春季次天气尺度气旋年际变化对江淮地区降水的影响

基于1979—2013年ERA-Interim逐日6 h的850 hPa位势高度场资料,利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集,研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系。结果表明:次天气尺度气旋活动对江淮大部分地区春季降水作用明显,贡献率达25%以上,次天气气旋活动出现对应显著的区域对流层低层气旋式涡旋和辐合运动,为局地降水增强提供了有利的动力条件。次天气尺度气旋强度的年际变化与春季江淮地区东南部降水异常及强降水频次存在显著正相关关系。当江淮地区次天气尺度气旋增强时,青藏高原至中国长江中下游地区出现异常的倒槽型环流,有利于江淮地区形成气旋式环流异常;同时,随着南方地区西南暖湿气流增强,对流层下部大气斜压性增强,促进了江淮地区次天气尺度气旋活动增强。春季青藏高原地区气柱异常加热,引起对流层低层位势高度降低,促进了南方地区西南风加强,导致江淮地区次天气尺度气旋活动增强。     

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

蒙古气旋的气候特征及变化研究

基于1979-2001年ECMWF海平面气压(SLP)再分析资料,采用改进的气旋客观识别与追踪算法,计算分析了蒙古气旋的频数及强度,结果表明,蒙古气旋活动存在明显的季节、年际和年代际变化。1979-2001年,蒙古气旋频数减少,强度减弱。20世纪80年代中期,蒙古气旋活动最强,80年代末开始到90年代,蒙古气旋日数明显下降。此外,春季蒙古气旋出现的频数最高,冬季出现的频数最低。从80到90年代,春、夏、秋、冬四季蒙古气旋活动呈一致的波动减少趋势,其中春季变化与全年最为一致。蒙古气旋活动的年际差异也十分明显,蒙古气旋活动偏多年和偏少年对流层低层温度场距平分布存在明显差异,说明大气环流是影响气旋活动的一个重要因素。     

蒙古气旋的气候特征及变化研究

基于1979～2001年ECMWF海平面气压(SLP)再分析资料,采用改进的气旋客观识别与追踪算法,计算分析了蒙古气旋的频数及强度,结果表明,蒙古气旋活动存在明显的季节、年际和年代际变化.1979～2001年,蒙古气旋频数减少,强度减弱.20世纪80年代中期,蒙古气旋活动最强,80年代末开始到90年代,蒙古气旋日数明显下降.此外,春季蒙古气旋出现的频数最高,冬季出现的频数最低.从80到90年代,春、夏、秋、冬四季蒙古气旋活动呈一致的波动减少趋势,其中春季变化与全年最为一致.蒙古气旋活动的年际差异也十分明显,蒙古气旋活动偏多年和偏少年对流层低层温度场距平分布存在明显差异,说明大气环流是影响气旋活动的一个重要因素.     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

东亚地区北方气旋和南方气旋活动频数的时空特征

利用1953-2007年NCEP／NCAR再分析逐日海平面气压场资料,统计分析东亚地区北方气旋和南方气旋的时间和地域分布特征。结果表明：南、北气旋活动频数存在明显的年际和年代际变化,伴随着一次全球性的年代际气候跃变,20世纪80年代初期北方气旋活动频数出现了显著的突变。从月际分布可知,5月北方气旋频数最多,8月南方气旋频数最多;春季北方气旋活动频繁,存在着明显的两个高值中心,分另Ij位于蒙古国中部和中国东北地区北部;夏季南方气旋活动频繁,主要集中在中国东部沿海及日本南部海面。南北气旋活动频数的季节变化与大气环流的变化密切相关。相关统计结果可增加对东亚温带气旋活动规律的认识和了解,并为预测和预报提供参考。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

CWRF对中国近海热带气旋活动季节和年际变化及环境场影响的模拟

利用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim再分析资料驱动CWRF模式对1982-2016年中国近海的热带气旋活动进行了模拟,分析了CWRF对热带气旋频数季节、年际变化和路径的模拟能力,并探讨了环境场模拟对热带气旋模拟的影响。结果表明:CWRF能够合理模拟热带气旋频数的季节和年际变化,但模拟的频数较观测总体偏低,季节变化模拟总体优于年际变化的模拟;模式基本上能模拟出热带气旋路径密度的空间分布,但CWRF明显总体低估了气旋路径密度。进一步分析发现,模式模拟的环境场对模拟结果具有十分重要的影响。850 hPa气旋性与反气旋性环流异常对热带气旋频数影响显著;200 hPa反气旋性环流异常与东亚西风急流对热带气旋路径影响较大;副高会影响洋面对流运动从而影响热带气旋频数,其南侧偏东风则会影响热带气旋路径;垂直风切变偏小,在不同纬度对热带气旋的影响是不同的。     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

POTENTIAL VORTICITY STRUCTURE OF SUMMER CYCLONES OVER THE CHANGJIANG-HUAIHE VALLEY*

Based on the theory of Ertel potential vorticity,the isentropic potential vorticity maps and vertical profiles of potential vorticity for two summer cyclones over the Changjiang-Huaihe Valley are analysed.After discussing a possible mechanism for the genesis and development of such systems and their differences from typical extratropical cyclones,a conceptual model for their activities is proposed:A weak disturbance in the midlevel of troposphere originated from around the Qinghai-Xizang Plateau may cause heavy precipitation under favourable conditions and latent heat release in the mid-troposphere leads to downward extension of cyclonic circulation and a wave on the quasi-stationary front.This weak cyclone can develop substantially and become a typical extratropical cyclone only when air from the lower stratosphere flows downslope along isentropic surfaces into the region of interest.     

初夏孟加拉湾地区风暴活动与季风爆发早晚的关系及其前兆信号

孟加拉湾风暴(简称孟湾风暴)和孟加拉湾夏季风(简称孟湾夏季风)是初夏活动于孟加拉湾(简称孟湾)地区的两个重要环流系统, 对中国西南地区的天气气候和亚洲夏季风的季节进程有十分重要的影响。为了进一步认识两个环流系统活动异常的特征及其影响因子, 从气候角度出发初步分析了两者活动的相互联系及其影响的前兆信号因子和环流变化特征。结果表明两者有一定的联系, 孟湾夏季风爆发偏早时孟湾风暴活动时间偏早且活动频数偏多, 反之, 风暴活动时间偏晚且活动频数偏少。初夏两个系统的异常活动与前期环流变化密切联系, 由于孟湾夏季风爆发早晚与大尺度环流的季节转换有关, 爆发早晚其前期的环流变化有十分显著的差异, 对流层低层赤道印度洋异常西风(东风)和孟湾异常气旋(反气旋)活动, 以及对流层高层东亚持续稳定的异常反气旋(气旋)是孟湾夏季风爆发偏早(偏晚)的重要前兆信号特征, 而这些异常环流变化为孟湾风暴的生成发展提供了极为有利(不利)的环流背景条件。进一步分析发现, 前期冬季1月赤道太平洋地区西暖东冷的海温异常分布对后期2-4月孟湾区域异常气旋环流的生成发展有十分重要的影响, 其中赤道西北太平洋异常暖海温的变化有利于在其西北侧南海南部激发异常气旋环流, 而赤道太平洋西暖东冷的海温差异对赤道印度洋异常西风的加强及其南北两侧气旋对的发展西移有重要作用, 是影响孟湾区域气旋性环流发生发展的重要外强迫因子。      

POTENTIAL VORTICITY STRUCTURE OF SUMMER CYCLONES OVER THE CHANGJIANG-HUAIHE VALLEY

Based on the theory of Ertel potential vorticity,the isentropic potential vorticity maps and vertical pro-files of potential vorticity for two summer cyclones over the Changjiang-Huaihe Valley are analysed.Afterdiscussing a possible mechanism for the genesis and development of such systems and their differences fromtypical extratropical cyclones,a conceptual model for their activities is proposed:A weak disturbance in the mid-level of troposphere originated from around the Qinghai-Xizang Plateau may cause heavy precipitation underfavourable conditions and latent heat release in the mid-troposphere leads to downward extension of cycloniccirculation and a wave on the quasi-stationary front.This weak cyclone can develop substantially and becomea typical extratropical cyclone only when air from the lower stratosphere flows downslope along isentropic sur-faces into the region of interest.     

Assimilation of the multisatellite data into the WRF model for track and intensity simulation of the Indian Ocean tropical cyclones

Weather Research and Forecasting (WRF-ARW) model and its three-dimensional variational data assimilation (3D-Var) system are used to investigate the impact of the Quick Scatterometer (QuikSCAT) near surface winds, Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I)-derived Total Precipitable Water (TPW), and Meteosat-7-derived Atmospheric Motion Vectors (AMVs) on the track and intensity prediction of tropical cyclones over the North Indian Ocean. The case of tropical cyclone, Gonu (June 2007; Arabian Sea), is first tested and the results show significant improvements particularly due to the assimilation of QuikSCAT winds. Three other cases, cyclone Mala (April 2006; Bay of Bengal), Orissa super cyclone (October 1999; Bay of Bengal), and Very Severe Cyclonic storm (October 1999; Bay of Bengal), are then examined. The prediction of cyclone tracks improved significantly with the assimilation of QuikSCAT winds. The track improvement resulted from the relocation of the initial cyclonic vortices after the assimilation of QuikSCAT wind vectors. After the assimilation of QuikSCAT winds, the mean (for four cyclone cases) track errors for first, second, and third day forecasts are reduced to 72, 101, and 166?km, respectively, from 190, 250, and 381?km of control (without QuikSCAT winds) runs. The assimilation of QuikSCAT winds also shows positive impact on the intensity (in terms of maximum surface level winds) prediction particularly for those cyclones, which are at their initial stages of the developments at the time of data assimilation. The assimilation of SSM/I TPW has significant influence (negative and positive) on the cyclone track. In three of the four cases, the assimilation of the SSM/I TPW resulted in drying of lower troposphere over cyclonic region. This decrease of moisture in TPW assimilation experiment resulted in reduction of cyclonic intensity. In three of the four cyclones, the assimilation of Meteosat-7 AMVs shows negative impact on the track prediction.     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

中国东南部5—8月持续性强降水和环流异常的准双周振荡

利用1979—2009年夏季(5—8月)中国站点逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了中国东南部夏季持续性强降水的低频特征及其伴随的低频大气环流形势,利用超前滞后合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行了研究。结果表明:中国东南部夏季降水存在明显的准双周低频振荡,低频降水事件(持续性强降水)在6月10日前后和7月1日前后发生的次数较多,持续5d的低频降水事件降水量占总低频降水事件的比例最大。在低频降水事件发生时期,中国东南部在低层是很强的低频气旋式环流,而在中国南海至西太平洋一带则是强大的低频反气旋,同时低频的水汽从孟加拉湾北部以及中国南海、菲律宾海一带输送到长江以南地区强烈辐合上升;此时在高层一个低频反气旋控制中国东北部地区,该低频反气旋与其西侧的低频反气旋以及位于中国东南沿海的低频气旋相互配合,使得长江以南地区高层强烈地辐散,加强了低层的上升运动。在超前低频降水7d左右时,大气低层在150°E洋面附近开始出现低频反气旋,逐渐加强并向西移动到达中国东南沿海,而在中国南海一带的低频气旋则向西北移动到长江以南地区,与此同时,副热带高压有一个明显的西伸过程,高低层相互配合最终导致低频降水的发生。     

INTERACTION BETWEEN TROPICAL CYCLONE AND MEIYU FRONT*

Generally speaking,the convection activities are inactive over western Pacific warm pool and tropical cyclone (TC) activity seldom occurs over the offshore of East Asia during the period of Meiyu rainfall.However,if a TC is active in this area,the Meiyu rainfall will often weaken or end up.Based on a statistical study with the data from 1980 to 1995,it is found that about 91% of 23 TC activities affected the intensity of Meiyu rainfall,and 50% of the end-up of Meiyu events were related to the active TCs and the change of subtropical high.The present paper simulates the effect of TC on Meiyu circulation by using MM4 model,and the results agree with the observations.From the point of view of vapor and energy transport,the landing of TC cuts not only the transport of the water vapor to Changjiang-Huaihe River basin from the Bay of Bengal but also the conversion of the mean flow energy to the Meiyu circulation because of the TC forcing to the zonal circulation.These two effects make the convection and perturbation existing in Meiyu region lack the supply of the vapor and energy for their maintenance and lead to the end of Meiyu rainfall.     

INTERACTION BETWEEN TROPICAL CYCLONE AND MEIYU FRONT

Generally speaking,the convection activities are inactive over western Pacific warm pool andtropical cyclone(TC)activity seldom occurs over the offshore of East Asia during the period ofMeiyu rainfall.However,if a TC is active in this area,the Meiyu rainfall will often weaken or endup.Based on a statistical study with the data from 1980 to 1995,it is found that about 91% of 23TC activities affected the intensity of Meiyu rainfall,and 50% of the end-up of Meiyu events wererelated to the active TCs and the change of subtropical high.The present paper simulates the effectof TC on Meiyu circulation by using MM4 model,and the results agree with the observations.From the point of view of vapor and energy transport,the landing of TC cuts not only thetransport of the water vapor to Changjiang-Huaihe River basin from the Bay of Bengal but also theconversion of the mean flow energy to the Meiyu circulation because of the TC forcing to the zonalcirculation.These two effects make the convection and perturbation existing in Meiyu region lackthe supply of the vapor and energy for their maintenance and lead to the end of Meiyu rainfall.     

Changes in the frequency of tropical cyclones over the North Indian Ocean

Summary  Changes in the frequency of tropical cyclones developing over the Arabian Sea and the Bay of Bengal have been studied utilizing 122 year (1877–1998) data of tropical cyclone frequency. There have been significant increasing trends in the cyclone frequency over the Bay of Bengal during November and May which are main cyclone months. During transitional monsoon months; June and September however, the frequency has decreased. The results have been presented for five months, i.e., May-November which are relevant as far as tropical cyclone frequency over the Arabian Sea and the Bay of Bengal are concerned. The tropical cyclone frequency in the Arabian Sea has not shown any significant trend, probably due to small normal frequency. The frequency time series has been subjected to the spectral analysis to obtain the significant periods. The cyclone frequency over the Bay of Bengal during May has shown a 29 year cycle. A significant 44 year cycle has been found during November. Over the Arabian Sea significant cycles of 13 and 10 years have been observed during May-June and November, respectively. The tropical cyclone frequency in the North Indian Ocean has a prominent El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) scale cycle (2–5 years) during all above five months. The annual cyclone frequency exhibits 29 year and ENSO scale (2–4 years) oscillations. There is a reduction in tropical cyclone activity over the Bay of Bengal in severe cyclone months May and November during warm phases of ENSO. Examination of the frequencies of severe cyclones with maximum sustained winds ≥ 48 knots has revealed that these cyclones have become more frequent in the North Indian Ocean during intense cyclone period of the year. The rate of intensification of tropical disturbances to severe cyclone stage has registered an upward trend. Received June 7, 1999/Revised March 20, 2000