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。     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变最经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征.结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993-1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早.第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少.相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进人盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反.第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多.相应的大范嗣环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响，用Argo剖面浮标等实测资料，分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时，翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖，可能引起Walker环流加强，西太平洋副热带高压偏弱，中心位置偏北偏东，南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现，有利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏早；太—印暖池次表层水温偏冷，可能引起Walker环流东移并减弱，西太平洋副热带高压偏强，中心位置偏南偏西，南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现，不利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷），翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

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。     

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

基于1951—2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式, 针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份, 研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明, 北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因, 北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部, 后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA, 西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来, 当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时, 北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA, 使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋-太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。     

北极海冰与西北太平洋热带气旋活动关系的初步分析

本文根据1953～1984年间北极海冰资料和西北太平洋热带气旋资料,统计分析了北极海冰覆盖面积与西北太平洋（包括南海）的热带气旋之间的关系。结果表明,冬半年北极海冰覆盖面积的变化对西北太平洋热带气旋的活动有显著影响,海冰覆盖量偏少年,生成在西北太平洋及登陆我国的热带气旋数偏多;海冰覆盖量偏多年热带气旋数偏少。     

南海夏季风爆发早晚的海温预报指数

使用1979—2009年美国国家环境预报中心再分析气候预测系统(CFSR)的日平均资料,确定了1979—2009年南海夏季风爆发的具体日期。使用英国Hadley中心提供的海表面温度月平均资料,根据南海夏季风爆发时间和海温距平的相关场,定义热带西太平洋海温距平指数(WPI)和赤道中太平洋海温距平指数(CEPI)。通过对季风爆发早晚年和正常年的分析对比,定义客观标准:(1)WPI和CEPI从前1年秋季9月到季风爆发前3月份基本保持相反的位相,并且WPI没有发生正负位相转换;(2)WPI从前1年9月到该年3月这7个月的月平均指数的绝对值≥0.2;(3)满足(1)(2)条件后,当WPI<-0.2且CEPI>0,则南海夏季风爆发可能异常偏晚,而当WPI>0.2且CEPI<0时,南海夏季风爆发可能异常偏早;(4)当WPI·CEPI>0时,季风可能正常时间爆发,而满足条件(1)但不满足(2)时季风正常时间爆发的可能性较大。并对2010、2011和2012年南海夏季风爆发早晚做出了比较合理的预测。     

2008年西北太平洋热带气旋的气候特征分析

本文综述了2008年西北太平洋热带风暴以上级别的热带气旋(简称TC)的气候特征,并从赤道太平洋海温、西南季风、西太平洋副热带高压和青藏高原冬春积雪等几个方面加以分析。结果表明,相对于气候平均值,2008年西北太平洋TC活动的发生期偏早,总体个数偏少,登陆比例偏大。影响上述TC活动特征的重要原因是年初La Nina现象的影响使得年初的大气环流有利因素居多,而以后西北太平洋TC源地附近海表面温度偏低,西南季风偏弱,热带辐合带不活跃,副高偏西、偏南等因素使TC在往年多发期偏少。     

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.     

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.     

路经南海热带气旋迅速加强的年代际变化

本文利用中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心大气再分析数据集和国家海洋信息中心的海洋再分析数据集,研究了路经南海热带气旋迅速加强(Rapid Intensification, RI)的年代际变化。在1951–2017年期间,路经南海的热带气旋主要发生在6–12月,其中发生RI的热带气旋集中在7–12月,且RI呈现年代际变化,这种变化和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)显著相关。在正PDO年,RI频数较少且主要分布在菲律宾群岛东部和南海北部;而在负PDO年,RI频数较多且分布在菲律宾群岛东部的大范围区域。路经南海热带气旋RI的年代际变化与PDO对大尺度海洋大气变量的调制有关。回归分析显示热带气旋潜热对路经南海热带气旋RI频数的年代际变化影响最大,而相对湿度的影响相对较小,垂直风切变的影响很小。     

南海季风型海-气耦合模态的时空特征及其与中国夏季降水的关系

使用NCEP/NCAR的海表温度(SST)、海面10 m风场的月平均再分析资料,用联合SVD(CSVD)的方法研究了不同季节南海的海气耦合模的时空分布特征及其与中国夏季降水的关系。通过对不同季节的海-气耦合模的年际变化特征的分析。结果发现:第一模态为最显著模态,模态协方差贡献比在四季均超过80%,空间上SST表现为与南海等深线相一致的海盆模态,风场上主要表现为弱的冬季风或弱的夏季风,各个季节的海-气耦合模态都主要反映了SST-蒸发-风反馈这样1种正反馈的海-气相互作用过程,而且冬季风期间这种相互作用要更强烈些。时间系数均主要表现为一致的上升趋势和1976年前后的年代际突变,以及与ENSO相关的年际变化特征。冬、夏季弱的季风对应暖SST的特征体现了这种耦合模态隔季相关的特征,都对应夏季华南旱(涝)、江南涝(旱),华北、山东半岛旱(涝),东北涝(旱)这样1种波列状的旱涝相间分布。     

The influence of 30~60 d oscillation on the development of the South China Sea summer monsoon

Using the National Center for Enviromental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data and NOAA satellite-obser ved outgoing long-wave radiation (OLR) data, the development of the South China Sea (SCS) summer monsoon and intraseasonal (30-60 d) oscillation (ISO) have been examined. The results show that there exists obvious interannual variability of intraseasonal oscillaiton. Using the 16 a time series of filtered OLR averaged over the SCS, an index is defined to define ““onset events““ over the SCS on the ISO time scales. Of the 16 a examined here, 10 shows a strong ISO signal in the onset of monsoon convection over the SCS. In these cases, the ISO initially suppresses the seasonal development of southwesterly and cyclonic circulation over the SCS before the ISO onset. As the ISO propagates northeastward, the low frequency cyclonic circulation anomaly occurs in the SCS and the low frequency southwesterly wind and convection over here dramatically intensify. The northeast progression of the ISO anomaleis plays a role in the initial suppression and then acceleration of the seasonal cycle of the SCS summer monsoon.     

表层暖水在南海11月份台风路径北移中的作用

生成于西北太平洋的台风经常穿过南海海盆。与1980年以前相比,1980年以后南海11月份的台风路径显示出了明显的北移现象。通过数据分析和数值模拟研究发现,南海表层暖水在台风路径的北移现象中扮演了极为重要的角色。南海表层的增暖导致南海西北部的大气环境形成了显著的气旋式环流异常以及南海中部相应的南风异常,从而引导台风路径更向北偏移。     

WWATCH模式模拟南海海浪场的结果分析

利用美国NOAA/NCEP环境模拟中心海洋模拟小组近年新开发的一个准业务化的海浪数值模式WAVEWATCH Ⅲ(以下简称WWATCH),以每天4次的NOAA/NCEP再分析风场资料为输入,模拟了1996年的南海海域的海面风浪场,通过分析TOPEX/Poseidon(以下简称T/P)高度计的上升和下降轨道在南海海域的交叉点位置处的风、浪观测资料与NCEP风场和WWATCH模式模拟的有效波高大小,可以看出,NCEP风场基本与T/P高度计的风速观测结果一致,相应的模式模拟的有效波高也基本与卫星高度计的有效波高观测结果相一致,但从空间上看,在计算区域中心附近海域的结果一致性较好,靠近计算边界附近海域的结果相对较差,但这种因边界而影响模拟结果的范围很有限;从时间上看,冬季风期间的结果一致性较好,而夏季风期间的结果偏小的趋势明显,并且这种偏小主要出现在夏季风期间的极小风速值附近。     

吕宋海峡Ekman输运和南海SST的相关性分析

在利用1950—2009年NCEP(National Center for Environmental Prediction)资料分析风场数据的基础上,计算吕宋海峡的Ekman输运,研究表明其存在显著的季节变化,除了夏季外,其它季节均为由太平洋向南海输运。分析吕宋海峡Ekman输运和南海海盆表征上层热力状况的海表面温度SST(Sea Surface Temperature)之间的关系发现:在年内时间尺度上,两者不存在显著的同期相关,Ekman输运对SST的影响开始于一个月之后,从北部向南扩展,第二个月最为明显,并扩展至整个海盆,第三个月开始衰减,第四个月影响消失,且相关性为正;在年际尺度上,吕宋海峡Ek-man输运的异常同南海SSTA(Sea Surface Temperature Abnormal)的第二模态存在显著的相关联系,并且吕宋海峡Ekman输运和南海SSTA的相关关系在北部为正,南部为负。吕宋海峡Ekman输运调制南海大尺度环流,通过暖、冷平流的作用影响南海SST的变化。     

A mid-depth front separating the South China Sea water and the Philippine sea water

In order to understand the influence of the South China Sea (SCS) water on the Kuroshio, and to study the dissolved carbonate system, we participated in six WOCE cruises aboard R/V Ocean Researcher 1. The areas studied were the northeast South China Sea and the West Philippine Sea near the Luzon Strait. Temperature, salinity, pH, alkalinity and total CO₂ were measured. Our data indicate that, although the Kuroshio and the SCS waters flow in and out of the Luzon Strait near surface, the SCS water seems mainly to flow out of the SCS at mid-depth. There exists a mid-depth front near 122°E between 350 and 1350 m in all seasons and years that we studied. The water mass between 350 and 1350 m east of the front belongs to the West Philippine Sea proper water, while on the west is the mixed water of the South China Sea and the West Philippine Sea.