太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

西北太平洋热带气旋频数变化特征及其与海表温度关系的进一步研究

根据西北太平洋56年(1949—2004年)热带气旋系列资料,分析了不同级别的热带气旋频数多年变化的统计特征及其与太平洋海表温度(SST)的关系。结果表明: 西北太平洋热带气旋频数主要的变化特征是年际和年代际变化,不同等级的热带气旋频数变化特征存在差异,但就变化趋势而言随时间减少,均无明显因全球增暖导致的热带气旋增加的现象。对不同海区分别讨论SST对热带气旋的影响,从存在的超前滞后相关发现赤道东太平洋SST负异常会引起更多的热带气旋频数,而且强度越大的热带气旋受到海温的影响越早;更多的热带气旋频数又会引起西北太平洋的SST负异常,热带气旋强度越大产生负异常的周期越短;北太平洋中部的SST与热带气旋的频数存在较好的正相关关系。这些关系体现了热带气旋强涡旋风场导致局地海洋上层混合作用和太平洋海气耦合经向模态对热带气旋的影响。     

区域气候模拟系统对西北太平洋热带气旋活动的模拟分析

利用ERA-Interim再分析数据提供侧边界条件,驱动Hadley气候预测与研究中心研发的PRECIS区域气候模拟系统,检验PRECIS对1996-2005年西北太平洋热带气旋活动的模拟能力.经与实况资料的对比结果表明:PRECIS能够有效模拟影响热带气旋活动的热力与动力环境场以及西北太平洋热带气旋生成与路径的分布特征;模拟的热带气旋逐年生成频数与实况相比,相关性显著,生成频数空间分布的高值区与实况对应一致;模拟的路径频数分布与实况相比总体一致.但模拟的中国南海海域生成的热带气旋与实况相比偏多,路径频数集中在南海东北部;模拟热带气旋的北移路径偏少,强度偏弱.     

太平洋海气耦合经向模态和西北太平洋热带气旋生成频数的关系

分析了太平洋经向模（Pacific Meridional Mode,PMM）和西北太平洋热带气旋生成频数（Tropical Cyclones Number,TCN）变化的关系。PMM是太平洋热带海气耦合系统内在固有变化的动力模态,它与西北太平洋热带气旋的活动在年际变化上存在较强的相关（1960—2003年期间年际变化的相关系数为0.63）。分析表明这种关系的产生是由于与PMM有关的许多气候条件都对热带气旋的活动产生影响。而PMM和热带气旋活动之间的关系将有助于我们对热带气旋与大尺度气候变化之间关系的讨论,为构建此问题的非单纯热力或动力框架提供了新思路。     

区域海气耦合模式FROALS的发展及其应用

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具.本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics)/IAP(Institute of Atmospheric Physics)发展的区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System model),并总结了过去五年围绕该区域海气耦合模式开展的研究工 作.FROALS的特点之一是有两个完全不同的大气模式分量和海洋模式分量选项,可以适应不同的模拟研究需 求.针对区域海气耦合模式在西北太平洋地区的模拟偏差,通过分步骤考察不同大气模式分量和不同海洋模式分量对模式模拟性能的影响,指出大气模式是导致区域海气耦合偏差的主要分量.通过改进对流触发的相对湿度阈值标准,有效地改善了此前区域海气耦合模式在亚洲季风区普遍出现的"模拟海温冷偏差".改进的FROALS对西北太平洋地区的大气和海洋环境有较好的模拟能力,合理地再现了西北太平洋地区表层洋流气候态和年际变率.较之非耦合模式,考虑区域海气耦合过程后,改进了东亚和南亚地区的降水和热带气旋潜势年际变率的模拟.最后,针对东亚—西北太平洋地区,利用FROALS对IAP/LASG全球气候模式模拟和预估的结果进行了动力降尺 度,得到了东亚区域50 km高分辨率区域气候变化信息.分析显示,FROALS模拟得到的东亚区域气候较之全球气候模式和非耦合区域气候模式结果具有明显的"增值",显示出区域海气耦合模式在该区域良好的应用前景.     

热带太平洋海气耦合过程对印度洋年际变化的影响

利用中等复杂程度的2.5层海洋模式和大气环流模式ECHAM4组成的海气耦合模式,模拟分析了热带太平洋和印度洋的气候变化以及年际变化特征。该模式较好地模拟了ENSO现象的空间分布及其不规则的周期变化特征,以及热带印度洋的主要变化特征。通过数值试验,初步研究了太平洋耦合过程对印度洋年际变化的影响。结果显示,当存在太平洋耦合过程时,模拟的印度洋偶极子(IOD)正(负)事件的发生频率比无太平洋耦合情形时有所减少(增加)。该变化是太平洋耦合变量通过海气耦合过程对印度洋海表面平均风场进行调整,进而引起热带印度洋温跃层深度东西梯度改变的结果。     

区域气候模式在不同分辨率下对西北太平洋热带气旋生成气候特征的比较研究

利用RegCM3区域气候模式,试验研究了15、30、45和60 km 4个分辨率下西北太平洋热带气旋的生成特征.结果表明,RegCM3模式对西北太平洋热带气旋生成的模拟能力受分辨率的影响.分辨率的简单提高,并不一定会使模式的模拟能力有所改善.模式在30 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数及频数变化的模拟能力最强,在60 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的模拟能力最强,在15 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数、频数空间分布及频数变化的模拟能力最弱.对比分析不同分辨率下热带气旋的生成过程表明,热带气旋生成前期,β中尺度涡旋没有发生合并,对流层中低层水汽含量不足是导致模式在15 km分辨率下模拟热带气旋生成频数较差的主要原因.     

区域耦合模式FROALS模拟的西北太平洋热带气旋潜势分布与年际变率:耦合与非耦合试验比较

热带气旋潜势指数可以合理刻画热带气旋生成的位置与范围, 被广泛应用于评估气候系统模式对热带气旋的模拟。本文使用区域海—气耦合模式FROALS对西北太平洋地区1982～2007年的积分结果, 检验了该模式对热带气旋潜势指数的气候态和年际变率模拟能力, 并从决定热带气旋潜势的五个变量角度, 分析了造成模式模拟偏差的原因。结果表明, 模式可以合理再现西北太平洋地区热带气旋潜势指数的分布, 但由于西北太平洋季风槽模拟偏弱且耦合后模拟海温偏冷, 使得耦合试验模拟的热带气旋潜势指数分布偏弱, 尽管较之单独大气模式, 其模拟的空间分布有改善。在年际变率方面, 模式可以合理再现年际变率中热带气旋潜势指数对ENSO的响应, 且耦合模式优于单独大气模式, 分析表明其原因在于耦合模式模拟的850 hPa季风槽强度与年际变率优于单独大气模式。因此区域耦合模式在模拟热带气旋指数年际变率方面相较大气模式有优势。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

西北太平洋热带气旋路径及其与海温的关系

利用中国气象局发布的1949—2007年共59年的热带气旋年鉴资料,对西北太平洋热带气旋路径进行分析,合并归纳得到热带气旋主要的三种路径,分别为西行、西北行和转向路径,研究发现三种路径主要是8年以下的年际变化。西行路径的热带气旋与海温的关系不明显,西北路径的热带气旋和转向路径热带气旋与局地海温的变化有相反的相关关系。当西北太平洋局地海洋暖的时候有利于西北路径热带气旋发生,局地海温冷时热带气旋多转向,且局地海温在热带气旋发生前半年左右就开始有持续的影响, 这种影响不仅仅存在于海洋表层,整个温跃层以上次表层海温的热状态对热带气旋路径均有显著关系。这可能是由于西北太平洋海温持续异常对其上空的大气环流产生影响,进而影响热带气旋路径。通过研究还发现不同路径热带气旋对海洋的降温作用有显著差异。     

东亚和西北太平洋地区气候的准10年尺度振荡及其可能机制

本文基于对气候、大气环流和海表水温的资料分析以及简单的理想化海气耦合模式的分析,研究了东亚和西北太平洋地区气候的准１０年振荡及其可能机制。研究表明,东亚和西北太平洋地区的气候（降水和地面气温等）和大气环流（环流指数和副高活动等）的演变都有明显的准１０年振荡;同赤道太平洋ＳＳＴＡ主要为ＥＮＳＯ循环不同,西北太平洋ＳＳＴＡ主要表现为准１０年尺度的振荡,且同气候和大气环流的准１０年变化密切相关;中纬度海－气相互作用可产生一种甚低频耦合波（１０年左右周期）,它可能是海气系统准１０年振荡的重要机制之一     

The Quasi-Decadal Oscillation of Air-Sea System in the Northwestern Pacific Region

ＴｈｅＱｕａｓｉ－ＤｅｃａｄａｌＯｓｃｉｌａｔｉｏｎｏｆＡｉｒ－ＳｅａＳｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃＲｅｇｉｏｎ①ＬｉＣｈｏｎｇｙｉｎ（李崇银）ＬＡＳＧ,ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓｉｃｓ,Ｃｈｉ...     

KEY AREAS OF AIR-SEA INTERACTION IN GLOBAL OCEANS AND STUDY OF THE CLIMATOLOGICAL FEATURES

Seven key areas of air-sea interaction in the global oceans are determined by comprehensive analysis of the global data of monthly mean sea surface temperature (SST), surface wind, temperature, humidity, sea surface sensible heat and latent heat fluxes. The time-lag correlation between SST and each atmospheric element in each key area are focally analyzed to expose the same and the different features of air-sea interaction in different key areas. The results show that the air-sea thermal interaction is strong in each area, SST, temperature and humidity can be fairly replaced with one another, particularly in the central eastern Pacific and the south India Ocean. The dynamic effect on SST is different in different areas and in the central western Pacific such effect is more important. The correlation between sensible heat, latent heat and SST is more significant in the eastern Pacific, the western Pacific and the two major monsoon areas — the northwestern Pacific and the south India Ocean. By analyzing the sustainable correlation probability of SST and every atmospheric element in each key area, we further know that the anomalies of which element, in which area and in which period are well sustained or easily destroyed. This is beneficial not only to prediction, but also to discussion of the physical mechanism of air-sea interaction.     

全球海气相互作用关键区及区内气候特征分析

采用合成分析方法研究了南海夏季风的爆发过程及其前期征兆。研究结果表明，在南海夏季风爆发之前，对流首先在中南半岛出现，随后在临近南海夏季风爆发时，菲律宾附近也出现对流活动，这表明菲律宾附近对流活动的出现也是引起南海夏季风爆发的原因之一。在南海夏季风爆发之前，赤道印度洋上（75～95°E）的赤道西风有一次明显的增强过程，它对南海夏季风的爆发也起了十分重要的作用，因为一方面它通过赤道西风的东扩促使南海南部的赤道西风建立和增强；另一方面，它又通过西风的北抬以及激发孟加拉湾的对流扰动发展和北移东传，诱使我国华南沿海西风的增强和南压，从而对南海夏季风爆发产生影响。进一步的研究还表明，印度洋赤道西风和南海南部赤道西风的增强又分别与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的增强以及索马里、85°E附近和105 °E附近向北越赤道气流的增强有关。     

西北太平洋台风活动与大气季节内振荡

本文综合介绍了大气季节内振荡与西北太平洋台风活动关系的最新研究结果。主要内容是:大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2～3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5～6位相)时的比例也为2:1。在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有很明显不同。在第2～3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5～6位相则明显促进对流的发生发展。这说明MJO在不断东移的过程中,将影响和改变大气环流形势,最终影响台风的生成。对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平合成分析表明,在多台风年有两个低频动能的大值区,其中最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,此区域正好为季风槽所在的位置。而少台风年的情况与多台风年相反,从阿拉伯海东部经印度半岛、孟加拉湾一直到我国南海地区,都是低频动能的大值区,最大的低频动能中心位于印度半岛和我国南海南部;而菲律宾以东的西北太平洋是低频动能的负距平区,季风槽偏弱,对台风生成发展不利。200 hPa速度势场清楚表明,多台风年(少台风年)在菲律宾以东的西北太平洋上表现为高层辐散(辐合),增强(减弱)该地区的上升气流,有利于(不利于)台风的生成。大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径影响的研究表明,大气ISO)流场对台风路径预报有重要参考意义。其结果表明,台风生成时850 hPa低频气旋(LFC)的正涡度带(特别是最大正涡度线)走向往往预示着台风的未来走向;200 hPa的低频环流形势对台风的路径也有一定的指示作用,与200 hPa低频反气旋(LFAC)相联系的200 hPa强低频气流对台风起着引导气流的作用。     

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。     

A Possible Mechanism of the Impact of Atmosphere--Ocean Interaction on the Activity of Tropical Cyclones Affecting China

In this study,tropical cyclone data from China Meteorological Administration(CMA) and the ECMWF reanalysis data for the period 1958-2001 was used to propose a possible mechanism for the impacts of air-sea interaction on the activity of tropical cyclones(TCs) affecting China.The frequency of TCs affecting China over past 40 years has trended downward,while during the same period,the air-sea interaction in the two key areas of the Pacific region has significantly weakened.Our diagnoses and simulations suggest that air-sea interactions in the central North Pacific tropics and subtropics(Area 1) have an important role in adjusting typhoon activities in the Northwest Pacific in general,and especially in TC activity affecting China.On the contrary,impacts of the air-sea interaction in the eastern part of the South Pacific tropics(Area 2) were found to be rather limited.As both observational analysis and modeling studies show that,in the past four decades and beyond,the weakening trend of the latent heat released from Area 1 matched well with the decreasing Northwest Pacific TC frequency derived from CMA datasets.Results also showed that the weakening trend of latent heat flux in the area was most likely due to the decreasing TC frequency over the Northwest Pacific,including those affecting China.Although our preliminary analysis revealed a possible mechanism through which the air-sea interaction may adjust the genesis conditions for TCs,which eventually affect China,other relevant questions,such as how TC tracks and impacts are affected by these trends,remain unanswered.Further in-depth investigations are required.     

2013年国外重大台风灾害分析与启示

2013年第30号台风"海燕"是有气象记录以来西北太平洋和中国南海区域登陆强度最强的台风,造成菲律宾至少8 085人死亡或失踪;特强气旋风暴"费林"是1999年以来登陆印度的最强热带气旋,仅造成奥里萨邦38人死亡。分析两个登陆的强台风灾害和造成的损失,探讨当事国应急处置的差距所在,发现"海燕"台风强度超强、菲律宾政府部门应对措施不力、公众防御超级台风灾害意识不强、防御极端灾害能力不足是损失惨重的主要原因。"费林"风暴气象预报准确、印度政府措施有力、灾害管理体系有效是此次台风灾害造成伤亡较轻的主要原因。我国作为台风灾害频发的国家,须继续完善政府主导、部门联动的灾害管理体系,适当提高沿海地区防灾减灾工程标准,同时加强公众防御极端台风灾害的能力,必要时政府仍需采取强制撤离措施,防止重大台风灾害的发生。     

Variations in Frequency and Intensity of Strong Tropical Cyclones Affecting China During

 Based on tropical cyclone track dataset in the western North Pacific from China Meteorological Administration (CMA), variations in frequency and intensity of tropical cyclones (TCs) in the western North Pacific, affecting-China TCs (ACTCs) and landfall TCs (LTCs) achieving a typhoon intensity during 1957-2004 were studied. Frequencies of strong tropical cyclones showed significant decreasing trends from 1957 to 2004 and the linear trend was much greater when the intensity was stronger. There was no linear trend in the portion of strong tropical cyclones achieving a typhoon (TY) intensity, while those reaching a strong typhoon (STY) and a super typhoon (SuperTY) intensity showed decreasing trends during 1957-2004. The maximum intensities of TCs, ACTCs and LTCs all decreased during the period of 1957-2004. The mean intensities of TCs and ACTCs displayed decreasing trends and the mean intensity of LTCs achieving a TY intensity also showed a decreasing trend.     

中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究

利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。