东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

西北太平洋热带气旋生成客观预测模型

该文提出一种西北太平洋热带气旋年生成活动的客观预测模型。研究大尺度环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的作用,使用最小角回归算法对初始14个预测因子进行选择和降维,将资料集分为训练集（1979—2015年）和验证集（2016—2020年）,建立随机森林回归模型预测热带气旋年生成频次。分析环境因子对西北太平洋热带气旋生成位置的作用,使用逐步回归算法筛选影响显著的预测因子,建立局部泊松回归模型预测热带气旋生成空间位置的概率。结果表明：随机森林回归模型可以预测西北热带气旋频次的主要变化和趋势,揭示环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的影响。局部泊松回归模型对于气旋生成位置概率有一定预测能力。利用随机森林回归模型和局部泊松回归模型模拟1979—2020年西北太平洋热带气旋生成,结果与观测基本一致,可见模型可为热带气旋危险性分析提供参考。     

西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

比较分析中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心(JTWC)和日本RSMC Tokyo台风中心(JMA)台风资料频次的年际、年代际变化和周期变化特征,结果表明,不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异,热带气旋生成数的差异较为明显,台风生成数的差异相对要小,CMA资料中热带气旋、台风生成数相对偏多;CMA与JTWC间热带气旋生成数年际间变化差异显著而难以忽略,其差异主要来自TD生成数的明显不同;三个中心关于台风生成数的一致性比较好,其中JMA台风资料与另外两个中心资料间的一致更好;CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异,但年代际间变化有明显差异,主要表现为1990年代的反位相;台风生成数资料可能在1960年代后期存在非均一性。     

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。     

基于PRECIS的西北太平洋热带气旋生成情景预估

利用全球气候模式ECHAM5的模拟数据驱动区域气候模拟系统PRECIS,产生西北太平洋SRES A1B气候情景数据。在模拟数据中分别采用三种热带气旋（TC）生成信息提取法,得出SRES A1B情景下1951—2050年的热带气旋生成模拟值,并分析不同热带气旋生成信息提取法对热带气旋生成的预估及其不确定性。结果表明:在气候基准时段（1971—2000年）下,对流年生成指数（CYGP）与热带气旋中心定位追踪识别法（TRACK）得出的TC生成气候平均态均接近观测值,而年生成指数（YGP）高于观测值;TRACK识别法得出的生成频数的年代际波动特征与实况相近;在未来2030 s预估时段（2021—2050年）下,CYGP指数与TRACK识别法的预估结果均显示未来TC生成数与基准时段相比呈减少趋势,而YGP指数的结果则显示未来逐年代的TC生成数与基准时段相比呈明显增加趋势。对各提取方法差异的初步分析结果表明,热力因子（包括海表温度、湿静力稳定度和对流降水等）是导致三种TC生成信息提取法预估不确定性的主要原因。      

一次暴发性的春季黄河气旋发展过程

本文对1983年4月25—27日的黄河气旋作了天气动力学分析。发现这是一次在亚洲40°N以南的弱冷槽东移,与强大的西太平洋副热带高压边缘的西南急流相遇,在地面弱冷锋中段诱生出的气旋。当气旋处于对流层急流左侧时,在强的气旋性切变涡度作用下迅速发展。     

利用人工神经网络模型预测西北太平洋热带气旋生成频数

通过对60年(1950~2009年)北半球夏、秋季(6~10月)热带气旋(TC)频数与春季(3~5月)大尺度环境变量的相关分析,挑选出8个相关性较高的前期预报因子建立人工神经网络(ANN)模型,对2010~2017年8年夏、秋季TC频数进行回报,并将回报结果与传统多元线性回归(MLR)方法所得结果进行对比分析。结果表明,ANN模型对60年历史数据的拟合精度高,相关系数高达0.99,平均绝对误差低至0.77。在8年回报中,ANN模型相关系数为0.80,平均绝对误差为1.97;而MLR模型相关系数仅为0.46,平均绝对误差为3.30。ANN模型在历史数据拟合和回报中的表现都明显优于MLR模型,未来可考虑应用于实际的业务预测中。     

黄、渤海气旋暴发性发展的个例分析

对1993年6月初的一个在黄、渤海区达到暴发性发展强度,并形成了一个有明显眼区的温带气旋个例进行了诊断研究。结果表明,温度平流和涡度平流、沿岸锋生以及高空急流的动力作用对气旋暴发性发展有重要贡献。     

西北太平洋热带气旋频数及生成位置的气候变化研究进展

自20世纪70年代末期以来,西北太平洋的热带气旋在全球变暖的背景下主要发生了两种宏观的气候变化：一个是热带气旋生成频数呈现年代际减少,尤其是在东南部海域;另一个则是其生成与活动位置等总体特征有向西北偏移的趋势。本文对这两个方面的研究进展进行了概述。近些年的研究表明,垂直风切变的增强可能是夏秋季热带气旋频数减少的最主要原因,这与太平洋-印度洋海面温度变化导致的大尺度环境变化有密切联系。同样有研究认为北大西洋海面温度的多年代际振荡对近期西北太平洋热带气旋生成频数的减少也非常重要。但西北太平洋西部强热带气旋的频数呈现出增加的趋势,这可能与东亚近海海面温度的显著升高有关,尽管这种变化是否可信仍有争议。近20年来,西北太平洋热带气旋活动普遍出现西北移倾向,包括生成位置和路径位置,这种变化可能受到了ENSO变异及20世纪90年代末期太平洋气候突变的调控。同时,热带环流的极向扩张又导致了热带气旋的有利环境向北扩张,因此西北太平洋热带气旋活动也出现极向迁移的趋势。     

澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1980—2012年NCEP/NCAR再分析资料及中国气象局的最佳台风路径资料,研究澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响。研究发现,北半球夏季925 h Pa经向风超过6 m/s的频数在澳大利亚东北部海域最高,达40 d/a。为此,确定澳大利亚冷空气侵入南北半球低纬的关键区为澳大利亚东北部所罗门海地区,并用该区域经向风风速定义了一个澳大利亚冷空气活动强度指数。该指数与越赤道气流及赤道西风都有很好的相关关系,还与同期的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)显著相关。当SOI偏低(高)时,关键区经向风风速偏强(弱)。合成分析和相关分析结果表明,澳大利亚冷空气活动强、弱年西北太平洋热带气旋生成的位置的变化与季风槽的变化一致,西北太平洋热带气旋生成总数则无显著差异。澳大利亚冷空气活动强年季风槽偏强偏东,热带气旋生成位置偏东偏南;而弱年季风槽偏弱偏西,热带气旋生成位置偏西偏北。低层涡度场、水汽输送、风垂直切变以及低纬地区对流活动的分布表明,澳大利亚冷空气活动强年有利于热带气旋生成位置偏东、偏南;弱年偏西、偏北。     

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。     

赤道波动转换在西北太平洋热带气旋生成中的作用

This study associates tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific (WNP) with the equatorial wave transition from an interannual viewpoint, revealing that the tropical cyclogenesis mean location may be modulated by a longitudinal shift in the transition of Mixed Rossby-gravity (MRG) waves to off-equatorial tropical depression (TD) disturbances from year to year. To a large extent, the wave transition is attributable to the monsoon trough in response to the thermal state of the warm pool (WP) over the WNP. During the cold state years in the WP, the basic flow confluence region associated with the monsoon trough penetrates eastward, leading to an eastward shift in the location of the wave transition. Such an environment, in which wave accumulation and energy conversion occur, is favorable for tropical cyclogenesis; as a result, the averaged cyclogenesis location moves eastward. The condition is reserved during the warm years in the WP, resulting in the prominent westward-retreating mean TC formation. Citation: Chen, G. H., and R. H. Huang, 2008: Role of equatorial wave transitions in tropical cyclogenesis over the western north Pacific, Atmos. Oceanic Sci. Lett., 1, 64-68     

冬季西北太平洋热带气旋的生成与热带东风扰动的关系

利用合成技术对1995—2006年冬季(11月—次年2月)生成在西北太平洋上的34个热带气旋(tropicalcyclone,TC)个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明:冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为"热带低压型扰动",为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

西北太平洋热带气旋生成总个数的开环门限自回归模型

根据１９４９～１９９０年西北太平洋热带气旋生成总个数与太阳黑子相对数年平均值，用动态数据分析方法，建立西北太平洋热带气旋生成总个数的开环门限自回归模型，探讨了西北太平洋热带气旋生成的变化规律，经过４年预报实践，检验了模型的可靠性。     

西北太平洋热带气旋降水特征分析

利用1997—2006年GPCP(Global Precipitation Climatology Project)逐日卫星降水资料、上海台风研究所西北太平洋热带气旋资料,研究了近10年西北太平洋热带气旋降水的时空分布特征。发现整个西北太平洋区域多年平均TC(tropical cyclone)降水为175 mm,TC降水占总降水的比率为12%。年均TC降水场有两个极大值区域,分别位于菲律宾北部和菲律宾以东洋面。纬带平均的经向分布显示,总降水呈双峰分布,主、次峰值分别出现在6°N和35°N;而TC降水呈单峰分布,峰值出现在16°N。10年中TC降水以2004年最强;El Ni?o年TC降水在135°E以东偏多,而在南海中部和菲律宾至台湾等地区偏少;La Ni?a年TC降水在南海地区偏多,在菲律宾以东地区则显著偏少。     

热带气旋潜在生成指数的对比分析及其在西北太平洋的改进

本研究评估了现有热带气旋(Tropical Cyclone,TC)潜在生成指数(Genesis Potential Indice,GPI)对北大西洋和西北太平洋热带气旋生成频数(TC Genesis Frequency,TCGF)时空特征的表征能力。结果表明,现阶段使用的GPIs能较好地再现两个海盆TCGF的空间分布和季节循环特征,以及北大西洋TCGF的年际变化,但几乎不能模拟西太平洋TCGF年际时间尺度上的变化。利用美国联合飓风警报中心(Joint Typhoon Warming Center,JTWC)提供的1979—2017年热带气旋最佳路径数据集和ERA-Interim再分析数据,对西北太平洋GPI进行了改进。考虑到相对涡度在西北太平洋对热带气旋生成的重要作用,将绝对涡度分离为相对涡度和地转涡度(f),移除相对湿度,使用多元线性回归的方法构建了GPI_WNP。与现有GPIs相比,改进后的GPI_WNP不仅对西北太平洋TCGF的空间分布和季节循环有较好的模拟能力,并且可以再现其年际变化特征。     

全球变暖背景下西北太平洋热带气旋生成位置及路径变化

利用JTWC 6 h热带气旋Best track资料、Hadley中心的月平均SST资料及NECP的再分析资料,对1979—2013年西北太平洋热带气旋生成位置及路径的变化进行了研究,分析了各环境场变量的作用。结果表明:1979—2013年间西北太平洋热带气旋生成位置向北、向西发生了移动。影响全年生成位置变化的环境变量为SST升高、垂直风切变减弱、700 hPa相对湿度增大、850 hPa相对涡度增大,前季、盛季和后季的影响因素各不相同。全年、盛季和后季西行路径减少,西北行及转向路径增多,而前季西北行路径减少,西行、转向路径增多。路径的变化与对流层中层引导气流的变化密切相关,而生成位置的北移,也使得热带气旋的路径更容易受到副高的影响,从而发生变化。     

西北太平洋爆发性气旋的诊断分析

本文对一年中26个西北太平洋爆发性气旋形成的大尺度条件做了统计研究。结果表明:海洋上空大气层结的不稳定、高空急流出口区北侧的动力辐散,冬季副高位置偏北时其西侧的强暖平流以及中低层的强斜压区等都是气旋急剧发展的有利因素。 另外,本文利用完全的ω-方程和Sawyer-Eliassen次级环流方程对1983年1月6—9日发生在西北太平洋上的一次爆发性气旋做了诊断分析,得到:(1)大尺度加热是使气旋强烈发展的主要物理因子;积云对流加热也是重要的物理因子。(2)温度平流是使前两者起作用的先决因子,它对气旋的初期发展起了某种启动作用。