西北太平洋热带气旋潜在生成指数的改进

热带气旋潜在生成指数(GPI,Genesis Potential Index)是热带气旋生成可能性大小的空间分布函数,利用大尺度环境场可以应用于热带气旋活动的季节预报,并且可以评估全球气候变化对热带气旋活动的影响。但是目前的GPI基本都是针对全球热带气旋活动构建的,没有考虑到热带气旋不同活动地区及其内部的差异。本研究考虑到南海和西北太平洋热带气旋生成的不同特点,分别构建了适用于南海(5～25°N,100～120°E)和西北太平洋(5～40°N,120～180°E)的热带气旋GPI。改进后的GPI对南海和西北太平洋区域热带气旋生成具有较好的模拟能力,不仅能很好地模拟南海和西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的气候特征(相似系数为0.67),而且能够较好地模拟热带气旋生成在年际时间尺度上的空间分布特征。     

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.     

西北太平洋上热带气旋尺度变化率与其尺度和强度的关系

为了进一步了解热带气旋(TC)尺度变化与其结构的相关关系,本文基于多平台热带气旋表面风场资料,通过相关分析得出西北太平洋上TC的24 h尺度变化率(SCR)与其尺度,强度以及强度变化率(ICR)的相关系数分别为-0.43,-0.12,0.25.其中SCR-ICR的相关关系主要受不同发展阶段的影响,在TC均达到/均未达到...     

垂直风切变对螺旋波不稳定的影响

通过建立一系列局地准二维直角坐标系,用以研究垂直风切变对热带气旋中螺旋波不稳定的影响,并计算了螺旋波不稳定增长率在螺旋线上的分布,得到了以下结论:不稳定增长率开始随热带气旋半径增大而增大,在最大风速圈处达最大;然后随半径减小,以后再随半径增大,出现一个局地极值,再以后又减小,即在螺旋线上有两个极值中心;这与实际热带气旋的情况相一致。不稳定螺旋波的增长率与基流的垂直切变和层结参数密切有关,基流垂直切变越大,层结参数越小,则增长率越大;也即Richardson数越小,则不稳定增长率越大。     

西北太平洋环境风垂直切变和热带气旋移动对涡旋内对流非对称分布影响的特征分析

热带气旋（TC）预报特别是强度预报是当今大气科学研究和业务预报的重点、难点问题,TC环流内部的对流系统对气旋的结构和强度变化有着十分重要的影响。利用FY-2C/2E黑体亮温（TBB）资料和NCEP分析资料,研究了2005-2012年西北太平洋热带气旋外雨带区的对流非对称分布特征,及其与环境风垂直切变和TC移动的关系。分析发现,整层风垂直切变的方向与TBB一波非对称大值区关于方位角的分布有很好的对应关系。在弱整层风垂直切变条件下（<5 m/s）,TC移动引起的非对称摩擦效应会使对流易出现在移动方向的右前象限。在中强整层风垂直切变条件下（>5 m/s）,风切变成为影响对流非对称分布的主要因子,TC外螺旋雨带区的对流集中于顺风切方向及其左侧,对流偏离顺切变左侧的程度一方面受到TC内逆时针环流的影响,另一方面与风垂直切变的强度有关：对于发展阶段的TC,当风垂直切变增强时,一波非对称分布更加显著,切变越强,TC强度越大,外雨带区的对流越偏离顺风切左侧;对于消亡阶段的TC,风垂直切变的影响作用并不明显。     

基于A-Train卫星编队资料的热带气旋强度估算

准确估算热带气旋(TC)强度,对于预测TC发展、减少财产损失具有重要的意义。前人将TC看作满足静力平衡和梯度风平衡的轴对称涡旋系统,基于云顶高度、云顶温度、海表面气压等物理量建立了TC强度估算模型,该模型未考虑环境垂直风切变对TC强度的影响。本文提出一种修正模型,通过统计拟合手段将垂直风切变加入原模型中。从2006—2015年的Cloud Sat资料中筛选出穿心个例共63个。针对云雷达(CPR)数据特点,提出根据反射率因子的垂直分布确定眼墙和外围边界位置的方法。分别用原模型与修正模型对这63个TC个例进行强度估算。与最佳路径数据相比,原模型结果总体偏大,尤其对风切变较大、强度较小的个例估算效果不佳。修正模型对于风切变大于5 m·s~(-1)的个例误差明显减小,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对误差百分比MAPE分别从5.8 m·s~(-1)、7.7 m·s~(-1)和19.5%变为3.5 m·s~(-1)、4.9 m·s~(-1)和11.5%。在一定强度范围内,修正模型估算效果随着强度的增强而提升。修正模型对于成熟阶段的个例效果更好,北半球的估算精度高于南半球,纬度越高,估算误差越小。试验结果表明,用该修正模型估算TC强度是可行的,可以对现有的技术进行辅助和补充。     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

基于偏最小二乘回归理论的西北太平洋热带气旋强度统计预报方法

热带气旋(TC)的强度预报是TC研究中的前沿性问题和实际业务中的难点.当前具有参考价值的预报方法主要是统计类或模式释用类方法,例如气候持续性(CLIPER)模型等.CLIPER模型的核心技术为多元线性回归,这种回归算法在预报因子之间存在多重相关性时会丧失建模的稳健性,进而影响CLIPER模型的预报精度.为了提高CLIP...     

Re-examination of tropical cyclone formation in monsoon troughs over the western North Pacific

The monsoon trough(MT) is one of the large-scale patterns favorable for tropical cyclone(TC) formation over the western North Pacific(WNP). This study re-examines TC formation by treating the MT as a large-scale background for TC activity during May–October. Over an 11-year(2000–10) period, 8.3 TC formation events on average per year are identified to occur within MTs, accounting for 43.1% of the total TC formation events in the WNP basin. This percentage is much lower than those reported in previous studies. Further analysis indicates that TC formation events in monsoon gyres were included at least in some previous studies. The MT includes a monsoon confluence zone where westerlies meet easterlies and a monsoon shear line where the trade easterlies lie north of the monsoon westerlies. In this study, the large-scale flow pattern associated with TC formation in the MT is composited based on the reference point in the confluence zone where both the zonal and meridional wind components are zero with positive vorticity. While previous studies have found that many TCs form in the confluence zone, the composite analysis indicates that nearly all of the TCs formed in the shear region, since the shear region is associated with stronger low-level relative vorticity than the confluence zone. The prevailing easterly vertical shear of zonal wind and barotropic instability may also be conducive to TC formation in the shear region, through the development of synoptic-scale tropical disturbances in the MT that are necessary for TC formation.     

垂直分层加密和预报区域扩大对GRAPES_TYM台风预报的影响

为提升GRAPES_TYM对西北太平洋和中国南海热带气旋路径及强度的预报能力、增加对北印度洋热带气旋的预报,2019年8月GRAPES_TYM 3.0版投入业务运行。GRAPES_TYM 3.0版的模式垂直分层由GRAPES_TYM 2.2版的50层增加到68层;预报区域由覆盖西北太平洋、中国南海扩展到覆盖北印度洋。试验结果显示:模式垂直分层增加可以改进模式对强台风及超强台风的预报能力,减小平均路径预报误差、显著减小平均强度预报误差以及强度预报负偏差;模式预报区域扩大到覆盖北印度洋对平均路径误差和平均强度误差影响不显著,但长时效预报比较敏感,如20°N以北热带气旋120 h预报路径。2016—2018年的回算结果与NCEP-GFS和ECMWF的预报结果对比分析表明:GRAPES_TYM 3.0版的平均路径误差与NCEP-GFS接近,同ECMWF相比误差较大;但24—96 h强度预报误差明显小于NCEP-GFS和ECMWF,NCEP-GFS和ECMWF对热带气旋强度预报存在明显的负偏差。综上所述,模式垂直分层由50层增加到68层对热带气旋强度预报至关重要,而长时效路径预报对模式预报区域扩大到覆盖北印度洋更为敏感。      

主分量分析在热带气旋强度客观预报中的试用

为了解主分量因子分析在热带气旋强度客观预报中的应用效能,在NCEP再分析资料、T106L19模式产品和热带气旋历史观测资料基础上,采用主分量因子分析技术,结合多元线性回归和BP型人工神经网络,开展了西北太平洋热带气旋的强度客观预报技术研究试验。试验包含完全预报法原理下的预报因子有无主分量分析、线性与非线性预报方法建模等方面的比较。结果表明,预报因子的主分量分析通过降低线性回归和BP人工神经网络模型的维数,提高因子间独立性,可减小模型强度预报平均绝对误差,提高模型实际预报能力。     

西北太平洋台风群发事件年代际变化特征分析

利用台风最佳路径资料和全球再分析数据集分析了1979—2018年6—10月西北太平洋地区台风群发事件的统计特征。期间所有台风个例根据群发性质被分为三类：第一类为单独生成的非群发台风；第二类为群发事件中生成，但事件中仅有2个台风成员的"MTC2"台风；第三类为群发事件中生成，且事件中有3个或3个以上台风成员的"MTC3"台风。结果表明，相对于MTC2台风，MTC3台风生成时位置偏北，环境场季风槽辐合更强、高温海区范围更大、中低层大气更湿润。而MTC3台风在1990s末的突变减少导致了西太台风群发事件和台风总数减少。1996年之后，尽管洋面上空仍有较多的热带涡旋扰动，但群发台风活跃的大部分地区垂直风切变增强、高空辐散和季风槽辐合减弱以及西太平洋热带季节内振荡事件（Madden-Julian Oscillation，MJO）的对流活跃位相维持日数减少，它们共同导致了MTC3事件的年代际变化。     

Association between tropospheric temperature and tropical cyclone peak intensity over the North Pacific and North Atlantic

台风作为一种灾害性天气,其破坏性大小与自身强度有很大的关系.因此,本项研究利用NCEP-NCAR和MERRA再分析数据,考查了北大西洋,西北太平洋,东北太平洋台风强度峰值与对流层温度的关系.台风强度峰值与大气温度的相关系数,以及极大和极小台风强度峰值下大气温度的差值,共同显示:北大西洋台风强度峰值受到对流层顶低温和对流...     

60年来西北太平洋上不同强度热带气旋的变化特征

利用美国海军联合台风警报中心（JTWC）提供的1945-2005年西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料统计分析了不同强度TC的时空变化特征。南海北部至巴士海峡以东140°E附近、15°-25°N范围内为不同强度TC出现次数最多的区域,其中巴士海峡东部至140°E附近洋面为强台风和超级台风观测次数最多的区域。TC强度在123°E以西表现为减弱和稳定略占多数,而在123°E以东或20°N以南主要以增强和稳定为主,在20°N以北主要以减弱和稳定为主。热带风暴的平均增强率大于减弱率,而强热带风暴、台风、强台风和超级台风的平均减弱率大于增强率。一般而言,TC的强度越强其加强和减弱的速度都越快。在1年当中,同其他月份相比,6-8月弱TC占的比例相对偏多,而9-11月强TC占的比例相对偏多。不同强度TC的观测次数和个数都存在年、年际或年代际的变化,在长期趋势上,热带风暴的观测次数和形成个数都呈现显著的线性递增趋势,而TC平均强度和其他TC个数均未出现显著的线性递增或递减趋势。在El Ni?o年超级台风个数及其比例显著偏多,而热带风暴、强热带风暴、台风和强台风的总个数显著偏少,TC平均强度显著偏强;而在La Ni?a年情况相反。     

Possible relationship between NAO and tropical cyclone genesis frequency in the western North Pacific

This study examined a strong positive correlation between the North Atlantic Oscillation (NAO) index during June and the total tropical cyclone (TC) genesis frequency in the western North Pacific during July and August. To investigate a possible cause for this relation, the mean difference between highest positive NAO years and lowest negative NAO years was analyzed by dividing into when the El Niño and La Niña years were included and when the El Niño and La Niña years were not included.When the El Niño and La Niña years were included, for positive NAO years, the TCs mostly occurred in the northwestern region of tropical and subtropical western Pacific, and showed a pattern that migrate from the sea northeast of the Philippines, pass the East China Sea, and move toward the mid-latitudes of East Asia. In contrast, for negative NAO years, the TCs mostly occurred in the southeastern region of tropical and subtropical western Pacific, and showed a pattern that migrate westward from the sea southeast of the Philippines, pass the South China Sea, and move toward the southern coast of China and Indochinese peninsula. These two different TC migration patterns affect the recurving location of TC, and for positive NAO years, the recurving of TC was averagely found to take place in the further northeast. In addition, the migration patterns also affect the TC intensity, and the TCs of positive NAO years had stronger intensity than the TCs of negative NAO years as sufficient energy can be absorbed from the ocean while moving north in the mid-latitudes of East Asia. The TCs of negative NAO years showed weak intensity as they weaken or disappear shortly while landing on the southern coast of China and Indochinese peninsula. On the other hand, the above result of analysis is also similarly observed when the El Niño and La Niña years were not included.     

风垂直切变对飓风波尼（1998）结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4 km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析.在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9-12 km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接.     

西北太平洋近赤道热带气旋生成的特征分析

1979—2012年西北太平洋存在70个形成于0°～5°N的低纬度地区的热带气旋(TC),占TC总量的8%,其中达到台风等级的个数占64%。而针对此类缺少一定科氏力作用而形成的罕见TC生成的研究相对较少。本文利用JTWC的TC最佳观测资料、ERA-Interim再分析资料,以及NOAA-OISST海温资料,以西北太平洋近赤道TC为研究对象,统计诊断了其年际、年代际、季节分布特征,分析了其大尺度环境背景场,重点探讨了近赤道TC生成的影响因子。研究结果表明,近赤道TC具有明显的年际与年代际变化,并且近赤道TC具有与西北太平洋总TC恰好相反的季节变化。近赤道TC生成的大尺度环境背景场是东北冬季风与其在近赤道地区偏转形成的西北风之间的气旋性环流。对流层低层的绝对涡度动力项与对流层中层的湿度热量项是近赤道TC生成的主要贡献因子,并且相对于5°～10°N生成的TC,近赤道TC对对流层低层的正涡度与对流层中层的湿度条件的要求更高。     

西北太平洋热带气旋气候变化的若干研究进展

热带气旋气候变化研究不仅是当前国际热带气旋气候界的热点科学问题,而且也是具有现实意义的社会问题,各国气象学者和科学家们对此进行了广泛的研究。虽然热带气旋活动与气候变化之间的关系及其相应的内在物理机制至今还处在探究之中,但是近20多年来热带气旋气候学的研究还是取得了显著的进展。本文主要针对濒临中国的西北太平洋海域,回顾了热带气旋活动季节内、年际、年代际变化及其全球变暖背景下的变化趋势的气候学研究。此外,文中也对西北太平洋热带气旋气候学的研究进行了展望,并提出了该领域中一些亟待解决的科学问题。     

ENSO and Western North Pacific tropical cyclone activity simulated in a CGCM

A high-resolution (T213) coupled ocean–atmosphere general circulation model (CGCM) has been used to examine the relationship between El Niño/Southern Oscillation (ENSO) and tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific (WNP). The model simulates ENSO-like events similar to those observed, though the amplitude of the simulated Niño34 sea surface temperature (SST) anomaly is twice as large as observed. In El Niño (La Niña) years, the annual number of model TCs in the southeast quadrant of the WNP increases (decreases), while it decreases (increases) in the northwest quadrant. In spite of the significant difference in the mean genesis location of model TCs between El Niño and La Niña years, however, there is no significant simultaneous correlation between the annual number of model TCs over the entire WNP and model Niño34 SST anomalies. The annual number of model TCs, however, tends to decrease in the years following El Niño, relating to the development of anticyclonic circulation around the Philippine Sea in response to the SST anomalies in the central and eastern equatorial Pacific. Furthermore, it seems that the number of model TCs tends to increase in the years before El Niño. It is also shown that the number of TCs moving into the East Asia is fewer in October of El Niño years than La Niña years, related to the anomalous southward shift of mid-latitude westerlies, though no impact of ENSO on TC tracks is found in other months. It is found that model TCs have longer lifetimes due to the southeastward shift of mean TC genesis location in El Niño years than in La Niña years. As the result of longer fetch of TCs over warm SST, model TCs appear to be more intense in El Niño years. These relationships between ENSO and TC activity in the WNP are in good agreement with observational evidence, suggesting that a finer-resolution CGCM may become a powerful tool for understanding interannual variability of TC activity.