登陆东南沿海热带气旋的异常特征及其成因研究

应用1949～2005年热带气旋（台风）年鉴资料,对西太平洋以及登陆我国东南沿海地区的热带气旋活动的特征进行了分析,发现西太平洋生成热带气旋个数和登陆我国热带气旋的个数有略为减少的趋势,而登陆我国热带气旋的强度有显著增强趋势.2005年西太平洋生成热带气旋数偏少,但其中登陆我国的强热带气旋比例却明显偏高.对导致这种异常现象的大尺度环流条件的分析表明,前期南亚高压和副热带高压势力偏强,台风期副高偏强、东亚夏季风偏弱、水平风垂直切变等因子不利于热带气旋生成;而西太平洋西部异常的水汽输送、弱风垂直切变、海表面温度异常以及中低纬系统之间相互作用等则可能是导致登陆我国热带气旋强度异常偏强的主要原因.     

中国东部土壤湿度异常和厄尔尼诺对中国东部夏季降水的作用比较

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Ni?o)在影响夏季东亚环流和中国东部降水中的作用及其机理.结果表明,中国东部春季土壤湿度和El Ni?o海温异常均对东亚夏季风有显著的影响,其中土壤湿度对中国东部夏季降水的影响略大于海温的作用,然而两者对东亚夏季风环流和中国夏季降水的作用显著不同. YRNC土壤偏湿(干)引起的降水异常模态为中国北部和东南降水偏少(多),而长江流域和东北降水偏多(少),环流上YRNC土壤偏湿(干)能引起西太平洋副热带高压显著偏强(弱)偏西(东)和东亚大槽偏深(浅),表现为弱(强)夏季风形态. El Ni?o对降水的影响显著不同于土壤湿度的作用,在El Ni?o发展期的夏季,中国东北和华北地区为异常反气旋,长江中下游和华南地区为异常气旋,西太平洋副热带高压偏弱,引起长江下游、华南降水偏多,华北降水偏少.在El Ni?o衰减期的夏季,中国东北地区存在一个异常气旋,华南有一个异常反气旋,异常反气旋西部的偏南气流和异常气旋西部的偏北气流在中国中部和北部地区汇合,使得夏季华北和长江中游地区降水增多,其余地区降水偏少.     

北太平洋副热带高压年际变异与ENSO 循环之间的选择性相互作用

利用NCEP/NCAR大气再分析资料以及Hadley中心海表温度资料,针对北太平洋副热带高压(简称副高)的完整系统,通过分析超前于ENSO事件的海平面副高年际异常特征及其对ENSO事件的触发作用以及ENSO事件对500 hPa副高和海平面副高的滞后影响,结果表明了北太平洋副热带高压年际变异和ENSO循环之间存在选择性相互作用.即在大多数情况下,一方面,前期海平面副高减弱会导致热带西太平洋表面西风异常,通过海洋平流过程触发El Nino事件在夏季发生发展,在秋冬季成熟; 而另一方面,El Nino事件在秋冬季发展成熟后,增强了赤道中太平洋的对流性热源,通过对异常热源的动力响应,同期和次年夏季500 hPa副高增强,又通过增强的Hadley环流作用,副热带地区下沉运动增强,从而使得次年夏季海平面副高增强,增强的海平面副高又有利于触发下一个La Nina事件.副高年际变异和ENSO循环之间相互作用的选择性主要取决于副高异常是否接近于赤道以及ENSO事件本身的持续性.这种相互作用有利于在热带太平洋海气系统产生准两年振荡.     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同:副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东(西)变动时西太平洋地区副高西北侧的东北(西南)风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.     

华南前汛期降水异常与太平洋海表温度异常的关系

利用近50年华南地区站点逐日降水观测资料和全球大气、海洋分析资料,分析了华南前汛期降水异常的变化特征及其与太平洋海温异常的联系.结果表明,近50年来华南前汛期降水总体呈现减少趋势.影响华南前汛期降水异常的太平洋海温异常型是一个类似于ENSO的西太平洋暖池模态,即显著海温异常区域位于西太平洋暖池.西太平洋暖池区域(120°E-180°E,20°S-20°N)前期冬季海温异常同华南前汛期降水存在显著的负相关关系,是具有预报意义的海温关键区.该关键区海温异常影响华南前汛期降水的可能物理过程是:当前期冬季暖池异常偏暖时,菲律宾周围地区对流活动加强,导致Walker环流及东亚太平洋中低纬局地Hadley环流增强;该异常通过影响东亚－太平洋遥相关波列,使前汛期期间西太平洋副高加强西伸,脊线位置偏北,同时副热带西风急流减弱北退.随着Hadley环流上升支的增强,东亚副热带地区下沉运动也增强了,华南地区对流活动受到抑制.而且由于副高的增强,经过其北侧向华南地区的西南水汽输送辐合也减弱了,因此前汛期降水偏少.冷海温年的情形则相反,华南前汛期降水偏多.近50年来华南前汛期降水总体呈现趋势性减少正是由于前冬西太平洋暖池趋势性增暖所致.     

夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化

本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了长江流域夏季风期间的水汽收支和循环,着重研究了不同月份与水汽收支的年际变化显著相关的大尺度水汽输送和环流异常.流域范围的西南夏季风水汽输送以6、7月最为强烈,经向输送在5～8月造成流域水汽辐合,9月造成辐散;纬向输送在5～7月造成流域水汽辐散,8、9月造成辐合.研究表明,在不同月份,流域的南北边界处的水汽输送在流域水汽收支的年际变化中起着不同的作用.这种变化与大气环流的异常密切相关.在夏季风相对较弱月份（5、8、9月）,流域水汽收支的年际变化极大地受到流域南边界南风水汽输入通道的影响,对应于水汽收入偏丰年,该3个月500 hPa高空在青藏高原东部都存在显著异常低压区,而且,8、9月在中南半岛及其以东洋面存在显著异常反气旋环流,与8月西太副高的向西向南异常伸展,以及9月副高的西伸较弱和南北范围较宽有关,这些异常环流均造成南边界的大量异常水汽输入.而在夏季风十分强盛的6、7月,流域北边界南风水汽输出极大增加,成为流域水汽收入年际变化的关键敏感通道,对应于水汽收入偏丰年,6月500 hPa高空主要受中纬度以黄海和东海为中心的异常低压系统和气旋性异常环流影响,与该区域副高偏南、偏弱有关,而7月则主要受中高纬以外兴安岭为中心的异常高压和反气旋性异常环流影响,应该是由于该区域大陆高压的频繁生成造成的,它们均造成流域北边界水汽输出的异常减少.     

西北太平洋热带气旋活动影响区域大尺度环流的数值模拟研究

本文利用"模式手术"方法研究了西北太平洋热带气旋(TC)对东亚—西北太平洋区域大尺度环流的影响.结果表明,夏季频繁的西北太平洋TC活动导致东亚夏季风增强,季风槽加深;西太平洋副热带高压东退,位置偏北;东亚副热带高空急流强度增强,北太平洋(东亚大陆)上急流轴偏北(偏南);热带地区(副热带地区)的对流层中低层出现异常上升气流(下沉气流),并且从低纬向高纬呈现异常上升气流和异常下沉气流交替分布特征.在中国东南沿海,TC降水导致夏季降水量明显增加;而在长江中下游和华北地区,TC活动引起的异常下沉气流使夏季降水量显著减少.因此,夏季西北太平洋TC活动对东亚—西北太平洋区域气候有显著影响.     

亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation, APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系, 夏季APO偏强(弱)时, 西北太平洋热带气旋偏多(少). 研究进一步揭示, APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常, 而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因. 当APO处于正位相时, 西太平洋副热带高压减弱, 位置偏东偏北; 西北太平洋地区高层大气异常辐散, 低层大气异常辐合; 纬向风垂直切变减弱. 这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件, 因此, 西北太平洋热带气旋频数偏多. 反之亦然.     

外热带大气扰动对ENSO的影响

合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件,发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用,而且影响到ENSO的发展和衰减. 因此,尽管ENSO对外热带大气扰动有影响,但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用. 在ENSO发生前,南印度洋中纬度为反气旋异常,并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常;同时,澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合,促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生. 在ENSO发生之后,东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展. 当ENSO达到成熟时,澳大利亚东部的反气旋异常东移,使东南太平洋的气旋异常减弱,南方涛动型环流异常亦随之减弱;同时,阿留申气旋异常加强,尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升,使该地区海表温度降低,加速ENSO的消亡.     

厄尔尼诺持续时间与大气环流异常形势

针对不同持续时间的El Nio事件,进行了大尺度大气环流及其演变的合成分析研究.其结果清楚地表明,不同持续时间的El Nio事件的发生、发展和消亡过程,对流层低层风场和对流层高层速度势场的距平都有极为显著差异.分析得到了对El Nio事件的发生和消亡起着重要作用的大气环流异常形势.还发现对于持续时间较长的El Nio事件,东北太平洋上850hPa异常气旋性环流减弱和西北太平洋上异常反气旋性环流增强较慢,因此赤道太平洋异常西风维持的时间也较长,而与澳大利亚冬季风加强相关联的南半球西太平洋的速度势正距平的维持,对El Nio的持续也起一定作用;对应持续时间较短的El Nio事件,西太平洋上200hPa速度势正距平的迅速东移,对El Nio的迅速消亡起重要作用.     

Break in the Indian summer monsoon

Summary The changes in circulation patterns over Eurasia during break monsoon condition over India are studied in comparison to the active monsoon condition. Break monsoon condition seems to set in over the India Sub-Continent in association with eastward movement of middle latitude westerly trough at 500 mb, having large amplitude extending into west Pakistan and northern India. Simultaneously the subtropical anticyclonic ridge over Arabia protrudes into central and Peninsular India. The high latitude blocking high over East Siberia retrogrades and the East Asiatic trough deepens and moves eastwards. The west Pacific subtropical ridge recedes eastward from the China continent. During this period the monsoon trough shifts, from its normal position over Gangetic plains, northwards to the foot of the Himalayas and the monsoon westerlies in the lower troposphere extends right upto the rim of the Tibetan Plateau. The sub-tropical ridge line in the upper troposphere shifts northwards during break and lies approximately above the lower monsoon trough. This seems to provide an effective process of removing ascending air in the lower monsoon trough causing exceptionally heavy rainfall over Assam and along the foot of the Himalayas.     

北极海冰与夏季欧亚遥相关型年际变化的联系及对我国夏季降水的影响

本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM3.1数值模式研究了夏季欧亚中高纬遥相关型年际变率与前期春季北极海冰变化的联系及其对我国夏季降水影响的可能机制.结果表明,夏季北大西洋-欧亚中高纬地区500 hPa位势高度场自然正交分解第二模态表现为"-+-+"遥相关波列,其中格陵兰岛-北大西洋和乌拉尔山地区为异常高空槽区所控制,而欧洲和贝加尔湖附近地区则为异常高压脊区,这种波列分布与欧亚中高纬EU型遥相关型十分类似.当遥相关波列为"-+-+"（"+-+-"）型分布时,前期春季巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少（多）,同期夏季巴伦支海北部一带海冰亦持续偏少（多）,同时在我国东北北部地区、长江和黄河之间地区降水明显偏少（多）.深入分析发现,巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少后,由于该地区湍流热通量明显偏强,在动力过程影响方面会形成异常Rossby波源,准定常Rossby波活动通量将向东亚地区传播,使得夏季欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列出现.另外,海冰异常偏少后,在热动力过程影响方面,4-5月欧亚中高纬乌拉尔山-贝加尔湖以北地区积雪会出现"西少东多"偶极子型异常分布,其通过影响后期土壤湿度及下垫面热通量异常,也有利于夏季欧亚中高纬遥相关波列的维持.伴随着欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列的出现,乌山阻塞高压偏弱,东亚槽偏浅,且亚洲副热带急流随之加强,贝加尔湖以北的副极地地区出现西风异常,东亚副热带急流北侧出现东风异常,贝加尔湖以南地区为异常反气旋控制,南下冷空气活动减弱.受到上述环流形势影响,我国东北北部地区、黄河和长江之间地区降水明显偏少.当巴伦支海北部和巴芬湾区域海冰偏多时,结论则反之.最后,基于春季海冰指数和晚春偶极子型积雪指数,我们建立了江淮流域夏季降水的预测模型,回报结果表明其对江淮流域夏季降水的年际变率具有较高的预测技巧.     

南印度洋副热带偶极模在ENSO事件中的作用

南印度洋副热带偶极模（Subtropical Dipole Pattern,SDP）是印度洋存在的另一种很明显的偶极型海温差异现象,在年际和年代际尺度上均有十分明显的表现.而目前有关印度洋海气相互作用的研究主要集中在赤道印度洋地区,针对南印度洋地区的工作还比较少,特别是有关南印度洋海温与ENSO（El NiDo-Southern Oscillation）事件关系的研究.本文初步探讨了年际尺度上南印度洋副热带偶极型海温变化差异与ENSO事件的关系,发现SDP与ENSO事件有密切的联系,SDP事件就像连接正负ENSO位相转换的一个中间环节,SDP事件前后期ENSO的位相刚好完全相反.进一步,本文通过分析SDP事件前后期海温、高低层风、低层辐合辐散、高空云量和辐射等的变化特征研究了南印度洋偶极型海温异常在ENSO事件中的作用,结果表明：SDP在ENSO事件中的作用不仅涉及海气相互作用的正负反馈过程,还与热带和副热带大气环流之间的相互作用有关,特别是与东南印度洋海温变化所引起的异常纬向风由赤道印度洋向赤道太平洋传播的过程等有十分直接的关系;同时,SDP对ENSO事件的影响在很大程度上还依赖于大尺度平均气流随季节的变换.     

大气季节内振荡的活动与江淮流域夏季旱涝

观测资料的分析极为清楚地表明,江淮流域的夏季降水有着极为明显的低频变化,周期为30-60d和近20d的振荡是其最基本的特征,尤其是在多雨的年份.对应江淮夏季多雨(涝)年和少雨(旱)年,大气环流的分析表明其大气季节内振荡(IS0)的形势有着显著的差异.例如在多雨(少雨)年,在长江以南的850hPa上为一个低频(IS0)反气旋(气旋)性环流控制,而中国北部和日本一带为气旋(反气旋)性环流,从而在江淮流域形成较强的低频辐合(辐散)气流;在200hPa的青藏高原上却为一个低频气旋(反气旋)性环流所控制.分析还表明,对应多雨年,在江淮流域有明显的由中高讳度向南传播和由低玮度向北传播的大气低频振荡的汇合情况;而对应于少雨年,由中高纬度向南传播的低频系统较不明显,在江淮流域低频系统的汇合也较为不清楚.     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布，使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应，利用SVD和合成检验方法，分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季，中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心，西太平洋副高偏弱、偏东，东亚夏季风增强；El Nino成熟阶段冬季，东亚大槽加强，东亚北部冬季风加强；El Nino衰亡阶段夏季，西太平洋副高偏强、偏南、西伸，东亚夏季风减弱；El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密，其次是成熟阶段冬季，最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.     

Early Tertiary rupture of the Pacific plate: 1700 km of dextral offset along the Emperor trough-Line Islands lineament

Between 67 and ～40 Ma ago a northwest-southeast-trending fracture system over 8000 km long split the Pacific plate and accumulated at least 1700 km of dextral offset between the east and west portions. This system, here named the Emperor fracture zone (EFZ) system, consisted of several segments, one along the present trace of the Emperor trough and another along the Line Islands, joined by short spreading ridges. The EFZ terminated at its northern end against the Kula-Pacific ridge, and at its southern end in a ridge-transform system, called the Emperor spreading system, which extended to the west, north of Australia.The finite angular velocity vector describing the relative motion between the East and West Pacific plates is ～0.6°/Ma about a pole at 36°N, 70°W. This vector, added to the known Early Tertiary motion of the Pacific plate with respect to the global hotspot reference frame, accounts in large part for the NNW trend of the Emperor seamount chain relative to the WNW Hawaiian trend, without violation of the integrity of the Antarctic plate. The Meiji-Emperor and Emperor-Hawaiian bends date, respectively, the initiation (～67 Ma ago) and cessation (～40 Ma ago) of seafloor spreading on the Emperor spreading system.The postulated Early Tertiary relative motion along the EFZ between the East and West Pacific plates explains (1) the present misalignment of the two sets of magnetic bights of the Pacific, (2) the abrupt truncation of eastern Pacific bathymetric lineaments against the Emperor trough and Line Islands, (3) the contrast in paleolatitude between the eastern and western Pacific as indicated by paleomagnetic and sedimentologic studies, and (4) the anomalous gravity signature of the central Hawaiian ridge that indicates that the ridge loaded thin hot lithosphere.     

Dynamical effect of the zonal wind anomalies over the tropical western Pacific on ENSO cycles

The circulation and zonal wind anomalies in the lower troposphere over the equatorial western Pacific and their roles in the developing and decaying processes of the 1982–1983, 1986 –1987, 1991–1992 and 1997–1998 El Ni?o events and the occurrence of La Ni?a events are analyzed by using the observed data in this paper. The results show that before the developing stage of these El Ni?o events, there were cyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies brought the westerly anomalies over the Indonesia and the tropical western Pacific. However, when the El Ni?o events developed to their mature phase, there were anticyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies made the easterly anomalies appear over the tropical western Pacific. A simple, dynamical model of tropical ocean is used to calculate the response of the equatorial oceanic waves to the observed anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific during the 1997/98 ENSO cycle, which was the strongest one in the 20th century. It is shown that the zonal wind stress anomalies have an important dynamical effect on the devel-opment and decay of this El Ni?o event and the occurrence of the following La Ni?a event.     

Tropical cyclones and multiscale climate variability: The active western North Pacific Typhoon season of 2018

The 2018 typhoon season in the western North Pacific(WNP) was highly active, with 26 named tropical cyclones(TCs) from June to November, which exceeded the climatological mean(22) and was the second busiest season over the past twenty years. More TCs formed in the eastern region of the WNP and the northern region of the South China Sea(SCS). More TCs took the northeast quadrant in the WNP, recurving from northwestward to northward and causing heavy damages in China's Mainland(69.73 billion yuan) in 2018. Multiscale climate variability is conducive to an active season via an enhanced monsoon trough and a weakened subtropical high in the WNP. The large-scale backgrounds in 2018 showed a favorable environment for TCs established by a developing central Pacific(CP) El Ni?o and positive Pacific meridional mode(PMM)episode on interannual timescales. The tropical central Pacific(TCP) SST forcing exhibits primary control on TCs in the WNP and large-scale circulations, which are insensitive to the PMM. During CP El Ni?o years, anomalous convection associated with the TCP warming leads to significantly increased anomalous cyclonic circulation in the WNP because of a Gill-type Rossby wave response. As a result, the weakened subtropical high and enhanced monsoon trough shift eastward and northward, which favor TC genesis and development. Although such increased TC activity in 2018 might be slightly suppressed by interdecadal climate variability, it was mostly attributed to the favorable interannual background. In addition, high-frequency climate signals,such as intraseasonal oscillations(ISOs) and synoptic-scale disturbances(SSDs), interacted with the enhanced monsoon trough and strongly modulated regional TC genesis and development in 2018.