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。     

西北太平洋台风活动的年代际变化与大尺度环流因子的关系

用多项式拟合和统计分析的方法对1960～2005年西北太平洋台风年频数资料进行分析表明：台风活动存在明显的年代际变化，46a间台风活动存在两个高频期和两个低频期，高低频期台风频数的差异主要集中在7～10月（称为台风活跃季），利用台风活跃季的NCEP／NOAA资料对影响台风年代际变化的大尺度环流因子进行分析，结果表明：与低频期相比，在台风生成的高频期出现了较高的海表温度、较低的海平面气压、较大的高层散度和低层相对涡度、较小的垂直风切变，而且500hPa风场利于台风的生成和向西北太平洋移动。西太平洋副热带高压偏北，100hPa南亚高压偏弱。西北太平洋海盆的总降水量的年代际变化与台风的年代际变化关系不明显。     

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。     

夏季热带大气准双周振荡对西北太平洋台风生成的影响

利用美国海洋大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）逐日对外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR)资料、欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料和美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,JTWC）台风路径最佳资料,考察了热带大气夏季准双周振荡（Quasi-biweekly Oscillation,QBWO）对西北太平洋台风生成的影响,揭示了QBWO对西北太平洋台风生成位置、频数和发生概率的显著影响。结果表明:（1）伴随QBWO对流活跃中心的西北方向的传播,西北太平洋台风生成位置也呈现相应移动;（2）QBWO对流活跃位相期间,台风频数偏多,发生概率偏高,而在QBWO对流抑制位相,台风频数偏少,发生概率偏低;（3）台风生成潜在指数（Genesis Potential Index, GPI）收支分析指出了对流层低层绝对涡度和中层相对湿度是调制整个海域台风生成的两个重要的大尺度环境因子;（4）GPI的收支分析还表明了大尺度环境因子对台风生成的影响对QBWO的位相与区域具有显著的依赖性。在QBWO对流活跃位相期间,南海中北部区域低层涡度对GPI正异常贡献最为显著;在菲律宾以东海域,对流层中层相对湿度对GPI正异常贡献最为显著;在关岛附近海域,主要的贡献来自于低层绝对涡度与非线性项,且它们对GPI负异常的贡献相当。在QBWO对流抑制位相,南海中北部区域GPI的负异常贡献主要来自于低层绝对涡度;在菲律宾以东海域GPI负异常贡献主要来自中层相对湿度;关岛附近海域的GPI正异常的主要贡献来自于垂直风切变和非线性项。      

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。     

西太平洋副热带高压耦合模态对台风生成的影响

西太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统。利用再分析资料和美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径资料,研究了西太副高耦合模态对西北太平洋7—9月的台风生成的影响。结果表明:西太副高耦合模态与西太平洋地区的台风生成有显著抑制作用,且主要发生在西北太平洋北部;当西太副高偏强(弱)时,西北太平洋地区的台风生成频数偏少(多)。进一步研究表明西太副高耦合模态可以通过调节影响台风生成的850hPa涡度、垂直速度、600hPa相对湿度、垂直风切变等关键大尺度环境参数进而影响台风活动。     

2015年西北太平洋台风季提早展开:2015/2016超级厄尔尼诺的影响

2015年1-5月西北太平洋上异常出现了7个热带风暴（Tropical Storms,TS）,其中有5个发展成台风（Typhoons,TY）,分别为气候平均态（1979-2015年）的2.5和3.6倍,亦即2015年的台风季提前展开。利用ERA-Interim再分析资料、JTWC热带气旋最佳化路径数据等资料,通过计算台风生成指数（Genesis Potential Index,GPI）和比较天气尺度和季节内振荡分量,探讨2015年台风季提前的原因。结果表明：1）2015年初异常活跃的台风活动与2015/2016年超级El Niño事件于西北太平洋上引发的海气状态异常有关。2）通过对大尺度环境场和台风潜在生成指数（GPI）的诊断分析发现,动力因子（低层涡度、垂直速度）和热力因子（与海表面温度、大气温度有关的潜在强度、中低层大气相对湿度）均对2015年1-5月台风的发生有正贡献。其中,涡度项的贡献最大,相对湿度的贡献次之。3）3~10 d天气尺度扰动和10~90 d季节内振荡在2015年1-5月也异常活跃,有利于TS和TY的生成与发展。     

西北太平洋台风频数异常年的气候背景分析

利用中国气象局整编的热带气旋资料、NCEP再分析资料和Scripps海温资料,分析了台风季西北太平洋台风频数发生年代际和年际异常时的气候背景特征,并且比较分析了造成台风频数发生年代际和年际异常的影响因子的异同。结果表明:台风频数的年代际变化主要和副热带高压和赤道西太平洋的温跃层海温有非常显著的关系,而年际变化则与副高、季风槽、越赤道气流以及赤道中东太平洋的混合层海温都有着密切的联系。     

1998-2009年间台风不活跃期间热带云团活动分析

热带云团是台风生成的前兆,虽然一些研究将近20 a来台风不活跃与大尺度环境场相联系,但是还没有人分析台风不活跃期热带云团的活动特点。本文利用目前仅有的1989-2009年全球热带云团资料,分析了西北太平洋热带云团近20 a的变化特征。1998年以后西北太平洋台风生成减少主要发生在7-10月,集中在南海（13～23°N,110～120°E）和西北太平洋台风活动区域的东部（13～23°N,145～170°E）。热带云团除1月外各月都有增加的趋势,特别是与台风生成显著减少区域相联系的热带云团活动具有显著的增加趋势。通过对NCEP/NCAR再分析资料分析发现,1998年后热带云团活动增加与环境风垂直切变增加有关,而增强的垂直切变不利于台风生成。     

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。      

南海与西北太平洋地区夏季热带气旋潜在生成指数的改进

现阶段使用的热带气旋潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)在气候场的空间分布上能很好地拟合热带气旋的生成情况,但在热带气旋的年际变化拟合上效果很差。本研究考虑了相对涡度在热带气旋年际变化拟合上的重要作用,并以此为出发点,尝试改善GPI在西北太平洋地区的拟合效果。基于对1979—2011年美国联合飓风警报中心提供的热带气旋最佳路径数据和NCEP/NCAR再分析资料数据集的研究,将之前GPI中的绝对涡度项替换为修正过的相对涡度项。科氏力项仍然保留;将南海(100°～120°E,5°～25°N)与西北太平洋地区(120°～180°E,5°～40°N)热带气旋生成的差异性也纳入了考量,并在这两个区域分别构建GPI公式,改善了对热带气旋生成的气候分布模拟。除此之外,较之已存的GPI指数,改进后的GPI还很大程度提高了GPI对热带气旋生成年际变化的拟合效果,特别是对弱热带气旋年际变化的拟合效果有了显著提升。     

Tropical Cyclone Genesis Potential Index over the Western North Pacific Simulated by LASG/IAP AGCM

Tropical cyclone genesis potential index(GPI) is a useful metric for gauging the performance of global climate models in the simulation of tropical cyclone(TC) genesis.The performance of LASG/IAP AGCM GAMIL2.0 in the simulation of GPI over the western North Pacific(WNP) is assessed in this paper.Since GPI depends on large scale environmental factors including low-level vorticity at 850 hPa,relative humidity at 700 hPa,vertical wind shear between 850 and 200 hPa,maximum potential intensity(MPI),and vertical velocity,the bias of GPI simulation is discussed from the perspective of thermal and dynamical factors.The results are compared with the ECMWF reanalysis data(ERA40).The analyses show that both the climatological spatial pattern and seasonal cycle of GPI over the WNP are reasonably simulated by GAMIL2.0,but due to the overestimation of relative humidity,the simulated GPI extends to 170°E,about 10°east to that in the reanalysis data.It is demonstrated that the bias in the simulation of monsoon trough,which is about 5°north to the reanalysis,leads to an overestimation of GPI during May-June and September-October,but an underestimation during July-August.Over the WNP,the response of GPI to ENSO is well captured by GAMIL2.0,including the eastward(westward) shift of TC genesis location during El Nin o(La Nin a) years.However,the anomalous convective center associated with El Nin o shifts westward about 20°in comparison to ERA40,which leads to the biases in both vertical velocity and relative humidity.These eventually result in the westward deflection of the boundary between the positive and negative GPI centers along 20°-30°N.The results from this study provide useful clues for the future improvement of GAMIL2.0.     

Modulation of tropical cyclogenesis in the western North Pacific by the quasi-biweekly oscillation

The quasi-biweekly oscillation(QBWO) is the second most dominant intraseasonal mode over the western North Pacific(WNP) during boreal summer. In this study, the modulation of WNP tropical cyclogenesis(TCG) by the QBWO and its association with large-scale patterns are investigated. A strong modulation of WNP TCG events by the QBWO is found.More TCG events occur during the QBWO's convectively active phase. Based on the genesis potential index(GPI), we further evaluate the role of environmental factors in affecting WNP TCG. The positive GPI anomalies associated with the QBWO correspond well with TCG counts and locations. A large positive GPI anomaly is spatially correlated with WNP TCG events during a life cycle of the QBWO. The low-level relative vorticity and mid-level relative humidity appear to be two dominant contributors to the QBWO-composited GPI anomalies during the QBWO's active phase, followed by the nonlinear and potential intensity terms. These positive contributions to the GPI anomalies are partly offset by the negative contribution from the vertical wind shear. During the QBWO's inactive phase, the mid-level relative humidity appears to be the largest contributor, while weak contributions are also made by the nonlinear and low-level relative vorticity terms.Meanwhile, these positive contributions are partly cancelled out by the negative contribution from the potential intensity.The contributions of these environmental factors to the GPI anomalies associated with the QBWO are similar in all five flow patterns—the monsoon shear line, monsoon confluence region, monsoon gyre, easterly wave, and Rossby wave energy dispersion associated with a preexisting TC. Further analyses show that the QBWO strongly modulates the synoptic-scale wave trains(SSWs) over the WNP, with larger amplitude SSWs during the QBWO's active phase. This implies a possible enhanced(weakened) relationship between TCG and SSWs during the active(inactive) phase. This study improves our understanding of the modulation of WNP TCG by the QBWO and thus helps with efforts to improve the intraseasonal prediction of WNP TCG.     

台风“苏拉”登陆福建后降水的非对称成因分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达等资料,分析了2012年第9号台风"苏拉"降水预报失败的原因及其暴雨成因。结果表明:此次台风暴雨预报失败的主要原因在于预报过程中没有关注台风垂直结构的改变及其对降水落区的影响。"苏拉"台风暴雨是在中高纬稳定的环流形势下发生的,低层到高层引导气流的变化导致"苏拉"高层风暴中心向南倾斜;环境风垂直切变导致了台风降水的非对称分布,环境风垂直切变方向的左侧是强降水发展的区域;此外,随着台风环流中心在垂直方向发生偏移,改变了涡度平流的垂直分布,从而导致了福建省南部的暴雨。因此关注登陆台风中心在垂直方向的偏移对台风降水预报非常重要。     

关于2006年西太平洋台风活动频次的气候预测试验

这是首次利用气候模式对我国2006年夏季西太平洋地区台风活动频次的实时气候预测的报告。根据这个初步的预测试验结果分析,西太平洋地区夏季(6~10月)对流层低层为异常辐散区而高层为异常辐合区,大气顶向外长波辐射为正距平,对流活动异常偏弱;同时,该地区对流层上下层纬向风的切变幅度异常偏大;海洋温度的距平值很小。综合这些气候背景条件,今年西太平洋的台风生成数量将可能比正常年份偏少一些。当然,由于台风生成发展的复杂性,这一预测还有不确定性。