了年代际变化。在1990年代初之前,TCGF正异常对应的热带海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)呈现东部型La Ni?a衰减位相,前冬至春季WNP局地暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,夏季时由热带印度洋冷SSTA继续维持。在1990年代初之后,TCGF正异常对应的热带SSTA呈现东部型La Ni?a向中部型El Ni?o快速转换的位相,夏季中太平洋暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,同时热带东印度洋至海洋性大陆以及热带大西洋的冷SSTA通过垂直环流圈加强中太平洋的辐合上升运动,进一步维持其西北侧气旋异常。由于激发气旋异常的暖SSTA在第二个年代相较第一个年代明显偏南偏东,气旋异常和TCGF正异常在第二个年代也整体偏南且向东扩展至更远的区域。WNP TCGF与热带海温关系的年代际变化与1990年代初之后厄尔尼诺-南方涛动演变速率加快有关。      

Zebiak-Cane数值模式的可预报性分析

用Zebiak-Cane(ZC)模式关于热带太平洋海表温度距平(SSTA)的预报资料,从预报误差发展的角度,考察了该模式关于El Ni(n)o/La Ni(n)a事件生长期和衰减期以及正常年份SSTA的预报技巧.结果表明,ZC模式关于ENSO预报的一个最突出的特征是:El Ni(n)o事件生长期SSTA的预报误差存在着明显的季节依赖性,最大预报误差增长通常出现在春季和夏初(AMJ),存在显著的春季可预报性障碍(SPB);对于El Ni(n)o事件的衰减期、La Ni(n)a事件的生长期和衰减期以及正常年份,SSTA预报误差没有明显的季节依赖性.作者比较了ZC模式关于ENSO事件不同发展阶段(生长期和衰减期)以及正常年份SSTA的可预报性.结果表明,La Ni(n)a生长期SSTA的预报最困难;在El Ni(n)o事件、La Ni(n)a事件和正常年份3种情形中,ZC模式关于La Ni(n)a事件的预报技巧最低.用上述动力学方法,进一步考察了ZC模式预报技巧的年代际变化.结果表明,ZC模式在20世纪80年代SPB现象相对较弱,有较高的预报技巧;而在70和90年代,ZC模式预报技巧明显低于80年代,同时伴有显著的SPB现象.     

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.     

西北太平洋热带云团发展与两类El Nio事件的联系

利用1982—2009年全球热带云团数据集、NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海温资料,并引入热带云团生成率(Genesis Productivity,GP)来分析EP(Eastern Pacific)El Nio和CP(Central Pacific)El Nio事件与西北太平洋热带云团发展的相关性。研究表明,1)夏秋两季GP与Nio3指数在东南区(SE)均为显著正相关,在西南区(SW)仅秋季呈显著正相关;GP与EMI(El Nio Modoki Index)指数在夏季SE区域为显著正相关,在秋季南中国海(South China Sea,SCS)区呈负相关。2)在EP El Nio年,夏季SE区域的GP增大与低层涡度、高层散度以及低层相对湿度的相对增大一致。夏季SW区域与秋季SE区域的GP增大与有利的高低空配置相关,La Nia年则与之相反。3)在CP El Nio年,夏季SE区域的GP增大伴随着低层涡度和高层散度的增加,同时与充足的水汽及弱风切变相吻合;而秋季SCS区域的GP下降源于正涡度带、正散度带以及水汽带的东移。     

Predictability of the western North Pacific summer climate associated with different ENSO phases by ENSEMBLES multi-model seasonal forecasts

Predictability of the western North Pacific (WNP) summer climate associated with different El Niño–Southern Oscillation (ENSO) phases is investigated in this study based on the 1-month lead retrospective forecasts of five state-of-the-art coupled models from ENSEMBLES. During the period from 1960 to 2005, the models well capture the WNP summer climate anomalies during most of years in different ENSO phases except the La Niña decaying summers. In the El Niño developing, El Niño decaying and La Niña developing summers, the prediction skills are high for the WNP summer monsoon index (WNPMI), with the prediction correlation larger than 0.7. The high prediction skills of the lower-tropospheric circulation during these phases are found mainly over the tropical western Pacific Ocean, South China Sea and subtropical WNP. These good predictions correspond well to their close teleconnection with ENSO and the high prediction skills of tropical SSTs. By contrast, for the La Niña decaying summers, the prediction skills are considerably low with the prediction correlation for the WNPMI near to zero and low prediction skills around the Philippines and subtropical WNP. These poor predictions relate to the weak summer anomalies of the WNPMI during the La Niña decaying years and no significant connections between the WNP lower-tropospheric circulation anomalies and the SSTs over the tropical central and eastern Pacific Ocean in observations. However, the models tend to predict an apparent anomalous cyclone over the WNP during the La Niña decaying years, indicating a linearity of the circulation response over WNP in the models prediction in comparison with that during the El Niño decaying years which differs from observations. In addition, the models show considerable capability in describing the WNP summer anomalies during the ENSO neutral summers. These anomalies are related to the positive feedback between the WNP lower-tropospheric circulation and the local SSTs. The models can capture this positive feedback but with some uncertainties from different ensemble members during the ENSO neutral summers.     

ENSO and Western North Pacific tropical cyclone activity simulated in a CGCM

A high-resolution (T213) coupled ocean–atmosphere general circulation model (CGCM) has been used to examine the relationship between El Niño/Southern Oscillation (ENSO) and tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific (WNP). The model simulates ENSO-like events similar to those observed, though the amplitude of the simulated Niño34 sea surface temperature (SST) anomaly is twice as large as observed. In El Niño (La Niña) years, the annual number of model TCs in the southeast quadrant of the WNP increases (decreases), while it decreases (increases) in the northwest quadrant. In spite of the significant difference in the mean genesis location of model TCs between El Niño and La Niña years, however, there is no significant simultaneous correlation between the annual number of model TCs over the entire WNP and model Niño34 SST anomalies. The annual number of model TCs, however, tends to decrease in the years following El Niño, relating to the development of anticyclonic circulation around the Philippine Sea in response to the SST anomalies in the central and eastern equatorial Pacific. Furthermore, it seems that the number of model TCs tends to increase in the years before El Niño. It is also shown that the number of TCs moving into the East Asia is fewer in October of El Niño years than La Niña years, related to the anomalous southward shift of mid-latitude westerlies, though no impact of ENSO on TC tracks is found in other months. It is found that model TCs have longer lifetimes due to the southeastward shift of mean TC genesis location in El Niño years than in La Niña years. As the result of longer fetch of TCs over warm SST, model TCs appear to be more intense in El Niño years. These relationships between ENSO and TC activity in the WNP are in good agreement with observational evidence, suggesting that a finer-resolution CGCM may become a powerful tool for understanding interannual variability of TC activity.     

Relationships between the East Asian-western north pacific monsoon and ENSO simulated by FGOALS-s2

The relationships between ENSO and the East Asian-western North Pacific monsoon simulated by the Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model, Spectral Version 2 (FGOALS-s2), a state-of-the-art coupled general circulation model (CGCM), are evaluated. For El Nio developing summers, FGOALS-s2 reproduces the anomalous cyclone over the western North Pacific (WNP) and associated negative precipitation anomalies in situ. In the observation, the anomalous cyclone is transformed to an anomalous anticyclone over the WNP (WNPAC) during El Nio mature winters. The model reproduces the WNPAC and associated positive precipitation anomalies over southeastern China during winter. However, the model fails to simulate the asymmetry of the wintertime circulation anomalies over the WNP between El Nio and La Nia. The simulated anomalous cyclone over the WNP (WNPC) associated with La Nia is generally symmetric about the WNPAC associated with El Nio, rather than shifted westward as that in the observation. The discrepancy can partially explain why simulated La Nin a events decay much faster than observed. In the observation, the WNPAC maintains throughout the El Nio decaying summer under the combined effects of local forcing of the WNP cold sea surface temperature anomaly (SSTA) and remote forcing from basinwide warming in the tropical Indian Ocean. FGOALS-s2 captures the two mechanisms and reproduces the WNPAC throughout the summer. However, owing to biases in the mean state, the precipitation anomalies over East Asia, especially those of the Meiyu rain belt, are much weaker than that in the observation.     

冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。     

ENSO发展和衰亡阶段中非线性项的作用

利用哈得来中心海表温度（HadISST）和美国马里兰大学海洋同化（Simple Ocean Data Assimilation,SODA 2.2.4）数据集,分析了1979-2015年赤道太平洋地区海表温度异常的偏度特征;并通过诊断混合层热量收支平衡方程着重探讨了非线性项在不同类型ENSO发展衰亡过程中起的不同作用。研究结果表明,中部型厄尔尼诺和拉尼娜事件的偏度很弱,且符号相反、强度相当,而东部型厄尔尼诺的偏度为很强的正值,即ENSO的强度非对称性主要来自东部型厄尔尼诺的贡献,中部型厄尔尼诺和拉尼娜的海表温度异常呈现准对称特征。在ENSO事件的发展阶段,非线性项对东部型厄尔尼诺和拉尼娜均有很强的正贡献,而对中部型厄尔尼诺的正贡献相对较弱,这会促进东部型厄尔尼诺强度的增强而抑制拉尼娜振幅的发展,从而有利于ENSO强度非对称性的产生;在ENSO事件的衰亡阶段,非线性项对拉尼娜维持正贡献但强度大为减弱,对东部型厄尔尼诺和中部型厄尔尼诺的衰减则分别起促进和抑制作用,这可能是东部型厄尔尼诺衰减速度较快而中部型厄尔尼诺衰减速度较慢的重要原因之一。