东亚高层纬向风季节内振荡与盛夏登陆中国大陆热带气旋频数年际变化的联系

利用1979—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA-Interim再分析数据与中国气象局-上海台风研究所(China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Research Institute,CM A-STI)、美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)资料集,分析东亚高层(200hPa)纬向风季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)与7—8月登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结果表明:7—8月中国大陆登陆TC频数与西风急流出口区南侧(北侧)纬向风为显著负(正)相关,南侧显著相关区与北侧的差定义的东亚西风急流指数(East Asian Westerly Jet Index,EAWJI)可定量描述急流经向移动,EAWJI负异常时急流北移、登陆TC偏多,反之急流南移、登陆TC偏少。急流北移,TC活动区域对流层高层呈偏东风异常,产生异常东风切变,有利于TC登陆过程的维持,使登陆中国大陆TC频数增多。东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态的高度相似性说明两者由同一空间主导模态所控制,表明若其ISO偏北偏南振荡发生频率为非正态分布,剩余偏差将改变其季节平均。TC登陆多年,东亚西风急流指数ISO呈更高频率偏北移动,引起急流出口区南侧ISO尺度扰动涡度通量辐合,使季节平均西风减小,急流位置北移,说明高层纬向风ISO可通过间接调制影响TC登陆的大尺度环流进而与登陆TC频数的年际变化相联系。     

8月中国登陆台风降水与对流层高层西风急流关系的初步研究

采用中国气象局及美国台风联合警报中心整编的1954—2013年best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据和美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,研究登陆中国的台风降水特征及其与对流层高层西风急流的关系。结果表明:8月登陆台风降水对中国东南沿海地区的影响明显,福建、浙江的登陆台风降水占同期降水的30%左右,局部地区达到40%。基于降水与200 hPa纬向风的显著相关区定义的东亚西风急流指数(EAWJI),描述了西风急流位置的经向移动。EAWJI与台风降水具有显著的负相关,即EAWJI出现负异常时,急流位置偏北,中国登陆台风降水增加,反之急流位置偏南、降水减少。急流位置偏北,西太平洋台风活动区域的对流层纬向风出现东风异常,有利于台风登陆中国,且登陆位置较常年偏北,登陆台风数较常年偏多,台风登陆后维持时间较常年偏长;在中国大陆及东部沿海附近,纬向风垂直切变为异常的东风切变、对流层低层相对涡度增强及水汽输送增大均有利于台风登陆后的维持,从而使登陆台风降水增加。     

大气环状模对夏季中国大陆登陆热带气旋频数气候变化的影响

采用1949—2016年7—8月美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料与中国气象局(CMA)上海台风所整编的热带气旋最佳路径数据集,研究大气环状模(Circumglobal Teleconnection,CGT)与中国大陆地区登陆热带气旋(Tropical Cyclone,TC)频数气候变化的关系。定义200 hPa经向风经验正交展开(EOF)的第一模态为CGT,其时间系数为环状模指数(Circumgolbal Teleconnection Index,CGTI)。CGT在北半球中纬度地区有5个异常中心,CGTI在1949—2016年呈明显的下降趋势,且存在一个2~3 a的周期振荡。CGT与大尺度环流异常存在密切的联系。研究表明:CGTI与中国大陆登陆TC频数气候变率具有显著的正相关,即CGTI表现为正异常时,登陆中国大陆的TC频数增加,反之减少。当CGT表现为正位相时,东亚副热带西风急流增强,急流南侧的反气旋切变增强,使TC登陆过程的活动区域200 hPa的辐散增强,此外,对流层高层Rossby波能量向南传播增强,形成波通量辐合,导致东风异常,产生了东风异常的引导气流和纬向风垂直切变,东风切变使得切变减小,增加了TC登陆中国大陆的可能性。     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

西北太平洋热带气旋强度的年际变化特征及其大气环流背景场分析

利用上海台风研究所整理的1949—2007年CMA-STI热带气旋最佳路径资料,对1949—1975年、1976—1987年、1988—2007年这三个时段7—10月强度达到热带风暴及以上的热带气旋(简称为TC)强度的年际变化特征进行了分析比较,对TC活动强、弱年的大气环流背景场做了合成分析,并对各年TC强度与对应的西北太平洋副热带高压(简称为西太副高)、东亚副热带西风急流、热带东风急流、季风槽各特征指数做了相关分析,揭示了西北太平洋TC强度年际变化的机理。结果表明:(1) 这三个时段TC强度都有明显的年际变化特征;(2) 当TC强度偏大时,西太副高减弱东退,东亚副热带西风急流位置偏南,热带东风急流强度偏大,位置偏东,南半球冷空气活动偏强,越赤道气流偏强,季风槽较活跃、位置偏东,倾斜指数偏小;反之亦然;(3) 当越赤道气流偏强,季风槽较活跃时,有利于TC生成源区热带低压扰动的发生发展;而西太副高减弱东退,热带东风急流位置偏东时,TC生成源区850 hPa低空为正相对涡度异常,200 hPa高空为正散度异常。这样,低层水平辐合强、高层水平辐散强的配置使得该地区辐合上升运动、高层气流的辐散流出得以维持,且TC生成源区垂直风切变偏小,从而有利于TC的发生发展,TC强度偏大;反之亦然。      

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。      

中国东部高空颠簸时空分布特征及其与热带中东太平洋海温的关系

本文利用1979～2014年NCEP-DOE日平均再分析资料和中国区域2375份航空器空中颠簸报告资料,研究中国东部区域高空颠簸的时空分布特征及其与热带中东太平洋海温异常（简称“海温异常”;空间范围:5°S～5°N,120°～170°W）的关系以及产生这种关系的可能原因。结果表明:中国东部地区高空颠簸与东亚副热带西风急流之间存在显著时空相关关系,其原因是高空纬向风引起的垂直风切变是构成高空颠簸时空分布的主导因素。中国东部夏季高空颠簸与海温异常存在正相关关系;冬季呈现南北两个正负相关区:以30°N为界,北部区域存在显著的负相关,南部区存在显著的正相关,在30°N急流轴附近区域无显著相关关系。海温异常影响中国高空颠簸时空分布的可能原因是海温变化引起对流层高层温度出现异常,进而影响温度的经向梯度,导致东亚副热带西风急流强度和位置出现异常（夏季,急流轴南侧出现西风异常;冬季,急流轴北侧出现东风异常,南侧出现西风异常）。高空纬向风的变化导致纬向风的垂直梯度和经向梯度出现异常,最终影响高空颠簸的时空分布特征。对流层高层温度的异常变化可能是由与热带海温异常相关的平流层水汽变化所引起。     

北半球冬季副热带西风急流及有关环流季内振荡若干特征分析

利用1981～1985年4个冬季的ECMWF逐日网格点资料（其中包括一个ENSO年）,采用了最大熵谱计算、方差百分比计算和ButterWerth带通滤波等方法,分析了北半球冬季绕全球副热带西风急流和有关环流30～60d低频振荡的分布特征及其年际差异。结果表明：三支副热带西风急流核心具有很强的季内稳定性;30～60d振荡的显著区正常年主要分布在急流出口区南、北侧,ENSO年主要出现在急流入口区和出口区附近。热带对流区附近也存在着明显的30～60d振荡,副热带急流、热带高空反气旋、热带对流以及高、低纬定常波等环流之间存在着密切的内在联系。东亚副热带急流、热带高空反气旋的异常东移与ENSO事件的发生有关联。     

Tropical cyclone potential hazard in Southeast China and its linkage with the East Asian westerly jet

A new synthesized index for estimating the hazard of both accumulated strong winds and heavy rainfall from a tropical cyclone (TC) is presented and applied to represent TC potential hazard over Southeast China. Its relationship with the East Asian westerly jet in the upper troposphere is also investigated. The results show that the new TC potential hazard index (PHI) is good at reflecting individual TC hazard and has significantly higher correlation with economic losses. Seasonal variation of TC-PHI shows that the largest TC-PHI on average occurs in July-August, the months when most TCs make landfall over mainland China. The spatial distribution of PHI at site shows that high PHI associated with major landfall TCs occurs along the southeast coast of China. An East Asian westerly jet index (EAWJI), which represents the meridional migration of the westerly jet, is defined based on two regions where significant correlations exist between TC landfall frequency and zonal wind at 200 hPa. Further analyses show that an anomalous easterly steering flow occurred above the tracks of TCs, and favored TCs making landfall along the southeast coast of China, leading to an increase in the landfall TC when the EAWJ was located north of its average latitude. Meanwhile, anomalous easterly wind shear and positive anomaly in low-level relative vorticity along TCs landfall-track favored TC development. In addition, anomalous water vapor transport from westerly wind in the South China Sea resulted in more condensational heating and an enhanced monsoon trough, leading to the maintenance of TC intensity for a longer time. All of these environmental factors increase the TC potential hazard in Southeast China. Furthermore, the EAWJ may affect tropical circulation by exciting meridional propagation of transient eddies. During a low EAWJI phase in July-August, anomalous transient eddy vorticity flux at 200 hPa propagates southward over the exit region of the EAWJ, resulting in eddy vorticity flux convergence and the weakening in the zonal westerly flow to the south of the EAWJ exit region, producing a favorable upper-level circulation for a TC making landfall.     

Impact of the Spring SST Gradient between the Tropical Indian Ocean and Western Pacific on Landfalling Tropical Cyclone Frequency in China

The present study identifies a significant influence of the sea surface temperature gradient(SSTG) between the tropical Indian Ocean(TIO; 15°S-15°N, 40°-90°E) and the western Pacific warm pool(WWP; 0°-15°N, 125°-155°E) in boreal spring on tropical cyclone(TC) landfall frequency in mainland China in boreal summer. During the period 1979-2015, a positive spring SSTG induces a zonal inter-basin circulation anomaly with lower-level convergence, mid-tropospheric ascendance and upper-level divergence over the west-central TIO, and the opposite situation over the WWP, which produces lower-level anomalous easterlies and upper-level anomalous westerlies between the TIO and WWP. This zonal circulation anomaly further warms the west-central TIO by driving warm water westward and cools the WWP by inducing local upwelling, which facilitates the persistence of the anomaly until the summer. Consequently, lower-level negative vorticity, strong vertical wind shear and lower-level anticyclonic anomalies prevail over most of the western North Pacific(WNP), which decreases the TC genesis frequency. Meanwhile, there is an anomalous mid-tropospheric anticyclone over the main WNP TC genesis region,meaning a westerly anomaly dominates over coastal regions of mainland China, which is unfavorable for steering TCs to make landfall in mainland China during summer. This implies that the spring SSTG may act as a potential indicator for TC landfall frequency in mainland China.     

冬季东亚-西太平洋西风急流基本结构及其异常的诊断分析

利用ECMWF再分析资料ERA40中的逐月风场和温度场资料,对冬季位于东亚-西太平洋上空的西风急流(WJS)基本结构和异常特征进行了分析.结果表明,一年当中最为强盛的冬季200 hPa WJS主体稳定地分布于东亚至西太平洋上空,向上向下均迅速减小.在对流层中高层,从东亚沿海到太平洋上空的西风系统较为深厚,低层对应着显著的大气斜压区.通过对东亚-西太平洋地区冬季200 hPa纬向风异常的EOF分解得到三种异常空间分布型,第一模态的中纬度西风异常主要发生于日界线以东的中东太平洋上空,第二、三模态则分别对应WJS主体发生增强/减弱和位置的北/南移动.WJS的这三种空间异常形态与中纬度低层大气斜压性的三种异常分布型相对应.通过对冬季WJS长期趋势的初步分析发现,近二十年来,洋面上空西风急流有增强趋势,这是由于急流轴南侧洋面上空大气存在显著增暖趋势、而急流轴北侧洋面上空却有变冷的趋势所造成的.     

2010年西北太平洋与南海热带气旋活动异常的成因分析

利用中国气象局热带气旋（TC）资料、NCEP/NCAR 再分析资料和美国 NOAA 向外长波辐射（OLR）等资料,分析了2010年西北太平洋（WNP）及南海（SCS）热带气旋活动异常的可能成因,讨论了同期大气环流配置和海温外强迫对TC生成和登陆的动力和热力条件的影响。结果表明,2010年生成TC频数明显偏少,生成源地显著偏西,而登陆TC频数与常年持平。导致7～10月TC频数明显偏少的大尺度环境场特征为：副热带高压较常年异常偏强、西伸脊点偏西,季风槽位置异常偏西,弱垂直风切变带位置也较常年偏西且范围偏小,南亚高压异常偏强,贝加尔湖附近对流层低高层均为反气旋距平环流,这些关键环流因子的特征和配置都不利于 TC 在WNP的东部生成。影响TC活动的外强迫场特征为：2010年热带太平洋经历了El Ni?o事件于春末夏初消亡、La Ni?a事件于7月形成的转换;7～10月,WNP海表温度维持正距平,140°E以东为负距平且对流活动受到抑制;暖池次表层海温异常偏暖,对应上空850 hPa为东风距平,有利于季风槽偏西和TC在WNP的西北侧海域生成。WNP海表温度和暖池次表层海温的特征是2010年TC生成频数偏少、生成源地异常偏西的重要外强迫信号。有利于7～10月热带气旋西行和登陆的500 hPa风场特征为：北太平洋为反气旋环流距平,其南侧为东风异常,该东风异常南缘可到25°N,并向西扩展至中国大陆地区;南海和西北太平洋地区15°N以南的低纬也为东风异常;在这样的风场分布型下,TC容易受偏东气流引导西行并登陆我国沿海地区。这是2010年生成TC偏少但登陆TC并不少的重要环流条件。     

1991～1994年El Niño的异常特征的诊断研究

1991～1994年热带中东太平洋海温持续4a多出现正距平。Niño3指数一直为正值。在此正距平背景下,产生了两次振荡和3次ElNiño暖期。在此期间赤道东太平洋海温在±5°纬度范围内发生了两次负距平的变化,形成了一个狭窄的温度梯度很大的“冷核”,而赤道外的中纬度海洋则持续维持两个正海温距平。这一时期海表温度资料EOF分析的结果进一步表明,第一特征向量的空间分布实际上反映了上述冷核特征。1991～1994年的ENSO事件主要是低频分量发生了较大异常,赤道低层纬向风和高层西风在前期减弱(1991-01-1992-05),后期加强(1992-06-1994-011).无论是海温还是风场的低频分量都表现出一次ENSO循环的特征。因此作者认为,虽然Niño3指数等在这4a多期间均为正值,但是大气和海洋耦合系统的低频变化部分只发生了一次完整的ENSO循环过程。1991年至1992年上半年对应于ElNiño暖位相,1992年下半年至1994年底对应于LaNina冷位相。但是这个冷位相没有能够得到充分发展,只出现两次极狭窄的冷核。冷位相的明显“夭折”,而代之以出现两次较弱的增暖,可能与季节内尺度的大气强迫与低频变化部分的相互作用有关。     

Cluster analysis of post-landfall tracks of landfalling tropical cyclones over China

In this paper, we apply finite-mixture-model-based clustering algorithms to cluster post-landfall tracks of tropical cyclones (TCs) making landfall over China. Because existing studies find that landfall surfaces or elevations affect post-landfall TC movements, we also take account of elevations in addition to time orders in this model. Our study reveals three clusters, with cluster 1 making landfall in Hainan province and moving across the western coast of Guangdong province. Most of the TC tracks in cluster 1 move over the ocean and make secondary landfalls over Yunnan province of China and Vietnam. Cluster 1 finally dissipates inland and moves westward as a result of the westward-shift subtropical high, westward steering flow, easterly vertical wind shear and strong mountainous blocking. Cluster 2 makes landfall over Guangdong and Fujian provinces. TCs in cluster 2 subsequently move inland and disappear due largely to westward-shift subtropical high, easterly steering flow, easterly vertical wind shear and relatively strong mountainous blocking. Cluster 3 makes landfall along the Fujian and Zhejiang coast and sustains a long period of time, recurving mostly to the mid-latitude region owing to the surrounding eastward-shift subtropical high, westerly vertical wind shear, weak mountainous blocking and westerly steering flow. Because cluster 2 is significantly associated with La Niña events, TCs more likely make landfall over southeastern China coast and move westward or northwestward without recurving. Cluster 3 sustains a longer time than clusters 1 and 2 in spite of its weak horizontal and vertical water vapor supply. TCs in cluster 3 interact actively with westerlies during the post-landfall period. However, we cannot observe any analogous interactions with the mid-latitude westerlies in clusters 1 and 2. TCs of clusters 1 and 2 are influenced by summer monsoon flows. Moreover, summer monsoon exerts a greater influence on cluster 1 than cluster 2. The composite 200 hPa divergence of cluster 3 is stronger than that of clusters 1 and 2. This explains to some degree why cluster 3 sustains longer than clusters 1 and 2 after making landfall.     

福建入夏早晚异常的风场特征分析

本文以850 hPa、200 hPa月平均风场和西太平洋副热带高压脊线北抬至25°N日期资料及福建省25个代表站(县)5—7月的降水资料为基本分析素材。首先标定福建入夏异常的标准与年例,其次揭示850 hPa2、00 hPa 6月风场与异常年例的基本特征,进而探讨了对福建入夏早晚的影响关系。结果表明:在低层索马里-阿拉伯海区的越赤道气流强劲,南海至东亚低纬区域西南风偏大,西太平洋区域低纬度地区南风减弱、东风强劲,且东西风交汇区偏西;而在高层辐合区东风范围偏大,索马里-阿拉伯海区的区域东风风速强劲,青藏高原南侧和副高主体季节性位移的关键区以吹东风为主,东亚区域经向度小,位于青藏高原至我国东部区域范围内,形成一逆时针“距平”风环流;在此高低层风场特征的匹配下,有利于福建提早进入夏季;反之亦然。