ENSO发展年与衰减年夏季环境要素对热带气旋生成频数变化的贡献

利用中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)最佳路径数据集和欧洲中期天气预报中心的ERA再分析资料,分析了El Ni?o-South Oscillation (ENSO)发展年与衰减年西北太平洋(Western North Pacific,WNP)夏季(6—8月)总TC生成频数(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)及其区域性特征,通过潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)定量诊断各环境要素对TCGF变化的贡献。结果表明,西北太平洋TCGF总数异常在ENSO各位相并不显著,但其东南象限和西部的TCGF异常存在明显差异。在ENSO各位相,GPI异常的空间分布与TCGF异常的空间型相似。同一区域,各环境要素对TCGF异常的贡献不同,反映了ENSO不同位相影响TC生成变化的机理存在差异。WNP东南部(SEWNP)是对ENSO较敏感的区域,El Ni?o发展年,中东太平洋异常增暖激发的Rossby波西传导致SEWNP受异常正涡度环流控制,涡度对TCGF增加的贡献最大;El Ni?o衰减年,西北太平洋出现低层异常反气旋,其东侧异常东北气流将湿度相对较低的水汽输送至SEWNP,相对湿度降低导致TCGF显著减少。La Ni?a发展年,绝对涡度减小和垂直风切变增加对TCGF减少都有影响。WNP西部仅在La Ni?a衰减年出现TCGF显著负异常,低层绝对涡度减小的贡献最大,因为季风槽减弱,抑制了南海附近的TC生成。      

南海-西北太平洋地区大气准双周振荡对TC生成的调节作用

通过对南海-西北太平洋地区大气10～20 d准双周振荡(QBWO)不同位相的划分(A～D),研究了QBWO对南海-西北太平洋海域热带气旋(TC)生成的调节作用。将TC分为强热带风暴及以下级别(TS)和台风及以上级别(TY),并将QBWO分为干湿位相,发现南海海域生成的TS(TY)在干湿位相的比与西北太平洋海域生成的TS(TY)在干湿位相的比相等,这表明QBWO对TS(TY)生成的调节作用在南海和西太平洋地区可能相同。从A位相到C位相,南海和西北太平洋地区TC的生成频数均逐渐增多,D位相时期,TC生成最少,多数TC发生在QBWO的对流活动湿位相,少数TC发生在干位相。南海-西北太平洋海域TC的生成受到QBWO的明显调制。从位相A到位相C,低频对流和低频风场逐渐向西北方向移动,低频对流强度持续加强,低频风场逐渐由异常西风-东风-西风转为异常东风-西风-东风配置,西北太平洋地区季风槽加强,使得TC生成频数逐渐增多。此外,在QBWO活跃位相,非绝热加热增强和纬向风垂直切变减弱也有利于TC的生成。     

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋活动特征的差异性北大核心

El Nino衰减年西北太平洋热带气旋(Tropical cyclone,TC)活动表现出多样性,给TC活动的气候预测带来挑战。采用美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径数据和欧洲中期预报中心提供的ERA-5再分析资料,对1970—2018年的El Nino衰减年7—10月的西北太平洋TC生成频数进行合成分析,发现其与气候态没有显著的差异,但在单个年份,存在着较大的正、负异常。为此,将El Nino衰减年分为TC生成频数偏少(负异常)和偏多(正异常)两种情形,对比两种情形的TC活动和大尺度环境要素特征。结果表明,TC生成频数偏少的情形,TC生成频数的异常减少主要发生在西北太平洋东部海域,即(15°~25°N,140°~150°E)和(5°~25°N,150°~170°E),与垂直风切变增大、对流层中层相对湿度和低层绝对涡度减少有关;TC生成频数偏多的情形,TC生成频数的异常增加主要发生在南海和菲律宾群岛附近,即(15°~25°N,110°~120°E)和(5°~25°N,120°~130°E),对流层中层相对湿度增加的贡献最大,其次是上升运动增强和绝对涡度增大;对比两种情形发现,TC生成频数偏多的情形,广东和福建沿岸的东南风异常引导气流有利于菲律宾群岛附近生成的TC登陆中国大陆。     

2015年西北太平洋台风季提早展开:2015/2016超级厄尔尼诺的影响

2015年1-5月西北太平洋上异常出现了7个热带风暴（Tropical Storms,TS）,其中有5个发展成台风（Typhoons,TY）,分别为气候平均态（1979-2015年）的2.5和3.6倍,亦即2015年的台风季提前展开。利用ERA-Interim再分析资料、JTWC热带气旋最佳化路径数据等资料,通过计算台风生成指数（Genesis Potential Index,GPI）和比较天气尺度和季节内振荡分量,探讨2015年台风季提前的原因。结果表明：1）2015年初异常活跃的台风活动与2015/2016年超级El Niño事件于西北太平洋上引发的海气状态异常有关。2）通过对大尺度环境场和台风潜在生成指数（GPI）的诊断分析发现,动力因子（低层涡度、垂直速度）和热力因子（与海表面温度、大气温度有关的潜在强度、中低层大气相对湿度）均对2015年1-5月台风的发生有正贡献。其中,涡度项的贡献最大,相对湿度的贡献次之。3）3~10 d天气尺度扰动和10~90 d季节内振荡在2015年1-5月也异常活跃,有利于TS和TY的生成与发展。     

西北太平洋晚季台风频数突然减少的成因分析

西北太平洋地区晚季(10—12月)66%的热带气旋可以发展成为台风,其比率高于盛夏季节。基于贝叶斯突变分析的研究结果表明,西北太平洋晚季台风频数在1998年前后发生了年代际转折,即相对于1979—1997年,台风频数在1998—2016年显著减少。台风生成的空间分布情况表明,西北太平洋台风频数总体呈减少状态,减少最多的区域出现在东南部(0°～17.5°N,135°～180°E)。相应的,台风生成潜在指数(Genesis Potential Index, GPI)在该区域也明显减小。通过对比分析涡度、垂直切变、相对湿度和最大潜在强度四个主要因子对GPI变化的相对贡献大小,结果表明动力因子(垂直切变和涡度)对西北太平洋台风生成频数的年代际变化起关键作用。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

BCC S2S模式对亚洲夏季风准双周振荡预报评估

利用1994-2013年ERA-Interim及NCEP/NCAR再分析数据,对国家气候中心（BCC）次季节到季节尺度模式（S2S）1994-2013年的回报试验数据进行亚洲季风区准双周振荡（QBWO）预报能力评估,并诊断模式预报误差来源。结果表明:BCC S2S模式对QBWO的预报能力随着预报提前时间的增长而降低,9 d后预报技巧明显减弱,其周期、传播特征和强度出现误差;在提前9 d预报中,印度洋地区QBWO对流-环流系统结构松散,信号偏弱,对流向东传播,这与印度洋平均态的预报误差有关,夏季对流平均态低层水汽场在西太平洋和阿拉伯海较强,而东印度洋、孟加拉湾一带偏弱;西北太平洋地区QBWO具有向西北传播的特征,但强度偏弱,可能原因是预报低估了QBWO对流西北侧低层涡度的超前信号,经涡度方程诊断发现,地转涡度平流正贡献微弱,相对涡度平流在对流西北侧引发负涡度,从而减弱了对流西北侧由低层正涡度引发的有利条件。     

热带季节内振荡对西北太平洋台风生成的大尺度环境的影响

基于澳大利亚气象局发布的RMM(Real-time Multivariate Madden-Julian oscillation)指数,将热带大气季节内振荡划分为8个位相,统计分析了各位相西北太平洋台风生成频数和位置的变化特征,并进一步利用BDI(Box Difference Index)指数分析了台风生成的活跃和不活跃位相之间环境要素的差别。结果表明,相比于台风生成的不活跃位相(1、2、3位相),在利于台风生成的活跃位相(5、6、7位相)期间,环境场具有更强的低层辐合和高层辐散外流、更高的对流层中层相对湿度和更广的垂直切变较小区域。进一步研究表明,在台风生成的活跃和不活跃位相之间,大尺度环境场的差别主要体现在动力因子方面,尤其是低层辐合场。     

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。     

Modulation of tropical cyclogenesis in the western North Pacific by the quasi-biweekly oscillation

The quasi-biweekly oscillation(QBWO) is the second most dominant intraseasonal mode over the western North Pacific(WNP) during boreal summer. In this study, the modulation of WNP tropical cyclogenesis(TCG) by the QBWO and its association with large-scale patterns are investigated. A strong modulation of WNP TCG events by the QBWO is found.More TCG events occur during the QBWO's convectively active phase. Based on the genesis potential index(GPI), we further evaluate the role of environmental factors in affecting WNP TCG. The positive GPI anomalies associated with the QBWO correspond well with TCG counts and locations. A large positive GPI anomaly is spatially correlated with WNP TCG events during a life cycle of the QBWO. The low-level relative vorticity and mid-level relative humidity appear to be two dominant contributors to the QBWO-composited GPI anomalies during the QBWO's active phase, followed by the nonlinear and potential intensity terms. These positive contributions to the GPI anomalies are partly offset by the negative contribution from the vertical wind shear. During the QBWO's inactive phase, the mid-level relative humidity appears to be the largest contributor, while weak contributions are also made by the nonlinear and low-level relative vorticity terms.Meanwhile, these positive contributions are partly cancelled out by the negative contribution from the potential intensity.The contributions of these environmental factors to the GPI anomalies associated with the QBWO are similar in all five flow patterns—the monsoon shear line, monsoon confluence region, monsoon gyre, easterly wave, and Rossby wave energy dispersion associated with a preexisting TC. Further analyses show that the QBWO strongly modulates the synoptic-scale wave trains(SSWs) over the WNP, with larger amplitude SSWs during the QBWO's active phase. This implies a possible enhanced(weakened) relationship between TCG and SSWs during the active(inactive) phase. This study improves our understanding of the modulation of WNP TCG by the QBWO and thus helps with efforts to improve the intraseasonal prediction of WNP TCG.     

Springtime Convective Quasi-Biweekly Oscillation and Interannual Variation of Its Intensity over the South China Sea and Western North Pacific

This study investigates characteristics of the convective quasi-biweekly oscillation(QBWO) over the South China Sea(SCS) and western North Pacific(WNP) in spring, and the interannual variation of its intensity. Convective QBWO over the WNP and SCS shows both similarities and differences. Convective QBWO over the WNP originates mainly from southeast of the Philippine Sea and propagates northwestward. In contrast, convective QBWO over the SCS can be traced mainly to east of the Philippines and features a westward propagation. Such a westward or northwestward propagation is probably related to n = 1 equatorial Rossby waves. During the evolution of convective QBWO over the WNP and SCS, the vertical motion and specific humidity exhibit a barotropic structure and the vertical relative vorticity shows a baroclinic structure in the troposphere. The dominant mode of interannual variation of convective QBWO intensity over the SCS–WNP region in spring is homogeneous. Its positive phase indicates enhanced convective QBWO intensity accompanied by local enhanced QBWO intensity of vertical motion throughout the troposphere as well as local enhanced(weakened) QBWO intensity of kinetic energy, vertical relative vorticity,and wind in the lower(upper) troposphere. The positive phase usually results from local increases of the background moisture and anomalous vertical shear of easterlies. The latter contributes to the relationship between the dominant mode and QBWO intensities of kinetic energy, vertical relative vorticity, and wind. Finally, a connection between the dominant mode and the sea surface temperature anomalies in the tropical Pacific Ocean is demonstrated.     

2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点及物理机制对比分析

利用海温和多种大气环流再分析资料以及中国逐日降水站点观测数据,通过滤波、合成等方法对2016和2020年江淮流域梅雨期降水的准双周振荡特征进行了对比分析。结果表明,这两年江淮流域准双周振荡降水均异常偏多,但2016年的降水准双周振荡强度及低频异常降水较2020年更为显著。中国南海和西太平洋对流层低层向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度对流层中高层随西风急流向东南方向传播的低频气旋是引起2016年江淮流域降水准双周振荡的主要原因。2020年江淮流域降水的准双周振荡受到日本南部向西南方向移动的低频气旋、菲律宾海向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度地区随极涡西向旋转而西移的低频气旋的共同影响。中国南海和热带西太平洋以及热带印度洋的持续海温正异常通过海-气相互作用激发并维持了2016年中国南海与西太平洋上空异常对流活动以及大气环流系统的准双周振荡。2020年黑潮及其延伸区和西北太平洋海温正异常通过海-气相互作用激发了该区域异常低频气旋反气旋交替生成和移出,调控西北太平洋副热带高压的进退,进而影响江淮流域降水的准双周振荡。在2016和2020年,对流层低层异常反气旋有利于海温的升高,海温正异常进一步激发大气低层异常气旋性环流,而异常气旋性环流会导致洋面变冷出现海温负异常,海温负异常又会促进异常反气旋环流的发展,通过这种准双周尺度上的海-气相互作用,对流层低层的大气准双周振荡信号可持续地向江淮地区传播,从而影响江淮流域梅雨期降水的准双周振荡。     

多要素表征的东亚季风区准双周振荡特征

为评估不同要素对东亚季风区准双周振荡的表征能力,对大气向外长波辐射（OLR）、500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa风场和750 hPa比湿等要素的准双周振荡特征进行对比,发现各要素均能很好反映东亚季风区明显的准双周振荡时空特征。OLR及500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风表征的准双周振荡呈明显的西北向传播特征,500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风北传更强,北传速度更快。850 hPa经向风的准双周振荡呈明显西移特征,北传弱,北传速度最慢。而750 hPa比湿准双周振荡呈东南向传播。不同要素准双周振荡的强度略有差异,其中750 hPa比湿与其他要素的差异大。总体而言,750 hPa比湿不能较好地表现出东亚季风区准双周振荡活动特征,而其余要素能很好地表征东亚季风区大气准双周振荡,其中500 hPa位势涡度和850 hPa相对涡度准双周振荡特征一致性高。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

Potential vorticity diagnosis of tropical cyclone Usagi (2001) genesis induced by a mid-level vortex over the South China Sea

In this study, we first show that tropical cyclone (TC) Usagi evolved from a mid-level vortex over the South China Sea (SCS) in August 2001. The initial disturbance of TC Usagi had a maximum potential vorticity (PV) near 500 hPa, and an anticyclonic circulation with a cold core near the surface. The cyclonic circulation and its warm core of the mid-level vortex developed gradually downward toward the surface when environmental easterly and dry air intruded from the upper troposphere; finally, the mid-level vortex evolved into TC Usagi under favorable environment conditions such as weak vertical wind shear, deep moist layer, etc. To investigate the dynamic and thermodynamic processes during TC Usagi genesis, the technique of piecewise PV inversion is employed. The results show that the actions of upper-layer PV and potential temperature anomalies were not important in TC Usagi genesis. Surface-layer thermal anomalies mainly produced negative disturbances of temperature at the vortex center below 800 hPa, which was unfavorable to the genesis of a cyclonic circulation near the surface. Middle-to-lower-layer latent heat played a key role in TC Usagi genesis and downward development of dynamic and thermodynamic processes. The actions of dry air intrusion from the upper troposphere, environmental westerly changing into easterly in the middle and lower troposphere, and baroclinic structure of the vortex were also important. The cyclonic circulation of the mid-level vortex could develop downward quickly from the middle troposphere toward the surface. However, whether the warm core of the vortex developed near the surface depended on the combined actions of surface-layer thermal anomaly and middle-to-lower-layer latent heat. Finally, we present a conceptual model of TC Usagi genesis induced by a mid-level vortex over the SCS.     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

西北太平洋多台风事件气候特征及其可能形成机制

利用1945-2018年美国联合台风警报中心JTWC台风最佳路径资料,定义并系统分析了西北太平洋多台风事件时空分布气候特征和可能形成机制.结果 表明:西北太平洋多台风事件(MTYE)主要发生在7-10月,其生成源地关键区位于西北太平洋135°～180°E的12°N附近.相对于单独发生的台风,多台风事件的台风平均强度更强...