春季北大西洋涛动与夏季西北太平洋热带气旋生成频数关系的年代际变化

The present study reveals the fact that the relationship between the spring(April–May) North Atlantic Oscillation(NAO) and the following summer(June–September) tropical cyclone(TC) genesis frequency over the western North Pacific(WNP) during the period of 1950–2018 was not stationary. It is shown that the relationship between the two has experienced a pronounced interdecadal shift, being weak and insignificant before yet strong and statistically significant after the early 1980 s. Next we compare the spring NAO associated dynamic and thermodynamic conditions, sea surface temperature(SST) anomalies, and atmospheric circulation processes between the two subperiods of 1954–1976 and 1996–2018, so as to illucidate the possible mechanism for this interdecadal variation in the NAO-TC connection. During the latter epoch, when the spring NAO was positive,enhanced low-level vorticity, reduced vertical zonal wind shear, intensified vertical velocity and increased middle-level relative humidity were present over the WNP in the summer, which is conducive to the genesis of WNP TCs. When the spring NAO is negative, the dynamic and thermodynamic factors are disadvantageous for the summertime TC formation and development over the WNP. The results of further analysis indicate that the persistence of North Atlantic tri-pole SST anomalies from spring to the subsequent summer induced by the spring NAO plays a fundamental role in the linkage between the spring NAO and summer atmospheric circulation.During the period of 1996–2018, a remarkable eastward propagating wave-train occurred across the northern Eurasian continent, forced by the anomalous SST tri-pole in the North Atlantic. The East Asian jet flow became greatly intensified, and the deep convection in the tropics was further enhanced via the changes of the local Hadley circulation, corresponding to a positive spring NAO. During the former epoch, the spring NAO-induced tri-pole SST anomalies in the North Atlantic were non-existent, and the related atmospheric circulation anomalies were extremely weak, thereby leading to the linkage between spring NAO and WNP TC genesis frequency in the following summer being insignificant.     

西北太平洋热带气旋与上层海洋热含量的关系

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960-2008年期间北太平洋上层150 m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋热含量的高值中心位于10°N左右,与上层海温结构相符,计算结果更加符合物理意义。北太平洋热含量与西北太平洋热带气旋频数年际相关性研究表明在北太平洋中高纬度大洋内区和赤道东太平洋热带不稳定波发生区呈现出前期冬季正相关性。此相关性存在显著年代际的变化,在1970-1975年和1984-2008年期间最强,1976-1983年期间较弱。在北太平洋中高纬度大洋内区,同期春夏秋季同样存在强正相关。在西太平洋暖池区,同期秋季负相关最为显著。赤道中太平洋区域在夏季呈显著的正相关,秋季减弱。赤道东太平洋海域的相关性前期冬季负相关最为显著,春季负相关性减弱,夏季和秋季无显著相关。     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系.研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者...     

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。     

Importance of tropical cyclone heat potential for tropical cyclone intensity and intensification in the Western North Pacific

Which is more important for tropical cyclone (TC) intensity and intensification, sea surface temperature (SST) or tropical cyclone heat potential (TCHP)? Investigations using best-track TC central pressures, TRMM/TMI three-day mean SST data, and an estimated TCHP based on oceanic reanalysis data from 1998 to 2004, show that the central pressure is more closely related to TCHP accumulated from TC formation to its mature stages than to the accumulated SST and its duration. From an oceanic environmental viewpoint, a rapid deepening of TC central pressure occurs when TCHP is relatively high on a basin scale, while composite distributions of TCHP, vertical wind shear, lower tropospheric relative humidity, and wind speed occurring in cases of rapid intensification are different for each TC season. In order to explore the influence of TCHP on TC intensity and intensification, analyses using both oceanic reanalysis data and the results of numerical simulations based on an ocean general circulation model are performed for the cases of Typhoons Chaba (2004) and Songda (2004), which took similar tracks. The decrease in TCHP due to the passage of Chaba led to the suppression of Songda’s intensity at the mature stage, while Songda maintained its intensity for a relatively long time because induced near-inertial currents due to the passage of Chaba reproduced anticyclonic warm eddies appearing on the leftside of Chaba’s track before Songda passed by. This type of intensity-sustenance process caused by the passage of a preceding TC is often found in El Niño years. These results suggest that TCHP, but not SST, plays an important role in TC intensity and its intensification.     

海浪对北太平洋海-气二氧化碳通量的影响

利用4种海-气界面气体传输速率公式对比研究了北太平洋气体传输速率及其CO₂通量的季节变化特征。与单纯依赖风速的算法相比, 考虑波浪影响的气体传输速率和CO₂通量在空间分布和季节变化上具有明显差异。在低纬度地区(0°～30°N), 波浪参数使气体传输速率下降, 海洋对大气CO₂的吸收减少, 而在30°N以北范围内则出现新的气体传输速率高值区, 海洋对大气的吸收增加。进一步研究了黑潮延伸体区域的气候态月平均气体传输速率和CO₂通量。结果表明, 该区域气体传输速率和CO₂通量最大值分别出现于冬季和春季, 引入波浪参数后, 虽然该区域气体传输速率和CO₂通量平均值没有明显差异, 但季节变化强度显著增强。     

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。     

北太平洋经向翻转环流年际变化的数值模拟

北太平洋经向翻转环流(NPMOC)是北太平洋所有经向翻转环流圈的总称,拥有5个环流圈结构.其中,热带环流圈(TC)、副热带环流圈(STC)和深层热带环流圈(DTC)位于北太平洋热带-副热带海域,是该海域间经向物质和能量交换的重要通道.主要运用NEMO模式对这3个经向翻转环流圈的年际变化特征和机理进行了研究.结果表明,TC、STC和DTC的经向流量都具有显著的年际变化特征:在El Nio期间,TC的南、北向流量均减弱,STC的北向流量增强、南向流量减弱,DTC的南向流量减弱;而在La Nia期间则相反.敏感性试验表明,在风应力强迫下得到的TC、STC南、北向流量和DTC南向流量的年际变化特征都很显著,并与在风应力、热通量和淡水通量共同强迫下得到的结果非常一致;而仅在热通量和淡水通量的强迫下,各分支流量的年际变化均较小.由此可见,风场驱动是引起北太平洋经向翻转环流年际变化的主要驱动因素,而热通量和淡水通量的影响却较小.     

论IPCC-AR4模式对影响西北太平洋热带气旋的大气动力环境场的气候特征模拟性能

评估了23个IPCC-AR4模式在低纬地区1948—1999年7—9月大尺度环流场的模拟性能,重点关注西北太平洋区域的西太副高、季风槽以及台风活动海域的垂直风切变。结果显示,绝大多数模式的7—9月低纬地区500hPa平均高度场、850hPa风场空间分布与NCEP都具有很高的相似性,但大多模式500hPa高度场存在系统性偏低,而850hPa风场偏强。所有模式模拟的西北太平洋副高脊线与NCEP都有一致的西南-东北走向,但有些模式的脊线位置偏离NCEP的较远。有4个模式没有模拟出类似于NCEP的季风槽线。综合模式对夏季热带环流场、西北太平洋副热带高压、季风槽以及西北太平洋热带气旋活动关键区域垂直风切变气候特征的模拟性能,按性能优劣,排在前10的模式依次是mpi_echam5、cccma_t63、gfdl_cm2_1、cnrm_cm3、cccma_t47、ukmo_hadgem1、ingv_echam4、ncar_ccsm3_0、csiro_mk3_5、mri_cgcm2_3_2a;排在后6位的模式是inmcm3_0、iap_fgoals1_0_g、ipsl_cm4、miroc3_2_medres、giss_eh、giss_er。     

热带西太平洋海表盐度的变化特征及其对淡水通量的响应

基于1980~2015年的全球简单海洋资料同化分析系统(SODA)、全球海气通量(OAFlux)和全球降水气候学计划(GPCP)等海洋、大气观测再分析资料,采用线性拟合、经验正交函数(EOF)分解、相关分析和波谱分析等数理统计方法,分析了热带西太平洋海表盐度(SSS)和淡水通量时空变化特征及其关系.结果表明,SSS与淡水通量的气候态及长期线性变化趋势有较好的空间对应关系,两者均有多种时间尺度的EOF模态,其年代际变化模态有较好的正相关关系,并与太平洋年代际振荡(PDO)有密切的滞后相关.分析表明,PDO可能通过影响Walker环流的变化来影响热带西太平洋的淡水通量分布,从而影响SSS的时空格局.     

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。     

2019年11月西北太平洋热带气旋生成频数异常偏多的成因分析

基于1979-2019年NCEP-DOE再分析资料、中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集和HadISST全球海温资料等,研究了2019年11月西北太平洋TC生成频数异常偏多的可能原因.结果表明:2019年11月西太平洋副热带高压(WPSH)强度偏强、脊线偏北,其南侧偏东气流与越赤道气流交汇形成的西北太平洋热带...     

The characteristic differences of tropical cyclones forming over the western North Pacific and the South China Sea

The best track dataset of tropical cyclones in the western North Pacific (WNP) and the South China Sea (SCS) from 1977 to 2005 during the satellite era, the NCEP/NCAR reanalysis dataset and the extended reconstructed sea surface temperature dataset are employed in this study. The main climatological characteristics of tropical cyclone formation over the WNP and the SCS are compared. It is found that there is obviously different for the locations of tropical cyclone origins, achieving the lowest central pressure and termination points between over the WNP and over the SCS. The annual number of tropical cyclones forming over the SCS is obviously less than over the WNP, and there is a significant negative correlation with the correlation coefficient being -0.36 at the 5% significance level between over the WNP and over the SCS. The mean speed of tropical cyclone moving is 6.5 m /s over the WNP and 4.6 m /s over the SCS. The mean lowest central pressure of tropical cyclones is obviously weaker over the SCS than over the WNP. The tropical cyclone days per year, mean total distance and total displacement of tropical cyclone traveled over the WNP are all obviously longer than those over the SCS. Tropical cyclone may intensify to Saffir-Simpson hurricane scale 5 over the WNP, but no tropical cyclone can intensify to Saffir-Simpson hurricane scale 3 over the SCS. The changing ranges of the radii(R15,R16) of the 15.4 m /s winds them and the 25.7 m /s winds over the WNP are obviously wider than those over the SCS, and the median values of the radii over the WNP are also larger than those over the SCS. For the same intensity of tropical cyclones, both radii have larger medians over the WNP than over the SCS. The correlations of annual mean tropical cyclone size parameters between over the WNP and over the SCS are not significant. At the same time, the asymmetric radii of tropical cyclones over the WNP are different from those over the SCS.     

热带北太平洋西部固氮速率及固氮微生物组成

In the present study, we report N_2 fixation rate(~(15)N isotope tracer assay) and the diazotroph community structure(using the molecular method) in the western tropical North Pacific Ocean(WTNP)(13°–20°N, 120°–160°E). Our independent evidence on the basis of both in situ N_2 fixation activity and diazotroph community structure showed the dominance of unicellular N_2 fixation over majority of the WTNP surface waters during the sampling periods.Moreover, a shift in the diazotrophic composition from unicellular cyanobacteria group B-dominated to Trichodesmium spp.-dominated toward the western boundary current(Kuroshio) was also observed in 2013. We hypothesize that nutrient availability may have played a major role in regulating the biogeography of N_2 fixation.In surface waters, volumetric N_2 fixation rate(calculated by nitrogen) ranged between 0.6 and 2.6 nmol/(L·d) and averaged(1.2±0.5) nmol/(L·d), with 10 μm size fraction contributed predominantly(88%±6%) to the total rate between 135°E and 160°E. Depth-integrated N_2 fixation rate over the upper 200 m ranged between 150 μmol/(m~2·d)and 480 μmol/(m~2·d)(average(225±105) μmol/(m~2·d). N_2 fixation can account for 6.2%±3.7% of the depthintegrated primary production, suggesting that N_2 fixation is a significant N source sustaining new and export production in the WTNP. The role of N_2 fixation in biogeochemical cycling in this climate change-vulnerable region calls for further investigations.     

西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

A study of geographical distributions and temporal variations of air-sea heat fluxes over the Pacific

I~IOXThe bulk tranSfer method, direct measurement or gradient measurement method are usuallyused for the flux observation and calculation. These methods provide the flux values only in thelOCation where the measurements are carried out. In recent years scientists began to use medelcombined with remote sensing data for the calculation of heat flux. Its main poverty is tO obtainthe flux distribution over the wide ocean area simultaneously. Li Shiming et al. (1997) analyzedthe sensible and la…     

西太平洋暖池区域热通量变化及其与南海夏季风爆发的关系

利用卫星遥感资料反演出的海洋大气参数,应用目前世界较为先进的通量算法(CORAER 3.0),计算了西太平洋区域海-气热通量(感热通量和潜热通量)。首先分析了海-气热通量的多年平均场和气候场变化的基本特征,以及年际和年代际变化特征;进而对其与南海夏季风爆发之间的关系进行了初步探讨。结果表明,西太平洋海-气热通量具有明显的时空分布特征,感热通量的最大值出现在黑潮区域,潜热通量的最大值出现在北赤道流区和黑潮区域。在气候平均场中,黑潮区域的感热通量和潜热通量最大值均出现在冬季,最小值出现在夏季;暖池区域感热通量除了春季较小外,冬、夏和秋季基本相同,而潜热通量最大值出现在秋、冬季,最小值出现在春、夏季。另外,海-气热通量还具有显著的年际变化和年代际变化,感热通量和潜热通量均存在16 a周期,与南海夏季风爆发存在相同的周期。由相关分析可知,4月份暖池区域的海-气热通量与滞后3 a的南海夏季风爆发之间存在密切相关关系,这种时滞相关性,可以用于进行南海夏季风爆发的预测,为我国汛期降水预报提供科学依据。基于以上结论,建立多元回归方程对2012年的南海夏季风爆发进行了预测,预测2012年南海夏季风爆发将偏晚1～2候左右。     

热带西太平洋海域上层海洋热含量的CSEOF分析

基于月平均Argo温、盐度剖面、纬向风和Ni o3.4指数等资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)分解法、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了热带西太平洋海域上层(0—700m)海洋热含量的时空变化特征,并探讨了其年际变化的可能原因。结果表明,热带西太平洋海域上层海洋热含量距平场具有显著的东-西向反位相振荡,且这种振荡除了具有较明显的季节变化外,还存在着较强的准2a振荡。此外,热含量距平场还存在着负-正-负的三极式经向模态,该模态除了具有明显的季节变化外,还存在着显著的准4a振荡。进一步分析表明,热含量的准2a振荡与ENSO事件的发生有着非常密切的联系,并对赤道西太平洋纬向风异常有1—2月的滞后响应。     

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。     

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

基于1951—2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式, 针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份, 研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明, 北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因, 北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部, 后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA, 西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来, 当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时, 北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA, 使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋-太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。