2019年11月西北太平洋热带气旋生成频数异常偏多的成因分析

基于1979—2019年NCEP-DOE再分析资料、中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集和HadISST全球海温资料等,研究了2019年11月西北太平洋TC生成频数异常偏多的可能原因。结果表明:2019年11月西太平洋副热带高压(WPSH)强度偏强、脊线偏北,其南侧偏东气流与越赤道气流交汇形成的西北太平洋热带辐合带偏强偏北、向东延伸,为TC生成创造了低层强的辐合、高层强的辐散、小的风速垂直切变以及对流层中层充足的水汽等有利的大尺度环境条件,导致TC生成频次异常偏多、生成位置偏北偏东。采用EOF方法进行分析,发现11月东亚大槽年际变化的第二模态为南北反位相型分布,对应的第二特征向量(PC2)与WPSH脊线指数具有高度一致性,且与同期西北太平洋上空TC生成频数呈显著的正相关关系。即当11月东亚大槽北部加深而南部变浅时,对应WPSH脊线偏北,TC生成频数偏多,表明深秋季节西风带槽脊活动对西北太平洋TC生成有一定的调制作用。进一步的诊断分析揭示了北太平洋海温异常可能是造成东亚大槽经向偶极子型变异的重要因子。     

环境引导气流两类典型年际模态与西北太平洋热带气旋活动的联系

本文基于中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋（Tropical Cyclone, TC）最佳路径资料及美国NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用经验正交函数分解、合成分析、相关分析等统计方法,分析了1979-2016年7-9月西北太平洋地区海盆尺度大尺度环境引导气流的年际变化与热带气旋活动之间的联系。结果表明：（1）西北太平洋地区夏季大尺度环境引导气流在年际尺度上存在两个典型模态。其中第一典型模态大尺度环境引导气流呈现经向分布的偶极型环流型,该模态与东部型ENSO密切相关;第二典型模态大尺度环境引导气流呈明显的局地反气旋环流形态,其与中部型ENSO和热带大西洋海温异常紧密关联。（2）大尺度环境引导气流第一典型模态异常年份之间TC活动（生成位置、路径、强度和持续时间）具有显著差异,TC生成空间分布南北差异显著;TC路径尤其西北行和西行盛行路径也具有显著差异。（3）第二典型模态异常年份之间,TC生成位置和路径差异与第一模态呈现显著不同,TC生成位置呈现较为明显的东西向分布,在东南象限TC生成差异尤为显著,TC路径的差异主要体现在西北行和近海转向两类盛行路径。     

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。     

The characteristic differences of tropical cyclones forming over the western North Pacific and the South China Sea

The best track dataset of tropical cyclones in the western North Pacific (WNP) and the South China Sea (SCS) from 1977 to 2005 during the satellite era, the NCEP/NCAR reanalysis dataset and the extended reconstructed sea surface temperature dataset are employed in this study. The main climatological characteristics of tropical cyclone formation over the WNP and the SCS are compared. It is found that there is obviously different for the locations of tropical cyclone origins, achieving the lowest central pressure and termination points between over the WNP and over the SCS. The annual number of tropical cyclones forming over the SCS is obviously less than over the WNP, and there is a significant negative correlation with the correlation coefficient being -0.36 at the 5% significance level between over the WNP and over the SCS. The mean speed of tropical cyclone moving is 6.5 m /s over the WNP and 4.6 m /s over the SCS. The mean lowest central pressure of tropical cyclones is obviously weaker over the SCS than over the WNP. The tropical cyclone days per year, mean total distance and total displacement of tropical cyclone traveled over the WNP are all obviously longer than those over the SCS. Tropical cyclone may intensify to Saffir-Simpson hurricane scale 5 over the WNP, but no tropical cyclone can intensify to Saffir-Simpson hurricane scale 3 over the SCS. The changing ranges of the radii(R15,R16) of the 15.4 m /s winds them and the 25.7 m /s winds over the WNP are obviously wider than those over the SCS, and the median values of the radii over the WNP are also larger than those over the SCS. For the same intensity of tropical cyclones, both radii have larger medians over the WNP than over the SCS. The correlations of annual mean tropical cyclone size parameters between over the WNP and over the SCS are not significant. At the same time, the asymmetric radii of tropical cyclones over the WNP are different from those over the SCS.     

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。     

秋季西北太平洋上热带气旋研究进展及展望

西北太平洋是全球热带气旋生成频数最多的区域,相较于夏季热带气旋,对于秋季热带气旋的研究相对较少。随着2000年后登陆我国的秋季热带气旋中超强台风的比例逐渐增多,并对我国造成严重的灾害,秋季热带气旋的研究受到越来越多的关注。对西北太平洋秋季热带气旋的研究进展进行回顾和总结,主要包括秋季西北太平洋上热带气旋的活动特征、影响因子以及登陆我国热带气旋的特征与影响等3方面,并对研究秋季热带气旋的未来方向进行了展望。     

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.     

1949-2006年西北太平洋热带气旋活动的气候分析

应用1949～2006年的《台风年鉴》资料对出现在西北太平洋的热带气旋(TC)的活动规律进行了气候再分析,按照新的TC分类方法探讨了近58a来西北太平洋TC的时空分布特征。分析结果表明,西北太平洋TC的时空分布差异显著,其发生源地可划分为4个,发生时间和位置的季节性变化明显,每年登陆我国TC的个数与西北太平洋TC数量的增减保持一致,TC全年集中发生在7～10月期间,TC的年代际变化表现为上世纪80～90年代发生的频数比60～70年代显著减小。小波分析显示TC活动3～6 a与12～14a的变化周期显著。     

西北太平洋热带气旋与上层海洋热含量的关系

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960-2008年期间北太平洋上层150 m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋热含量的高值中心位于10°N左右,与上层海温结构相符,计算结果更加符合物理意义。北太平洋热含量与西北太平洋热带气旋频数年际相关性研究表明在北太平洋中高纬度大洋内区和赤道东太平洋热带不稳定波发生区呈现出前期冬季正相关性。此相关性存在显著年代际的变化,在1970-1975年和1984-2008年期间最强,1976-1983年期间较弱。在北太平洋中高纬度大洋内区,同期春夏秋季同样存在强正相关。在西太平洋暖池区,同期秋季负相关最为显著。赤道中太平洋区域在夏季呈显著的正相关,秋季减弱。赤道东太平洋海域的相关性前期冬季负相关最为显著,春季负相关性减弱,夏季和秋季无显著相关。     

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。     

ENSO事件对西北太平洋热带气旋影响的分级研究

采用1951-2006年联合台风警报中心(JTWC)最佳路径数据集和气候预测中心(CPC) ENSO资料,分析了西北太平洋不同等级热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)与ENSO指数之间的关系.结果表明;ACE与ENSO指数间存在正相关关系;分级热带气旋中,ENSO事件主要通过超强台风(Super TY)的活动与ACE指数联系起来的,超强台风频数在El Ni(n)o期间多于La Ni(n)a 期间,同时持续时间也更长;ENSO指数和热带气旋活跃季超强台风ACE指数的滞后相关(ENSO指数滞后5个月内)与它们的同时相关大小相当.此外,还研究了分级热带气旋持续时间、强度和频数分别对ACE指数的贡献,结果显示超强台风频数的贡献最大.接下来,利用1951-2006年不同ENSO位相情况下NCEP再分析资料,分析了ENSO影响超强台风发生发展的物理机制.主要结论为:西北太平洋存在一些SuperTY频数与源地分布在ENSO年与平常年相比有明显差异的关键区;ENSO事件改变关键区低层相对涡度以及海表温度是其影响SuperTY源地及频数变化的重要途径.     

热带西太平洋海表盐度的变化特征及其对淡水通量的响应

基于1980~2015年的全球简单海洋资料同化分析系统(SODA)、全球海气通量(OAFlux)和全球降水气候学计划(GPCP)等海洋、大气观测再分析资料,采用线性拟合、经验正交函数(EOF)分解、相关分析和波谱分析等数理统计方法,分析了热带西太平洋海表盐度(SSS)和淡水通量时空变化特征及其关系.结果表明,SSS与淡水通量的气候态及长期线性变化趋势有较好的空间对应关系,两者均有多种时间尺度的EOF模态,其年代际变化模态有较好的正相关关系,并与太平洋年代际振荡(PDO)有密切的滞后相关.分析表明,PDO可能通过影响Walker环流的变化来影响热带西太平洋的淡水通量分布,从而影响SSS的时空格局.     

Four Decadal Ocean-Atmosphere Modes in the North Pacific Revealed by Various Analysis Methods

Various statistical methods (empirical orthogonal function (EOF), rotated EOF, singular value decomposition (SVD), principal oscillation pattern (POP), complex EOF (CEOF) and joint CEOF) were applied to low-pass filtered (>7 years) sea surface temperature (SST), subsurface temperature and 500 hPa geopotential height in order to reveal standing and propagating features of decadal variations in the North Pacific. Four decadal ocean-atmosphere covariant modes were found in this study. The first mode is the well-known ENSO-like mode associated with the “Pacific-North American” atmospheric pattern, showing SST variations reversed between the tropics and the extratropics. In the western tropical Pacific, subsurface temperature variations were found to be out of phase with the SST variations. The other three modes are related to the oceanic general circulation composed of the subtropical gyre, the Alaskan gyre and the subpolar gyre, respectively. The 1988/89 event in the northern North Pacific was found to be closely associated with the subtropical gyre mode, and the atmospheric pattern associated with this mode is the Arctic Oscillation. An upper ocean heat budget analysis suggests that the surface net heat flux and mean gyre advection are important to the Alaskan gyre mode. For the subpolar gyre mode, the mean gyre advection, local Ekman pumping and surface net heat flux play important roles. Possible air-sea interactions in the North Pacific are also discussed. The oceanic signals for these decadal modes occupy a thick layer in the North Pacific, so that accumulated heat content may in turn support long-term climate variations. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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.     

Interannual variations of the air-sea carbon dioxide exchange in the different regions of the Pacific Ocean

Interannual variations of the air-sea CO 2 exchange from 1965 to 2000 in the Pacific Ocean are studied with a Pacific Ocean model.Two numerical experiments are performed,including the control run that is forced by climatological monthly mean physical data and the climate-change run that is forced by interannually varying monthly mean physical data.Climatological monthly winds are used in both runs to calculate the coefficient of air-sea CO 2 exchange.The analysis through the differences between the two runs shows that in the tropical Pacific the variation of export production induced by interannual variations of the physical fields is negatively correlated with that of the air-sea CO 2 flux,while there is no correlation or a weak positive correlation in the subtropical North and South Pacific.It indicates that the variation of the physical fields can modulate the variation of the air-sea CO 2 flux in converse ways in the tropical Pacific by changing the direct transport and biochemical process.Under the interannually varying monthly mean forcing,the simulated EOF1 of the air-sea CO 2 flux is basically consistent with that of sea surface temperature(SST) in the tropical Pacific,but contrary in the two subtropical Pacific Ocean.The correlation coefficient between the regionally integrated air-sea CO 2 flux and area-mean SST shows that when the air-sea CO 2 flux lags SST by about 5 months,the positive coefficient in the three regions is largest,indicating that in the tropical Pacific or on the longer time scale in the three regions,physical processes control the flux-SST relationship.     

西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

吕宋海峡西部深海盆内孤立波潜标观测研究

Using a net surface heat flux （Qnet） product obtained from the objectively analyzed air-sea fluxes （OAFlux） project and the international satellite cloud climatology project （ISCCP）, and temperature from the simple ocean data assimilation （SODA）, the seasonal variations of the air-sea heat fluxes in the northwestern Pa cific marginal seas （NPMS） and their roles in sea surface temperature （SST） seasonality are studied. The seasonal variations of Qnet, which is generally determined by the seasonal cycle of latent heat flux （LH）, are in response to the advection-induced changes of SST over the Kuroshio and its extension. Two dynamic regimes are identified in the NPMS： one is the area along the Kuroshio and its extension, and the other is the area outside the Kuroshio. The oceanic thermal advection dominates the variations of SST and hence the sea-air humidity plays a primary role and explains the maximum heat losing along the Kuroshio. The heat transported by the Kuroshio leads to a longer period of heat losing over the Kuroshio and its Extension. Positive anomaly of heat content corresponds with the maximum heat loss along the Kuroshio. The oceanic advection controls the variations of heat content and hence the surface heat flux. This study will help us understand the mechanism controlling variations of the coupled ocean-atmosphere system in the NPMS. In the Kuroshio region, the ocean current controls the ocean temperature along the main stream of the Ku roshio, and at the same time, forces the air-sea fluxes.     

海洋飞沫方案改进对台风“威马逊”强度预报的影响

本文采用分粒径段组合方式改进海气耦合模式海洋飞沫方案,并利用耦合模式对1409号台风"威马逊"进行数值模拟,分析了海洋飞沫方案改进对台风结构、强度以及海气动量通量、热量通量模拟结果的影响。结果显示,耦合模式中海洋飞沫方案可通过改变海表面粗糙度影响海气动量与热量通量;海洋飞沫还可以通过沫滴向大气输送感热和水汽而直接影响海气热通量,进一步影响台风的强度。模拟结果显示改进后海洋飞沫方案的台风强度更接近观测。改进海洋飞沫方案后粗糙度的计算结果小于原始方案,相应地海气热通量以及下垫面耗散作用也弱于后者,海表面风场是海气热交换与下垫面耗散共同作用的结果。     

2008年南海季风爆发前后西沙海域海气通量变化特征

基于2008年4至5月在南海西沙永兴岛进行的海气通量观测试验资料和NCEP资料,应用COARE3.0通量算法计算了海气通量,分析了季风爆发前后西沙海域天气变化特点和海气通量对南海季风爆发的响应。结果表明:2008年南海季风首先于5月第1候在南海南部爆发,受热带气旋等因素的影响,北部海区季风爆发推迟到5月18日。季风爆发和热带气旋活动对西沙海域的风速和海气通量影响较大,其中热带气旋的影响更强烈。热带气旋来临之前,潜热通量、感热通量以及动量通量均较小;在气旋活动及此后的季风爆发时期,大风使潜热通量和动量通量显著增强,感热通量则在降水期间变化明显;动量通量的最大值出现在热带气旋活动期间,其在此过程中的均值是观测初期均值的3倍以上。在整个观测过程中,潜热通量明显大于感热通量,后者是前者的16∶1。不同类型天气过程中,潜热通量的日变化相似,而感热通量的日变化有差异。湍流交换系数与风速有较好的相关关系。     

华南秋季降水异常年的台风活动差异及其与海温的关系

本文通过对1965—2005年华南地区降水和台风的观测资料分析,初步探讨了华南秋季降水与台风活动的关系,结果表明秋季华南台风活动偏少是造成秋季降水减少的重要原因之一。进一步研究表明,秋季海温对于影响华南秋季的台风活动(强度和路径)具有重要作用,从而对华南秋季降水产生影响:当赤道中东太平洋海表增(降)温,影响华南台风活动减少(增多)以致秋季少(多)雨。这种影响很可能是通过华南中低层纬向风的异常来实现的,即当赤道中东太平洋海温降低(增加)时,华南中低层风场偏东风异常增大(减小),从而容易(不易)引导台风西行影响华南而使华南降水增多(减少)。