2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程, 研究1997—1998与2015—2016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies, SSTA)的差异及成因。结果显示, 北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布, 而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明, 1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少, 以及吸收太阳辐射的增加外, 海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)负位相有关, 其可引起亚速尔高压减弱, 产生西南风异常, 通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature, SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱, 海表增暖, 沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与1997—1998厄尔尼诺事件不同, 2015—2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO, 而是出现弱NAO正位相, 热带北大西洋为弱的东风异常, 使海表发生一定的冷却, 形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。     

2018年8月西北太平洋热带气旋频数异常的成因分析

基于中国气象局"CMA-STI热带气旋最佳路径数据集"、欧洲中期天气预报中心ERAInterim逐月再分析资料,利用1979-2018年热带气旋生成指数中与西北太平洋海域(包括南海海域)8月TC生成频数相关性较好因子,定量分析了2018年8月环境场因子异常的情况与可能原因,并讨论其影响该月台风数量异常偏多的物理机制。结果表明:850 hPa相对涡度和600 hPa相对湿度与西北太平洋海域8月TC生成频数的相关关系最好。2018年8月,相关较高区域的850 hPa相对涡度与多年平均值最大正距平达0.25×10-4/s,600 hPa相对湿度高于多年平均值8%~10%。2018年8月,西北太平洋副热带高压(副高)位置偏西偏北、北印度洋至我国南海大范围海域西风正异常、南海海域经向风正异常、水汽通量正异常,以及季风槽的位置决定了850 hPa相对涡度因子和600 hPa相对湿度因子正异常的出现,触发对流活动的增强,并通过风驱动海面热量交换机制为TC中潜热释放提供所需的能量供应,最终导致TC生成频数偏多。     

利用太平洋海表温度作西北太平洋热带气旋年频数预测

本文利用1950—2000年全球月平均海表温度，计算分析海表温度与西北太平洋热带气旋频数之间的相关性，确定太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋相关性好的海域作为预测模式的相关海区。从相关海区中选取代表格点海表温度资料构造出综合预测因子。利用综合预测因子建立一元线性和一元多项式非线性预测模式。经检验，两种模式预测效果较为理想。因此，利用太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋频数的相关性建立预测模式作西北太平洋热带气旋频数预测是可行的。同时发现，经过以上方法建立的线性模式和非线性模式预测结果相差甚微，表明西北太平洋热带气旋频数与前一年太平洋某些海区海表温度经以上方法得到的综合预测因子之间线性相关性较为明显。     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系。研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者之间存在显著的正相关关系。对应晚春AO指数偏高年,夏季西太平洋副热带高压主体位置偏东偏北、强度偏弱,西北太平洋上空大气低层有较强的辐合、高层辐散增强、中层水汽充足、垂直风切较弱,这些大尺度环境因子均有利于TC的生成。而在晚春AO指数偏低年,西北太平洋上空的大气环流特征与上述特征相反,造成TC生成频数偏少。进一步的分析揭示:与AO变化密切相关的北太平洋风暴轴位置的南北移动,在晚春AO与夏季西北太平洋TC生成频数二者关系中起到了关键作用。AO正位相(负位相)年,北太平洋风暴轴向北(向南)偏移,通过天气尺度波动和平均流之间的相互作用,造成后期夏季西北太平洋上空低层形成气旋性(反气旋性)涡度异常,在局地经向环流的调整作用下,西北太平洋副热带高压的位置及强度发生改变,对西北太平洋TC的形成起到了促进(抑制)作用。     

2017年7-10月西北太平洋TC生成异常特征及成因分析

利用CMA-STI热带气旋最佳路径数据集和NCEP/DOE再分析资料,对2017年7—10月西北太平洋热带气旋(TC)生成异常特征及大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2017年7月西北太平洋TC生成个数异常偏多、生成时间集中,7—10月TC生成位置异常偏西;(2)西北太平洋副热带高压7月下旬持续减弱东退和20～60 d季节内振荡异常活跃是该时期西北太平洋TC频繁生成的重要原因;(3)西北太平洋上空大尺度环流异常造成了2017年7—10月西北太平洋TC生成位置偏西。西北太平洋中、东部海域为强盛副高控制,但在南海至菲律宾以东洋面季风槽活跃,该海域对流层低层形成气旋性涡旋、高空散度和低层涡度大、垂直风切变偏小、对流层中层湿度大。而西太平洋越赤道气流与西北太平洋上空大尺度环流一致变化,越赤道气流偏弱,仅有位于105°E的越赤道气流较强,使得西北太平洋上空利于TC生成的环流西移;(4)受La Nina事件发展影响,赤道太平洋出现东风异常以及Walker环流异常偏西,使得与TC生成有关的大尺度辐合中心西移,造成TC生成位置偏西。     

热带西北太平洋热状况对热带气旋活动的影响

分析热带西北太平洋和南海的表层至100m的水温变化与热带气旋活动的关系。得出:(1)海洋热含量正距平年热带气旋偏多,反之偏少。(2)热带西北太平洋西部热含量增加时,副热带高压脊点偏西,移入南海的热带气旋频数增加,反之减少。(3)因热带东、西太平洋水温变化反相,南海水温变化与热带东太平洋同位相,故从太平洋移入南海的热带气旋与在南海生成的热带气旋频数的变化趋势近于相反。     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

南海夏季风爆发与西北太平洋热带气旋活动

利用1965—2007年美国台风预警中心(JTWC)的热带气旋(TC)及NCEP/NCAR再分析资料,初步研究南海夏季风爆发与西北太平洋(包括南海)热带气旋活动之间的关系。结果表明,南海夏季风的爆发伴随着西北太平洋(尤其南海区域)TC生成个数和活动频数比爆发前有显著增加,而超过1/2的年份南海夏季风爆发前2候和爆发候西北太平洋(150°E以西)有TC活动,表明TC活动可能是南海夏季风爆发的触发机制之一。在大多数(77%)南海夏季风爆发偏早年,爆发前2候和爆发候西北太平洋TC活动偏多,且TC生成位置偏西;而大多数(77%)爆发偏晚年份,爆发前2候和爆发候没有TC活动。季风的偏早爆发受季节内振荡、西北太平洋TC活动、中纬度冷空气活动等复杂因素影响,而季风的偏晚爆发则主要受季节内振荡影响。     

潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动影响的机理研究

使用1958—2001年的中国气象局台风年鉴资料和欧洲中心再分析资料,初步揭示了潜热通量异常对西北太平洋(含南海)热带气旋活动的可能影响机理。统计分析发现,西北太平洋(含南海)热带气旋年频数与北太平洋副热带(简称关键区)的潜热通量在过去40余年中均表现为显著的减弱趋势。诊断分析表明,关键区的潜热通量通过低层信风向西的水汽输送—整个西北太平洋热带气旋活动区水汽低层辐合上升而凝结—潜热释放这一链条改变西北太平洋(含南海)大气环境场条件(包括中层湿度场、高低层涡度场和高低层散度场),进而调制热带气旋活动。使用SAMIL模式进行关键区内潜热通量加倍和减半的敏感性试验,进一步证实了关键区潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动调制作用的可能机理,而对南海热带气旋活动影响较小。由此可推断,在过去40余年中,北太平洋副热带中部区潜热通量的减弱趋势可能是造成西北太平洋(含南海)热带气旋频数下降的主要原因之一。     

西北太平洋热带气旋活动的年际变化及其与大尺度背景场的关系

西北太平洋热带气旋活动的年际变化引起了业内广泛关注。本文选取1950—2016年7—10月的西北太平洋热带气旋为研究对象,分析各等级热带气旋活动特征与Ni珘no-3.4区7—10月平均海表面温度异常(SSTA)的关系,统计了生成频数、生命期、累积气旋能量指数(ACE)、生成位置及路径的变化特征,并探究ENSO循环的暖事件年与冷事件年中大尺度背景场的差异。结果表明:(1)在暖事件年,强台风和超强台风的生成频数、生命期均有增加的趋势,ACE指数与SSTA正相关性更强,说明其强度有所增加,冷事件年情况相反。(2)强台风和超强台风在暖事件年生成位置偏东偏南,在冷事件年生成位置偏西偏北。(3)季风槽区的高低层环流形势配合垂直风切变及对流层暖湿空气,导致热带气旋的生成位置在冷暖事件中发生变化。     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

全球热带海洋海表温度场异常对北极海冰的影响

本文利用1951?2021年哈德莱中心提供的海冰和海温最新资料以及美国国家海洋和大气管理局气候预报中心提供的NCEP/NCAR再分析资料,分析探讨了北极海冰70余年的长期变化特征,进而研究了其快速减少与热带海温场异常变化之间的联系,揭示了在全球热带海洋海温场变化与北极海冰之间存在密切联系的事实。结果表明,北极海冰异常变化最显著区域出现在格陵兰海、卡拉海和巴伦支海。热带不同海区对北极海冰的影响存在明显时滞时间和强度差异,热带大西洋的影响相比偏早,印度洋次之,太平洋偏晚。热带大西洋、印度洋和中东太平洋海温异常影响北极海冰的最佳时间分别是后者滞后26个月、30个月和34个月,全球热带海洋影响北极海冰的时滞时间为33个月。印度洋SST对北极海冰的影响程度最强,其次是太平洋,最弱是大西洋。全球热带海洋对北极海冰的影响过程中,热带东太平洋和印度洋起主导作用。当全球热带海洋SST出现正（负）距平时,北极海冰会出现偏少（多）的趋势,而AO、PNA、NAO对北极海冰变化起重要作用,是热带海洋与北极海冰相系数的重要“纽带”。而AO、PNA和NAO不仅受热带海洋SST的影响,同时也受太平洋年代际振荡PDO和大西洋多年代际AMO的影响,这一研究为未来北极海冰快速减少和全球气候变暖机理的深入研究提供理论支撑。     

春季北大西洋涛动与夏季西北太平洋热带气旋生成频数关系的年代际变化

The present study reveals the fact that the relationship between the spring(April–May) North Atlantic Oscillation(NAO) and the following summer(June–September) tropical cyclone(TC) genesis frequency over the western North Pacific(WNP) during the period of 1950–2018 was not stationary. It is shown that the relationship between the two has experienced a pronounced interdecadal shift, being weak and insignificant before yet strong and statistically significant after the early 1980 s. Next we compare the spring NAO associated dynamic and thermodynamic conditions, sea surface temperature(SST) anomalies, and atmospheric circulation processes between the two subperiods of 1954–1976 and 1996–2018, so as to illucidate the possible mechanism for this interdecadal variation in the NAO-TC connection. During the latter epoch, when the spring NAO was positive,enhanced low-level vorticity, reduced vertical zonal wind shear, intensified vertical velocity and increased middle-level relative humidity were present over the WNP in the summer, which is conducive to the genesis of WNP TCs. When the spring NAO is negative, the dynamic and thermodynamic factors are disadvantageous for the summertime TC formation and development over the WNP. The results of further analysis indicate that the persistence of North Atlantic tri-pole SST anomalies from spring to the subsequent summer induced by the spring NAO plays a fundamental role in the linkage between the spring NAO and summer atmospheric circulation.During the period of 1996–2018, a remarkable eastward propagating wave-train occurred across the northern Eurasian continent, forced by the anomalous SST tri-pole in the North Atlantic. The East Asian jet flow became greatly intensified, and the deep convection in the tropics was further enhanced via the changes of the local Hadley circulation, corresponding to a positive spring NAO. During the former epoch, the spring NAO-induced tri-pole SST anomalies in the North Atlantic were non-existent, and the related atmospheric circulation anomalies were extremely weak, thereby leading to the linkage between spring NAO and WNP TC genesis frequency in the following summer being insignificant.     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

A primary study of the correlation between the net air-sea heat flux and the interannual variation of western North Pacific tropical cyclone track and intensity

A singular value decomposition (SVD) analysis is carried out to reveal the relationship between the interannual variation of track and intensity of the western North Pacific tropical cyclones (WNPTCs) in the tropical cyclone (TC) active season (July-November) and the global net air-sea heat flux (Q net ) in the preceding season (April-June). For this purpose, a tropical cyclone track and intensity function (TIF) is defined by a combination of accumulated cyclone energy (ACE) index and a cyclone track densit...     

ENSO variability and the eastern tropical Pacific: A review

El Niño-Southern Oscillation (ENSO) encompasses variability in both the eastern and western tropical Pacific. During the warm phase of ENSO, the eastern tropical Pacific is characterized by equatorial positive sea surface temperature (SST) and negative sea level pressure (SLP) anomalies, while the western tropical Pacific is marked by off-equatorial negative SST and positive SLP anomalies. Corresponding to this distribution are equatorial westerly wind anomalies in the central Pacific and equatorial easterly wind anomalies in the far western Pacific. Occurrence of ENSO has been explained as either a self-sustained, naturally oscillatory mode of the coupled ocean–atmosphere system or a stable mode triggered by stochastic forcing. Whatever the case, ENSO involves the positive ocean–atmosphere feedback hypothesized by Bjerknes. After an El Niño reaches its mature phase, negative feedbacks are required to terminate growth of the mature El Niño anomalies in the central and eastern Pacific. Four requisite negative feedbacks have been proposed: reflected Kelvin waves at the ocean western boundary, a discharge process due to Sverdrup transport, western Pacific wind-forced Kelvin waves, and anomalous zonal advections. These negative feedbacks may work together for terminating El Niño, with their relative importance being time-dependent.ENSO variability is most pronounced along the equator and the coast of Ecuador and Peru. However, the eastern tropical Pacific also includes a warm pool north of the equator where important variability occurs. Seasonally, ocean advection seems to play an important role for SST variations of the eastern Pacific warm pool. Interannual variability in the eastern Pacific warm pool may be largely due to a direct oceanic connection with the ENSO variability at the equator. Variations in temperature, stratification, insolation, and productivity associated with ENSO have implications for phytoplankton productivity and for fish, birds, and other organisms in the region. Long-term changes in ENSO variability may be occurring and are briefly discussed. This paper is part of a comprehensive review of the oceanography of the eastern tropical Pacific.     

Estimates for regression relationships between characteristics of tropical cyclones and gravity anomalies

We have obtained regression relationships between vertical components of gravity anomalies in tropical cyclone areas and some cyclonic characteristics. These regressions are more pronounced in territories where negative gravity anomalies are prevalent. Numerical experiments are performed for the cyclonic zone of the northwestern Pacific and western Atlantic. In the zone of the western Atlantic, the main focus is on cyclones entering to the terrestrial part of the United States. We conclude that under some conditions, gravity anomalies can affect the characteristics of tropical cyclones.