印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

台风“莫拉菲”移动路径和降水诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、卫星云图和中尺度自动站等气象资料,分析了环流背景对台风莫拉菲的路径和降水变化的影响,并对莫拉菲的降水过程的物理量特征进行诊断分析.结果表明,500 hPa副热带高压带状分布,副高南缘偏东气流加强,台风北侧最大东风风速与南侧最大西风风速之差增大是造成台风路径变化并稳定向西北偏西方向移动的主要原因;莫拉菲在向西北偏西方向移动过程中,其水汽通量相对散度、垂直速度、涡度等各物理量场均表现出有利于强降水出现的特征,也揭示了此次台风造成的强降水出现地区性差异的主要原因.     

1822号台风“山竹”引起浙江东北部大暴雨成因分析

利用自动站资料、卫星云图以及NCEP再分析资料等,分析了1822号台风"山竹"登陆广东期间浙江东北部出现大暴雨的成因。结果表明:强降水发生在台风"山竹"登陆广东后减弱过程期间,伴有中尺度对流系统的发展,是由副热带高压、台风倒槽以及弱冷空气先后影响共同造成的;当对流不稳定时,与暖湿气流相关的湿位涡水平分量发展可触发垂直涡度的增长,使暴雨过程加强;强降水常发生在能量锋区附近,能量场的位置和梯度大小对此次强降水预报有12 h左右的提前量;来自台风东侧低层强的水汽输入和水汽辐合提供了本次强降水的水汽条件,水汽通量分布和水汽通量散度的增减相比雨量的增减有6 h左右的提前。     

郑州“7·20”极端暴雨的水汽输送特征

在亚洲中高纬度“两槽一脊”的稳定环流形势下,西北太平洋副热带高压和台风“烟花”“查帕卡”等共同作用,引导水汽在郑州地区辐合,导致2021年7月19—21日郑州地区出现降水极值超过800 mm的罕见极端暴雨(以下简称为“郑州“7·20”极端暴雨”),造成重大人员伤亡和财产损失。针对此次郑州“7·20”极端暴雨过程,采用HYSPLIT模式追踪其水汽来源和输送特征。结果表明:郑州“7·20”极端暴雨的水汽主要来自北太平洋西部和南海北部,北太平洋西部的水汽受西北太平洋副热带高压和台风“烟花”的共同影响,南海北部的水汽受台风“查帕卡”和“烟花”的共同影响。水汽主要在850 hPa以下高度输送,而来自南海北部的水汽在向北输送的过程中逐渐抬升,临近郑州地区时接近700 hPa。基于HYSPLIT后向追踪的水汽轨迹进行定量计算,得到来自北太平洋西部和南海北部的水汽贡献分别约占73%和27%。     

西行穿越南海台风的特征及机制研究

基于日本气象厅1982—2018年台风最佳路径数据集,选取生成于西北太平洋后西行穿越南海的台风个例,通过对比分析探讨研究了该类台风的轨迹、强度、运动速度和生命周期等特征。研究发现,西行穿越南海的台风最早出现于6月,10月份最为活跃。该类台风的最大强度和平均强度分别比西北太平洋台风的平均水平强5～10 m/s和1～4 m/s(随月份变化)。此类台风在9—11月的平均生命周期可达7.0～7.5 d。进一步分析发现,生成于135°E东西两侧台风也存在明显差异。135°E东侧生成的台风期间,副热带高压和垂直风切变较弱、海表温度较高,导致台风强度更强,一般在菲律宾以东海区达到最大强度;135°E西侧生成的台风期间,副热带高压和垂直风切变较强、海表温度偏低,导致台风强度较弱,一般在南海中西部达到最大强度,但进入南海后在暖海表温度驱动下有二次增强现象。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明:台风进入中纬度以后,0421号台风"海马"位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风"麦莎"与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

台风登陆前华南地区降水日变化特征分析

文章采用1998—2017年间日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)台风最佳路径、热带测雨卫星(tropical rainfall measuring mission, TRMM)逐3小时降水及日本55年再分析(Japanese 55-year reanalysis, JRA-55)逐6小时数据, 针对起源于西北太平洋、移动路径位于台湾岛以南且台风最外围第一波螺旋雨带经过华南地区的台风, 将符合上述条件的台风筛选出来后, 由卫星云图和TRMM降水资料判断出台风第一波螺旋雨带到达华南地区的日期, 并分析雨带到达之前台风对该地区日降水的影响, 以此探索台风登陆前外围环境场对华南地区降水日变化的影响规律及机理。结果表明, 在台风临近华南地区期间, 一方面台风外围气流会向该地区输送水汽促进该地区降水, 另一方面华南地区在台风外围辐散场下沉气流的影响下降水受到抑制。当前者作用大于后者时, 华南地区降水增强, 此情形下华南地区大气不稳定极值时间多发生于午后, 午后降水明显, 对应的台风多发生于7、8月份, 西太平洋副热带高压偏东, 有利于台风北移, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较近; 反之, 华南地区降水减小, 大气层结较稳定, 夜间至清晨出现因辐射冷却导致的层云降水峰值, 对应的台风多出现于9、10月份, 西太平洋副热带高压西伸, 不利于台风向北发展, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较远。文章结果有望提高对台风登陆前的外围环流场影响沿海地区云和降水过程的规律性认知。     

一九八七年西北太平洋台风和副热带高压的特点

本文对1987年西北太平洋上生成的台风及西北太平洋副热带高压情况进行了分析,结果表明,1987年西北太平洋台风具有年台风个数少、强台风个数偏多等特点;而副热带高压具有强度强、两脊偏西和脊线位置偏南的特点。分析还发现,1987年和1967年西太平洋副热带高压分别为1951年以来最强年和最弱年,其相应为少台风年和多台风年。     

西北太平洋台风频数异常及其与海气通量的关系

利用1984-2002年联合台风预警中心(JTWC)最佳路径台风资料、全球海洋客观分析海气通量(OAFluxes)资料和NCAR/NCEP-2再分析资料,使用SVD等统计方法,对西北太平洋台风频数与低层大气环流及海气通量异常之间的关系进行了研究,结果发现150°E以东的低纬海区是台风频数年际异常变化最显著的区域,台风频数与低层大气环流异常、潜热通量和短波辐射通量变化有着密切的联系:当副热带高压强度减弱(增强)、脊线偏北(南)、主体东移(西伸)时,季风槽加深东进至160°E(西退至140°E),低纬的纬向西风加强(减弱),海洋输送给大气较多(少)潜热通量,盛行的纬向西风携带着季风槽南侧的暖湿水汽与副热带高压南缘偏东气流的水汽输送在150°E以东(以西)的低纬海区辐合,150°E以东辐合上升的暖湿气团吸收的短波辐射偏多(少),有利于(不利于)形成高温高湿的不稳定结构,台风能量不断(不易)积累,在低层强(弱)辐合、高层强(弱)辐散的环境场作用下,有利于(不利于)台风在150°E以东的低纬海区的生成。     

西北太平洋累积气旋能量的年代际变化

利用1949—2011年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,分析了西北太平洋累积气旋能量(ACE)的年代际变化特征。结果表明,西北太平洋热带气旋(ACE)的年代际变化主要分为1957—1967高值期、1976—1986过渡期和1998—2008低值期。其中强热带风暴(STS)、台风(TY)和超强台风(SuperTY),特别超强台风是决定成分。副热带高压偏弱,垂直风切变偏小,低纬度低空正涡度异常偏东以及低纬度海表面温度(SST)正异常偏东等背景场的年代际特征,有利于形成ACE的年代高值期。     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

副热带高层冷涡及其对9418号台风路径的影响

本文从涡度和高度的垂直分布及卫星云图的分析揭示了副热带高层冷涡的结构和生消。高层冷涡存在时与之相距１０个纬距的台风将受其牵引,并做穿越低层副热带高压的运动;这类登陆台风,中低层为副高控制,其影响范围仅限于台风中心附近较小的范围内。     

"鸣蝉"台风结构和强度变化特点

2003年第14号台风"鸣蝉"朝西北方向移到24°N以北时,中心气压下降到920hPa,近中心最大风速达60m/s,在沿125°E北上时,强度减弱很缓慢.本文对该台风的移动路径和强度变化进行分析,发现台风主要是在副热带高压和高空槽的引导下移动,路径比较规则.来自热带辐合带的深厚水汽输送通道为台风强度的维持提供了丰沛的水汽和能量.200hPa高空槽前西南急流为台风提供强流出流场.涡度场的对称分布,使水汽和能量向台风中心旋转,低层辐合加强,涡动动能得以维持,有利于台风强度的加强.弱的水平风速垂直切变和暖洋面的加热作用,也是台风维持的原因.     

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。     

相似路径台风“山神”(1223)和“海燕”(1330)降水对比分析

利用NCEP 1°×1°资料,卫星雷达资料,对相似路径台风"山神"和"海燕"降水进行对比分析,结果表明:(1)地面观测资料表明"山神"的降水强度大于"海燕";TRMM卫星3B42降水率资料揭示台风发展过程中,"山神"降水偏向于台风北侧,"海燕"较均匀分布在台风南北两侧;(2)通过分析台风南北两侧的水汽通量和垂直风速发现,"山神"水汽和垂直速度配合较好,能很好解释其降水分布;"海燕"水汽与垂直速度均呈现出明显的非对称性,可能原因是"海燕"水汽含量小,垂直速度超过一定强度后对降水产生的作用一样,导致其降水分布较均匀;(3)台风"山神""海燕"动能输入区与水汽大值区,及潜热能显热能输入区与上升运动对应较好。动能输入区水汽通量偏强。能量输入的区域,随着能量累积,大气稳定度变弱,易导致不稳定能量的释放,使得该区域降水偏多;(4)从台风"山神""海燕"基本反射率因子场可见,"山神"有台前飑线;两台风靠近海南岛期间,强回波长时间维持在海南岛的中部和南部;当台风移出海南岛时,"山神"后部的强回波带造成的"列车效应"位于东方市;而"海燕"的分布在五指山东侧。雷达径向速度场显示两台风靠近海南岛时,中部和南部局地地形造成"逆风区",使得该区域气流辐合抬升。最后,"山神"受海南岛地形抬升作用比"海燕"明显。     

1321号台风“蝴蝶”强度变化特征和影响因素分析

利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料（空间分辨率1°×1°）、台风实况资料及海南省气象台站观测资料,选取1321号台风＂蝴蝶＂为研究个例,从天气学原理高低空形势及动力、热力学物理量等多角度分析了＂蝴蝶＂强度演变特征及影响因素.研究结果表明,副热带高压与高空西风槽是影响此次台风的主要大尺度天气系统,弱冷空气南侵、南海海温偏高及越赤道气流强盛是＂蝴蝶＂迅速加强的重要原因.西风槽引导弱冷空气南侵使得台风外围环流气压梯度增加,斜压不稳定状态加剧;南海海温达到29℃,海温偏高使台风区域大气层结降低,深热对流发展;105°E越赤道气流强盛为台风提供了充沛水汽和能量.三者共同作用促使台风强度突然增强.另外,低层涡度、高层散度、湿位涡及水汽通量等物理量能够较好地表征＂蝴蝶＂强度变化特征.低层辐合流入、高层辐散流出为台风的加强提供了动力条件;湿位涡下负上正表明大气热力层结不稳定;水汽通量增加表明水汽条件充足.良好的动力条件、热力条件与水汽条件共同作用,使得＂蝴蝶＂在短时间内迅速加强为强台风.     

2021年夏季河南极端降雨水汽来源分析与西太平洋副热带高压的可能作用

为研究西太平洋海域在河南“7·20”极端降雨事件中的作用,利用海表面温度、海平面气压、位势高度和风场等再分析数据与降水观测数据,分析了2021年夏季河南极端降雨事件的水汽输送来源及其与西太平洋副热带高压多尺度变化特征的关系。数据显示, 2021年夏季河南极端降雨期间,西太平洋副热带高压偏强偏北,河南地区以东至西北太平洋中低空出现显著的东风异常和西向水汽输运。结果表明, 2021年夏季河南暴雨区中高空相对涡度、位势高度和垂直上升运动存在显著异常,从西北太平洋海域通过中低空异常东风输送的水汽是主要来源。经验模态分解结果显示,副热带高压强度指数的第二模态(intrinsic mode functions of west Pacific subtropical high, IMFWPSH)与河南地区降雨第二模态存在统计显著关系并在此次极端降雨事件中扮演重要角色。诊断分析发现,在IMFWPSH正位相期间,副热带西太平洋存在异常增强的上升运动并在中低空产生异常东风,河南地区上升气流异常增强,因此, IMFWPSH可为河南地区降雨提供重要条件。     

0814号台风“黑格比”快速移动及造成广西持续大范围暴雨成因分析

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对0814号强台风"黑格比"快速移动以及造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,表明造成台风"黑格比"快速移动的主要原因是:(1)副热带高压突发性加强西伸,脊线稳定维持在30°N附近,台风与副高脊线之间的东风带宽广且深厚,风速≥12m/s,急流轴随台风从东向西递进;(2)赤道地区的西南气流正处于弱和相对稳定的时期,无明显能量补充到台风环流中;(3)台风结构尺度小,uv分量分析显示,u分量的东西风、v分量的南北风差值极小,环流风对称,即使登陆后还保持这一特点;(4)无"双台风"或多台风的间接影响。造成广西大范围暴雨的主要原因是:(1)台风"黑格比"进入广西内陆后,中心涡度值维持在11.5×10-5S-1以上,强度偏大;(2)台风"黑格比"在广西西南部移速减慢,维持较强的水汽辐合,进入越南前,中心附近的水汽通量散度仍有-60×10-5S-1,与通常台风相比,水汽辐合明显偏强。     

北太平洋中尺度涡时空特征分析

利用1993~2011年19 a的AVISO卫星高度计资料研究了北太平洋(10°~60°N,120°E~100°W)中尺度涡的时空分布特征,结果表明:北太平洋每年约产生1 800余个涡旋,其中气旋涡稍多。北太平洋东部沿岸、西北沿岸、黑潮延伸体北侧、副热带逆流区是中尺度涡的高发区,春、冬季是涡旋的高发季节。涡极性分布以35°N为界,北部多反气旋涡,南部多气旋涡。涡旋半径以100 km左右为主,并且基本随纬度升高而减小,涡旋数量随着周期增长而急剧下降。反气旋涡的平均半径和周期均大于气旋涡。利用Argo浮标剖面资料分析的6个个例涡旋的垂直结构显示,每个涡旋都有其独特的冷暖核结构,深度不同。研究结果对于分析北太平洋涡动能分布及传输具有一定的参考价值。     

0604号台风"碧利斯"持久不消及造成云南暴雨成因分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°6h再分析资料对0604号台风"碧利斯"登陆后持久不消及其造成云南暴雨的成因进行分析.其结果表明:两高间强而宽广的辐合带和西南急流增强使台风低压在陆上连续5d不消,副高、西南急流在低压区形成的最大风速中心位置决定台风低压移动方向.此次云南台风暴雨是在台风减弱低压主导作用下,激发强不稳定能量释放、产生强对流,形成利于垂直运动深厚发展伴有强抽吸作用的暴雨动力结构,孟加拉湾水汽源源不断向云南上空输送,经低层强水汽辐合抬升凝结而造成的.影响云南500hPa低压干位涡涡源中心值越大地面降水越强,850hPa干、湿位涡可提前12h预示台风减弱、移动方向的信息.