地极移动与河川径流的关系研究

在总结地极移动(以下简称极移)和径流之间可能存在的相互作用机制的基础上,利用受人类活动影响较少的青藏高原雅鲁藏布江的月径流资料和极移资料以及格兰杰因果关系检验方法,从统计学角度探索了在月、季和年尺度上,极移变化与径流变化之间可能存在的联系。结果显示,在月尺度上,极移X分量变化量在滞后1~8个月和10~21个月后是径流变化量的格兰杰原因;极移Y分量变化量在滞后1~9个月和17~24个月后是径流变化量的格兰杰原因。在季尺度上,极移X分量变化量只有在滞后2个季的情况下是径流变化量的格兰杰原因;而极移Y分量变化量在滞后4~6个季的情况下是径流变化量的格兰杰原因。在年尺度上,未检测出格兰杰因果关系。从径流到极移的检测中发现,月尺度上,径流变化量在滞后3~25个月后为极移X分量变化量的格兰杰原因;径流变化量在滞后1个月和3~25个月后为极移Y分量变化量的格兰杰原因。在季尺度上,径流变化量在滞后2~8个季的情况下是极移X分量变化量的格兰杰原因;径流变化量在滞后1~8个季后是极移Y分量变化量的格兰杰原因。在年尺度上,未发现径流变化量和极移变化量存在格兰杰因果关系。在月、季和年尺度上,极移变化量和径流变化量的不同格兰杰因果关系表明,利用极移资料可能在月和季尺度上提高资料稀缺区域的水文预测精度。     

地球极移振幅和相位的长期变化特征及预测研究

利用来自国际地球自转参数服务局(International Earth Rotation Service,IERS)的1900—2013年极移数据,计算其振幅和相位序列,基于EMD(empirical mode decomposition)和LS-SVM(least squares support vector machines)方法,分析了极移振幅和相位的长期多时间尺度变化特征,并预测了极移的未来走向。结果表明:极移振幅变化在1900—2013年主要以增加趋势和6.2a的周期为主,而极移相位变化主要以趋势和低频变化为主;采用EMD对原始信号进行分解,对得到的一系列分量进行LS-SVM建模预测,对极移振幅和相位的预测是有效的;未来极移振幅将进一步加大,地极存在向约68°W的长期漂移趋势。     

环境风速垂直切变对西北太平洋热带气旋强度变化的影响

利用2000—2006年中国气象局《热带气旋年鉴》和NCEP再分析日资料,对环境风垂直切变对西北太平洋热带气旋（TC）强度变化的影响进行统计分析。首先比较了不同高度层之间、不同水平区域平均的全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对TC强度变化的影响,结果表明,全风速切变对TC强度变化的抑制作用显著大于纬向风速垂直切变;以200～800 km的圆环区域平均计算的风速垂直切变与TC强度变化的负相关最显著;中高层的风速垂直切变与TC强度变化的相关优于中低层。其次,全风速切变大于8 m/s后抑制TC增强,且这种抑制作用存在6～60 h的滞后。全风速垂直切变大时,滞后时间较短:当全风速切变为8～9 m/s（9～10 m/s）时,TC强度在未来60（48） h开始减弱;当全风速切变大于10 m/s时,TC在6 h内开始减弱。最后,利用偏最小二乘回归建立TC强度变化的预报模型PLS-STIPSV。结果表明,加入风速垂直切变因子后对TC强度预报有所改进,并通过分析标准化回归系数进一步证实了上述的统计结果。      

西北太平洋热带气旋频次的延伸期动力-统计预报方法和评估

介绍了西北太平洋热带气旋(TC)频次的延伸期预报方法,比较了新构建的动力-统计和统计预报模型的预测技巧,并探讨了预报误差来源及改进方向。动力-统计预报模型是基于动力模式预测的热带季节内振荡(ISO)信号及ISO-TC生成的同期统计关系来进行预报;统计预报模型则是基于TC生成的前兆ISO信号建模预报。预报评估结果显示,动力-统计混合预报模型的预报技巧高于统计预报模型,原因在于影响TC次季节变化的前兆信号并不稳定,且随着预报超前时间迅速消散,无法提供有效且稳定的可预报源;相反地,TC生成与同期的ISO背景场显著相关,动力模式对ISO(预报因子)有较好的预报能力,因此动力-统计相结合的预报方法为TC延伸期预报提供了有效途径。虽然目前动力-统计预报模型的预报技巧可达5～6周,但仍有进一步改进和提高的空间。通过对不同类型TC预报技巧检验和误差分析,研究认为年际和年代际背景场对ISO调控TC活动的影响不可忽略,且热带外ISO信号(如罗斯贝波破碎和西风急流强度等)对TC频次和轨迹也有显著影响,这些因子为TC延伸期预报提供了潜在可预报源。     

一种新的多因子综合预报方法及其预测能力评估

利用 EOF分析浓缩大范围场内大气环流主要信息 ,经过异常相关处理 ,选取达到高信度( 0 .0 0 1信度 )要求的一定数目的预报因子 ,研制出了一种新的多因子综合预报方法 .通过对1 993～ 1 998年连续 6年的年、季时间尺度中国降水和中国气温预报能力评估 ,表明多因子综合预报方法预报效果比较稳定 ,预测能力较强 ,尤其是对夏季 ( 6～ 8月 )关键地区旱涝灾害的预报 ,准确率比较高 .     

红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度预报中的应用

应用GMS-5气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料,分析西北太平洋的热带气旋(TC)TBB、TBB的对称和非对称分量与滞后0-48 h TC强度的相关关系.发现,TC眼墙附近东南侧的TBB、距TC中心半径0.8°-1.7°范围内TBB对称分量和1-10波振幅之和与0-48 h的TC强度有很好的负相关关系,与滞后24 h的TC强度相关极值分别达到-0.52,-0.59和-0.625.考虑气候持续因子、天气因子及TBB因子,针对1996-2002年西北太平洋远海区域(0°-50°N,120°-155°E)热带风暴(TS)等级以上样本,建立12,24 h和48 h强度预报方程并进行独立样本检验.结果表明,1.0°-1.5°环域平均的TBB对12 h强度预报的方差贡献位居第4,TC东南侧TBB的平均值和1.1°-1.5°范围TBB极大与极小值之差对24 h强度预报的方差贡献分列第3和第5位.考虑TBB因子的回归方程对TS和强热带风暴(STS)的强度预报能力有较大提高,对12 h内强度减弱15 m/s以上TC的12 h预报、强度稳定TC的24 h预报和强度48 h增强10 m/s 以上TC的48 h预报均有所改善.     

西北太平洋热带气旋强度变化的统计特征

应用 35a的资料 ,分析西北太平洋热带气旋 (TC)强度变化的基本统计特征 ,包括年代际、年际、月际、日变化和区域分布等。主要结果有 :(1)西北太平洋TC平均增强速率为 4.97hPa/6h ,标准差是 4.5 4hPa/6h。平均减弱速率为 5 .15hPa/6h ,标准差是 4.17hPa/6h ;(2 ) 2 0世纪 6 0年代中后期TC强度变幅小 ,进入 2 0世纪 70和 80年代后有所增大 ;(3) 11月TC平均增强速度最快 ,2月最慢 ,8月是TC强度变幅较小的月份 ;(4) 0 8时 (北京时 ,下同 )TC平均增强速度最快 ,14时最慢 ,平均减弱速度无明显日变化特征 ;(5 )TC发展较快的一个主要区域是 12 .5～ 2 0°N ,132 .5～ 15 0°E ,TC平均减弱速率的高值区在岛屿和大陆沿岸。在南海中部活动的TC平均强度变幅不大。依据平均值与标准差的数学涵义 ,给出了TC强度稳定、缓慢变化和迅速变化的标准。在对各级强度变化发生频率的年代际、年际、月际、日变化以及区域分布特征分别进行分析的基础上 ,重点给出了在大陆和岛屿附近迅速增强样本和在远离陆地的洋面上迅速减弱样本的一些统计特征。     

热带气旋近海加强机制的研究进展

近年来,热带气旋(tropical cyclone,TC)强度的预报技巧有所提高,但是在近海加强TC多发的年份,强度预报值较实况偏弱。围绕TC近海加强影响因素,从环境条件和动力机制对相关研究进行回顾,详细分析了环境大气、海洋强迫机制、内核结构变化以及螺旋云带水相变化等因子对TC近海加强的作用。这些因子共同作用于TC近海加强过程,对预报具有指示意义。通过总结研究成果的异同点,建立了TC近海加强影响因子模型,以期更好地为TC近海加强过程的业务预报提供理论参考。     

近20 a影响我国台风活动变化趋势

利用最新定义的气旋活动指数CAI(Cyclone Activity Index)分析影响我国台风活动近20 a的变化趋势及其可能原因。分析发现,影响我国的台风频数自1996年以来显著减少,主要表现为南方沿海地区热带气旋影响减小,三亚和海口更呈显著下降的趋势(通过信度为0.05的统计检验),而东南方沿海地区热带气旋影响明显增加,厦门、福州、温州、杭州和上海夏季(6—10月)受到影响的程度显著上升(福州、温州和杭州通过信度为0.05的统计,上海和厦门通过信度为0.1的统计检验)。进一步分析表明,热带气旋活动的这些变化与台风盛行路径和强度的变化有密切关系。     

K-均值聚类法用于西北太平洋热带气旋路径分类

热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)路径分类是获得TC特征和影响评估的重要途径。采用联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,简称JTWC)近45年最佳台风路径资料,基于TC位置、强度、路径长度和方向等主要信息的特征参数,利用K-均值聚类法建立了西北太平洋TC路径的客观分类方法,并对分类得到的7个路径类型TC在生命史、能量、活动季节和登陆概率等方面进行了对比分析。结果表明各类TC的这些特征量具有明显的差异。从近20年的变化趋势看,西转向类(占总样本的21.3%)的频数为增加趋势,其生命史呈小幅增长趋势,和其余各类(或全部TC)的减小趋势或变化很小不一致。各类TC的年PDI(能量耗散指数)变化趋势主要取决于强度和频数的变化,多数类别的年PDI和强度的变化趋势一致,但西北行转向类和远海西-西北行类的年PDI变化趋势主要取决于频数的变化。      

应用OMI卫星资料监测蒙古戈壁沙尘的传播

利用2005—2007年OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星的气溶胶指数AI(Aerosol In-dex),分析了沙尘传播的特征。结果表明,蒙古戈壁与北美西海岸地区(40°-50°N,120°-130°W)的AI指数之间有较高的相关性,两地具有源区和被影响区的关系。通过计算沙尘传播时间的滞后相关系数,得到从蒙古戈壁到美国西海岸的沙尘传播时间约为6～7天,且通过了99%信度。利用滞后相关系数,获取了沙尘传播信号,并对沙尘的远距离传播进行了预报。     

热带气旋登陆前强度变化的统计特征分析

应用53 a(1949-2001年)西北太平洋热带气旋(TC)基本资料,分析登陆我国的TC登陆前强度变化的统计特征,包括TC登陆前48 h内强度变化特征、登陆前强度变化的年际、月际和日变化特征、登陆前强度变化与TC自身强度的关系以及TC登陆前的生命史特征等,还对登陆前迅速增强和减弱的TC分布特征进行了分析.主要结果有:...     

孟加拉湾和阿拉伯海热带气旋活动双峰型差异及可能成因

针对北印度洋热带气旋(TC)研究中存在的TC资料对比不足和TC活动双峰型特征的区域性差异分析不足的现状,采用联合台风警报中心(JTWC)TC资料和印度气象局(IMD)TC资料开展了针对性的研究。结果如下:IMD资料的时段(1990-2012年)较短、且资料记录时刻规律性差;而JTWC资料自1977年突变之后时段仍明显长于IMD资料、且资料记录时刻稳定;故采用1977-2012年JTWC资料进行TC气候特征分析。1977-2012年,孟加拉湾TC频数呈下降趋势,而阿拉伯海TC频数呈显著增多趋势;两者多年平均TC频数分别为3.6个和1.5个;两海区TC频数的季节变化都表现为双峰型,但在双峰型的峰值时间、强度以及双峰的强弱配置上存在较大差异。研究表明,纬向风垂直切变和相对涡度的季节变化可能分别是影响孟加拉湾和阿拉伯海TC活动双峰型的关键因子;就整个北印度洋而言,南亚夏季风开始前和结束后,风垂直切变维持在10 m/s及以下、正的相对涡度、较高的海表温度、较大的相对湿度都是TC生成的有利条件。     

西北太平洋热带气旋移动方向变化异常的环流特征

基于中国气象局和上海台风研究所整编的1972-2011年热带气旋(TC)best-track资料,采用极端天气气候事件定义的百分位法确定TC移动方向异常变化的阈值,利用Lanczos滤波法将大气环流分解成为季节内振荡(MJO)、准两周振荡(QBW)和天气3种尺度环流场,研究这3种尺度环流对热带气旋在南海地区异常北折的影响。结果表明:近40 a的资料统计显示,热带气旋12 h内移向逆时针方向偏转50°以及顺时针方向偏转47°为TC移动方向变化的95%分位数值,将12 h移动方向变化大于该数值的TC定义为移动方向变化异常。TC异常路径平均每年发生2.68次,9月份发生的概率最大,约为7%,最常发生在南海海域。分析3个发生在南海地区热带气旋异常北折的引导气流发现,在TC转向前,向西的引导气流纬向速度减慢,经向分量先向南加速,随后突然转为向北加速。天气尺度对应的引导气流对TC异常右偏影响最为明显,对流层中高层热带气旋中心东南侧强天气尺度西南气流引导TC异常右偏。     

全球山脉力矩时空变化及其与地球自转的关系

山脉力矩是大气轴向角动量变化的主要外部因子之一,是研究地球运动和大气相互作用的关键变量。利用NCEP/NCAR第一套再分析资料计算了1948—2011年的全球山脉力矩,定量分析了全球山脉力矩的时空变化趋势及其与地球自转速率(以日长表示)的关系。研究表明,近64年山脉力矩变化最为显著的地区集中在青藏高原和南美的安第斯山脉,青藏高原东西两侧的山脉力矩具有不同的变化趋势。滞后相关分析显示,全球山脉力矩与日长的相关系数在日长滞后5年时达到最大(滞后相关系数为-0.482),而南美安第斯山和青藏高原的山脉力矩则分别于日长滞后2年和9年时达到最大(滞后相关系数分别为-0.461和-0.689),因此山脉力矩的变化早于日长变化。从年代际变化看,全球积分的山脉力矩和南亚高压强度指数趋势上基本一致,可以作为表征天气、气候变化的一个强信号。     

西北太平洋热带气旋快速加强过程中的水汽特征分析

利用NCEP的1°(纬度)×1°(经度)全球最终分析资料和JTWC(Joint Typhoon Warning Center)最佳路径资料,对2002~2011年西北太平洋热带气旋(TC)非减弱阶段快速加强(Rapid Intensification,RI)和缓慢加强及强度稳定(Non-RI)过程中,TC环境场及其内部各区域水汽分布和输送特征进行统计分析,揭示水汽因子对TC随后24 h强度变化的影响,为TC强度突变的趋势预报提供依据。结果表明:对流层低层900 h Pa层半径3~10纬距区域平均相对湿度(RH_3-10)能明显区分RI与Non-RI过程,说明西北太平洋TC强度变化对水汽的敏感高度较大西洋更接近洋面;RI初始时刻的RH_3-10显著大于Non-RI,而水平水汽通量(F_all)则弱于Non-RI,说明RI开始时刻TC环境表现为高水汽含量和较小的水汽输送,而随着RI过程TC内强对流发展对水汽的消耗,水汽含量明显减小故水汽通量则出现增强;RI和Non-RI过程水汽因子的分布和输送在TC内核区和外雨带差异明显,初始时刻RI过程净水汽获得区域大于Non-RI。相关性分析同样表明,适宜的相对湿度和水汽通量是非减弱阶段RI的有效潜势预报因子。     

青藏高原近50年来气温的年代际变化

根据青藏高原及周边地区一百多个气象台站的月平均气温资料,利用统计方法,分析了近50年来气温的年代际变化。结果表明：整个高原地区温度变化可分为6个不同的区域。在时间演变上可划分出相对高温时段(1963年以前)、相对低温时段(1963—1987年)和另一个相对高温时段(1987年以后)。还从天文因素、地球系统各圈层及气候系统内各因子相互作用和相互制约出发,探讨了引起高原气候变化的可能原因。     

两类El Niño型对西北太平洋季风槽及热带气旋生成的可能影响

通过对1948~2015年不同El Ni?o事件下西北太平洋季风槽变化和热带气旋(tropical cyclone,TC)生成进行分析,初步探讨了不同El Ni?o型事件对季风槽及其对TC的可能影响。分析结果表明,较东太平洋增暖(eastern Pacific warming,EPW)年,中太平洋增暖(central Pacific warming,CPW)年季风槽偏弱,位置相对偏西、偏北。在CPW年,中(西和东)太平洋海温增暖(降低)引起了从中到西太平洋热带地区的西风异常和中太平洋地区上升运动及对流活动加强,使得季风槽加强东伸,同时西太平洋副高偏弱、偏北,季风槽向北推进;而在EPW年,赤道东(西)太平洋海温增暖(降低)使得赤道地区西风异常显著加强东扩,异常Walker环流的上升支东移至东太平洋,季风活动加强,副高偏强、偏南,这使得季风槽较CPW年相比更强、更偏东。利于TC生成的大尺度环境因子随季风槽强度和位置的变化而发生改变,在CPW年,低层气旋性涡度、高层辐散、高的中层相对湿度以及低垂直风切变区随着季风槽向北移动;而在EPW年,这些因子随季风槽向南、向东偏移。这些大尺度环境因子的变化使得西北太平洋TC生成的位置在CPW年比EPW年更加偏北、偏西。     

环境风垂直切变与个例TC整个生命史中强度的关系

选取2006年3个典型的TC个例(碧利斯、珍珠和桑美),分别作为强热带风暴、强台风和超强台风的代表,分析在TC整个生命史中环境风垂直切变与其强度变化的关系。结果表明:在典型个例TC中,弱的环境风垂直切变有利于TC的发展;强的环境风垂直切变阻碍TC的发展;并且环境风垂直切变对TC强度的影响存在着一定的时间滞后。     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。