北大西洋飓风季节预报方法介绍

介绍了美国科罗拉多州立大学Ｇａｒｙ，Ｗ．Ｍ所作的大西洋热带气旋季节方法。通过揭示大西洋热带气旋存在的超长期预报信号，利用交互验证分析和最小独立偏差回归方法，对大西洋地区１９５０－１９９０年热带气旋活动进行预报试验，并在预报年的的上年１２月，当年６月，８月向公众发布预报。     

西北太平洋热带气旋潜在生成指数的改进

热带气旋潜在生成指数(GPI,Genesis Potential Index)是热带气旋生成可能性大小的空间分布函数,利用大尺度环境场可以应用于热带气旋活动的季节预报,并且可以评估全球气候变化对热带气旋活动的影响。但是目前的GPI基本都是针对全球热带气旋活动构建的,没有考虑到热带气旋不同活动地区及其内部的差异。本研究考虑到南海和西北太平洋热带气旋生成的不同特点,分别构建了适用于南海(5～25°N,100～120°E)和西北太平洋(5～40°N,120～180°E)的热带气旋GPI。改进后的GPI对南海和西北太平洋区域热带气旋生成具有较好的模拟能力,不仅能很好地模拟南海和西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的气候特征(相似系数为0.67),而且能够较好地模拟热带气旋生成在年际时间尺度上的空间分布特征。     

利用海气耦合模式预测的大尺度环流进行热带气旋年频数的预测试验

基于对热带气旋生成频数和大尺度环流相关关系的分析,利用SINTEX-F海气耦合模式预测的大尺度大气环流信息,通过提取模式预测较好与热带气旋生成密切相关的有用信息,建立了一个基于动力模式预测结果的南海和西太平洋热带气旋年频数预测模型,并对1982—2010年的热带气旋生成频数进行预测试验与检验。SINTEX-F海气耦合模式能够较好预测部分与热带气旋生成密切相关的大尺度环流特征,其中包括热带气旋活动区域的海平面气压、对流层风垂直切变、850 hPa热带辐合带和850 hPa 90 °E附近的越赤道气流。利用这些大尺度环流建立的预测因子与热带气旋生成频数有很好的相关关系,利用这些预测因子建立的多元回归预测模型对热带气旋频数的拟合率为0.8(相关系数,超过99.9%的信度检验)。预测模型的交叉检验结果表明模型整体预测效果较好。交叉检验预测结果与实况热带气旋频数的相关为0.71(超过了99.9%的信度检验),距平同号率为82.8%。但模型对热带气旋异常年的预测误差较大。      

西北太平洋热带气旋生成客观预测模型

该文提出一种西北太平洋热带气旋年生成活动的客观预测模型。研究大尺度环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的作用,使用最小角回归算法对初始14个预测因子进行选择和降维,将资料集分为训练集（1979—2015年）和验证集（2016—2020年）,建立随机森林回归模型预测热带气旋年生成频次。分析环境因子对西北太平洋热带气旋生成位置的作用,使用逐步回归算法筛选影响显著的预测因子,建立局部泊松回归模型预测热带气旋生成空间位置的概率。结果表明:随机森林回归模型可以预测西北热带气旋频次的主要变化和趋势,揭示环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的影响。局部泊松回归模型对于气旋生成位置概率有一定预测能力。利用随机森林回归模型和局部泊松回归模型模拟1979—2020年西北太平洋热带气旋生成,结果与观测基本一致,可见模型可为热带气旋危险性分析提供参考。     

2008年西北太平洋热带气旋活动异常特征及成因分析

2008年西北太平洋热带气旋活动的特点:(1)初台异常偏早;(2)生成热带气旋异常偏少,但登陆热带气旋异常偏多,登陆热带气旋与生成热带气旋比例高;(3)从热带气旋的生成源地来看,2008年的热带气旋生成位置明显偏西.2008年热带气旋生成年频数异常偏少的主要原因:2008年仍处在生成热带气旋偏少的气候背景下,对流层低层...     

影响北印度洋热带气旋生成环境因子的月际变化特征

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Centre,JTWC)发布的1979—2018年北印度洋热带气旋(tropical cyclone,TC)数据和ERA-Interim提供的分辨率为1°×1°的同期再分析资料,分析影响北印度洋热带气旋生成的不同环境因子月际变化特征。结果表明:5月北印度洋海温明显增暖,适宜的200 hPa与850 hPa垂直风速切变(5~10 m·s^(-1))和充足的水汽供应使得热带气旋的生成数达到全年第一个峰值。7—9月对流层中低层相对湿度条件很好,但200 hPa与850 hPa垂直风速切变过大,使得扰动对流很难形成暖心结构,不利于热带气旋的生成。10—11月北印度洋平均海温27~29℃,中层大气相对湿度条件较好,850 hPa多气旋性环流,200 hPa与850 hPa垂直风速切变为5~15 m·s^(-1),在这种有利的环境条件下北印度洋热带气旋生成数达到全年第二个峰值。对影响北印度洋两个海域热带气旋月际变化的不同环境因子定量研究发现,尽管阿拉伯海和孟加拉湾的热带气旋生成数都呈现双峰型变化,但环境因子在相同月份却呈现不一样的特征。     

7—9月南海热带气旋与玉林地区降水

本文统计分析了玉林地区后汛期(7—9月)的大—暴雨时发现,玉林地区后汛期大雨以上降水70%左右是与热带气旋有关,受南海热带气旋直接或间接影响的大雨以上降水则占50%左右。此外,本文还从历史资料中找出南海热带气旋生成的源地、移动路径、登陆地段,热带气旋到达不同地(海)域时与玉林地区降水的关系等。     

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。     

南半球环流异常对夏季西太平洋热带气旋生成的影响及其机理

利用中国气象局提供的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射(OLR)等资料, 研究了西太平洋(125°E～150°E)夏季热带气旋生成频数多寡的可能机理, 讨论了南北半球环流系统共同作用的物理过程及其对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ), 进而对热带气旋频数的影响, 并重点探论了从澳大利亚东侧位势高度异常到北半球西太平洋热带气旋频数响应的可能物理过程。研究发现: 澳大利亚东侧的环流异常和西太平洋热带气旋活动频数密切相关。南半球的澳大利亚东侧环流异常可能不完全是通过越赤道气流, 而主要是通过Rossby波的传播造成的南北半球遥相关作用, 影响北半球环流系统的, 进而影响菲律宾以东赤道辐合带对流活动的强弱, 导致西太平洋热带气旋生成频数的多寡差异。当澳大利亚东侧的位势高度为正距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现正距平。即西太平洋副高偏强, 且偏南西伸, 抑制热带辐合带的对流活动发展, 使菲律宾以东的对流活动偏弱, 从而使热带气旋生成频数偏少。而当澳大利亚东侧的位势高度为负距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现负距平。也即西太平洋副高偏弱, 且位置偏北。菲律宾以东地区对流活动偏强, 热带气旋生成频数偏多。另外, 西太平洋 (125°E～150°E) 以西的上游赤道西风也对热带气旋频数也有重要影响。具体表现为, 当90°E附近的越赤道气流强时, (5°N～15°N, 125°E～150°E)范围内的西风也随之加强, 从而使菲律宾以东对流活动加强, 西太平洋热带气旋频数增高。反之, 当该支越赤道气流弱时, 上游赤道西风随之偏弱, 从而造成菲律宾以东对流活动偏弱, 西太平洋热带气旋生成偏少。     

2006年西北太平洋热带气旋生成频数和源地异常的成因分析

根据西北太平洋编号台风资料、Hadley中心的SST资料和NCAR/NCEP的再分析资料,对2006年西北太平洋热带气旋活动特点进行分析,就台风季热带气旋的活动特征和成因进行研究。(1) 海表温度的异常引起的沃克环流异常造成了2006年热带气旋频数相对于多年平均偏少。(2) 越赤道气流强并且有较好对流匹配的区域易生成热带气旋。较强的对流运动,良好的越赤道气流、环流条件和切变条件的匹配是2006年8月较其它月份生成较多热带气旋的原因。(3) 异常东南风环流有利于引导生成的热带气旋以西北路径西行进入我国沿海并登陆。异常西风环流不利于热带气旋向西运动登陆我国。(4) 垂直风切变异常太大,不利于气旋生成和发展。     

IPRC区域气候模式对西北太平洋热带气旋潜在预测能力的初步检验

利用夏威夷大学IPRC高分辨率区域气候模式,对西北太平洋热带主要气旋活动季节(6—10月)热带气旋活动的特征及其大尺度环境场进行了17年的模拟试验,检验了模式对西北太平洋热带气旋的潜在季节预测能力。试验结果表明,该模式对西北太平洋热带气旋大尺度环境场具有较好的刻画能力,模拟的热带气旋年生成频数与实况的相关系数为0.77,季节内各月生成频数相关系数为0.82,显示出良好的潜在预测能力;生成源地分布与实况较一致;总能量(PDI)的年际变化趋势模拟也较为理想。但模拟的路径频数在南海地区明显偏多,北上热带气旋偏少,最大风速的峰值区间模拟效果较差。     

2008年西北太平洋热带气旋活动特征分析

对2008年西北太平洋及我国南海热带气旋的活动特征进行总结,并从多方面分析其成因.结果指出:2008年西北太平洋热带气旋活动的主要特征为生成总数少,源地集中,位置偏西;登陆数多、时间早;登陆地点偏南、时间集中等.其原因主要在于:在热带气旋的多发期副热带高压面积偏大、强度偏强、西伸脊点异常偏西,且脊线偏南,造成西北太平洋热带地区盛行偏东风,不利于热带扰动的生成和发展;同时,也使得在其南侧生成的热带气旋易在偏东气流的引导下登陆我国南方.另外,季风槽、垂直风切变、海表温度和热带辐合带上的对流活动等因子的异常分布都不利于热带气旋在西北太平洋东部海域生成,直接导致这一年热带气旋生成总数明显偏少,源地显著偏西.     

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。     

热带气旋生成与海底地热效应关系的探讨

一、引言 赤道太平洋和大西洋地区是热带气旋生成的主要源地,因那里有广阔的热带洋面。热带气旋生成和维持首先要具备从海面到深层60m海温要高于26℃,所以海洋是热带气旋能量的主要来源。本文从海洋地质地貌构造出发,根据实际资料分析,在赤道太平洋和大西洋地区,由于板块构造和海底扩张,引起洋壳的变化,形成了海底的热地柱(hot plume),发现这些地热排泄口的地区,与热带气旋发生频率的实际分布相当吻合,这可能与海底地热释放能量有关。     

Contrasting two spring SST predictors for the number of western North Pacific tropical cyclones

文章对比了两种可用于预报西北太平洋热带气旋生成数量的春季海温预报因子(热带北大西洋海表面温度(NTA SST)和西南太平洋与西北太平洋暖池之间海表面温度梯度(SSTG))。研究揭示了这两种春季海温预报因子在年际和年代际时间尺度上的不同变化特征、变异机制以及它们与西北太平洋热带气旋数量之间的不同相关关系。研究结果表明:在80年代末之后,NTA SST和SSTG在中部型厄尔尼诺的共同调控下呈现出共同的年际变化特征,从而增强了两种春季海温预报因子对西北太平洋热带气旋数量的预报能力。     

西北太平洋热带气旋潜势分布和年际变率的数值模拟

热带气旋潜势指数是定量表征影响热带气旋生成的大尺度环境条件指标,在不能显式模拟热带气旋的气候系统模式中,常被作为热带气旋的代用指标。基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的AGCM GAMIL2.0模式在历史海温驱动下的积分结果,评估了该模式对热带气旋潜势气候态、季节循环和年际变率的模拟能力。并分别从影响热带气旋潜势分布的热力因子(相对湿度、热带气旋最大风速)和动力因子(垂直风切变、绝对涡度、垂直抬升速度)的角度,讨论了造成热带气旋潜势模拟误差的原因。结果表明,在西北太平洋地区,模式能够合理再现热带气旋潜势的气候态分布,但由于GAMIL2.0模拟的相对湿度偏大且向东延伸,造成了热带气旋潜势大值区较之再分析资料偏大且偏东10°。由于GAMIL2.0模拟的季风槽位置偏北偏强,导致模拟的热带气旋潜势季节循环北进偏早而南退偏晚。在年际变化方面,GAMIL2.0能合理模拟出热带气旋潜势在ENSO正负位相东西反向的变化特征,但位于20°—30°N的加强和减弱区的分界线偏西,这与模拟的垂直速度和相对湿度的模拟误差有关,进一步分析表明,这是由于模拟中ENSO事件期间的西北太平洋异常上升中心比观测偏西且偏强造成的。     

登陆辽宁热带气旋特征的统计分析

利用1949-2010年热带气旋年鉴资料和常规气象观测资料,对62a来登陆辽宁热带气旋的生成源地、移动路径、登陆地点、登陆强度、登陆后影响时间等进行统计分析,揭示登陆辽宁热带气旋活动特征。结果表明：1949-2010年共有18个热带气旋登陆影响辽宁,66℅以热带低压（TD）的强度登陆,61℅在08-20时之间登陆,78℅在辽宁境内活动时间为6-12h,89℅是在其他地区登陆进入黄渤海后在辽宁再次登陆,大连是登陆次数最多的地区,33℅登陆辽宁后减弱消失,登陆后移动路径主要有向东北向、偏北向、西北向3种移动路径。在此基础上,根据业务需求建立了基于副热带高压、气旋源地和热带气旋前期路径等因子,预报登陆辽宁热带气旋后期走向[0]的预报关键区,为热带气旋预报工作提供参考。     

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949—2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡(ISO)与南海热带气旋活动的关系。主要结论包括:(1) 针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征;(2) CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性;(3) 利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系:不活跃期(第4～6位相)时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期(第7～3位相)时情况相反;(4) 合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展;不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显;(5) 进一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致。此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热;不活跃位相则情况相反。因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动。      

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。     

提高模式分辨率后热带气旋生成迟缓的原因分析

利用目前国际上最先进的中尺度WRF模式模拟热带气旋生成,网格分辨率从9 km增加到3 km,3 km网格中积云参数化方案不起作用,依靠微物理方案来模拟对流尺度系统特征,模式中热带气旋的生成过程变得迟缓。当低压扰动发展到一定程度后再加入3 km网格,生成过程有加快趋势。本研究针对该现象进行分析。结果表明:只用微物理方案使低层(950～700 hPa)风速的垂直切变减小,不利于对流发展;切变减小主要是由于动量垂直输送项的差异所致。在加入细网格的6 h内,低层对流尺度(减去区域平均)的动量垂直输送量平均增加了一倍,某些时刻达到了5倍以上;动量混合增加是由于微物理方案模拟的垂直速度增加所致。此外,只用微物理方案导致对流有效位能迅速被消耗。低层垂直切变和对流有效位能的减小都不利于对流发展,从而导致热带气旋生成发展过程迟缓。本研究表明,目前WRF中的微物理方案在模拟热带气旋生成过程中的对流发展时仍然存在问题。