基于PRECIS的西北太平洋热带气旋生成情景预估

利用全球气候模式ECHAM5的模拟数据驱动区域气候模拟系统PRECIS,产生西北太平洋SRES A1B气候情景数据。在模拟数据中分别采用三种热带气旋（TC）生成信息提取法,得出SRES A1B情景下1951—2050年的热带气旋生成模拟值,并分析不同热带气旋生成信息提取法对热带气旋生成的预估及其不确定性。结果表明:在气候基准时段（1971—2000年）下,对流年生成指数（CYGP）与热带气旋中心定位追踪识别法（TRACK）得出的TC生成气候平均态均接近观测值,而年生成指数（YGP）高于观测值;TRACK识别法得出的生成频数的年代际波动特征与实况相近;在未来2030 s预估时段（2021—2050年）下,CYGP指数与TRACK识别法的预估结果均显示未来TC生成数与基准时段相比呈减少趋势,而YGP指数的结果则显示未来逐年代的TC生成数与基准时段相比呈明显增加趋势。对各提取方法差异的初步分析结果表明,热力因子（包括海表温度、湿静力稳定度和对流降水等）是导致三种TC生成信息提取法预估不确定性的主要原因。      

GFDL_RegCM对21世纪西北太平洋热带气旋活动的情景预估

首先评估了GFDL模式对西北太平洋热带气旋(TC)环境热力及动力因子的模拟性能,再利用夏威夷大学国际太平洋研究中心高分辨率区域气候模式( IPRC-RegCM),进行降尺度研究西北太平洋TC活动特征,在此基础上预估21世纪全球变暖背景下(A1B)西北太平洋TC活动的主要特点.结果显示,在西北太平洋TC活动区,GFDL控制试验的海平面温度(SST)比ERSST偏低.与NCEP/NCAR再分析资料相比,GFDL模拟的1980-1999年大尺度环流平均场表现为:副高脊线平均位置近乎一致,西伸脊点偏东,强度偏弱,面积偏小；季风槽槽线的范围偏小,强度偏弱；水平风垂直切变值在南海及菲律宾群岛海域偏小,而在160°E～170°W的20°N以南偏强.与NCEP/NCAR强迫的模拟结果相比,GFDL强迫得到的TC源地频数在南海偏少,菲律宾群岛以东海域偏多,两者的季节及年际变化特征相似.路径频数在南海北部和我国华南沿岸显著偏多.AlB情景下,西北太平洋TC生成数目将增加一倍,生成源地偏北且同时向东部洋而扩展,路径频数增多主要发生在20°N以北的中东部洋面上,移经西北太平洋西部的TC频数减少,由此影响我国的TC将减少.TC频数的季节分布发生较大变化,最多的月份在10月.TC平均强度增强,最大强度在10月增加最多,这与10月SST的增加和环境风切变的减小均为最大值有密切的关系.     

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。     

IPRC区域气候模式对西北太平洋热带气旋潜在预测能力的初步检验

利用夏威夷大学IPRC高分辨率区域气候模式,对西北太平洋热带主要气旋活动季节(6—10月)热带气旋活动的特征及其大尺度环境场进行了17年的模拟试验,检验了模式对西北太平洋热带气旋的潜在季节预测能力。试验结果表明,该模式对西北太平洋热带气旋大尺度环境场具有较好的刻画能力,模拟的热带气旋年生成频数与实况的相关系数为0.77,季节内各月生成频数相关系数为0.82,显示出良好的潜在预测能力;生成源地分布与实况较一致;总能量(PDI)的年际变化趋势模拟也较为理想。但模拟的路径频数在南海地区明显偏多,北上热带气旋偏少,最大风速的峰值区间模拟效果较差。     

海表温度差异对1998及2016年8月西北太平洋热带气旋生成频数的影响

基于1970—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和ECHAM4模式,研究了各海盆海表温度异常（SSTA）对1998和2016年这两个超级厄尔尼诺衰减年8月西北太平洋热带气旋（TC）生成及大尺度环流变化的可能影响。结果表明,热带印度洋和大西洋在1998与2016年几乎相反的SSTA型态是导致TC生成频数显著差异的主要原因之一,而热带和北太平洋SSTA在1998与2016年均分别在珠江三角洲和日本以南形成气旋性环流。1998年8月热带印度洋和大西洋SSTA产生的西北太平洋反气旋环流响应强于太平洋SSTA产生的气旋性环流异常,使西北太平洋受异常反气旋控制,减少TC的生成。2016年在三个大洋SSTA共同作用下,西北太平洋受异常气旋控制导致TC生成频数偏多。太平洋经向SSTA模在北半球副热带强迫出东西反向的跷跷板形势,在西北太平洋对流层产生的响应与实际变化相反,因此太平洋经向模对西北太平洋TC生成没有正的贡献。     

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

太平洋海气耦合经向模态和西北太平洋热带气旋生成频数的关系

分析了太平洋经向模（Pacific Meridional Mode,PMM）和西北太平洋热带气旋生成频数（Tropical Cyclones Number,TCN）变化的关系。PMM是太平洋热带海气耦合系统内在固有变化的动力模态,它与西北太平洋热带气旋的活动在年际变化上存在较强的相关（1960—2003年期间年际变化的相关系数为0.63）。分析表明这种关系的产生是由于与PMM有关的许多气候条件都对热带气旋的活动产生影响。而PMM和热带气旋活动之间的关系将有助于我们对热带气旋与大尺度气候变化之间关系的讨论,为构建此问题的非单纯热力或动力框架提供了新思路。     

南海和西北太平洋热带气旋活动的区域性差异分析

利用近58年(1950～2007年)热带气旋资料,研究了南海(5°N～25°N,110°E～120°E)和西北太平洋(5°N～25°N,120°E～180°)两个区域热带气旋生成频数的年际变化和季节变化特征,结果表明西北太平洋热带气旋生成频数明显多于南海,且两区域的热带气旋活动表现出明显的区域性差异。在年际变化上,两者之间相关系数仅为-0.09,即南海和西北太平洋热带气旋生成频数在变化上相对独立。在季节变化上,西北太平洋热带气旋生成频数主要决定了整个西北太平洋明显的季节变化特征,而南海热带气旋生成频数在活跃期5～11月内季节差异不够明显,8～9月为相对盛期;特别地,从热带气旋频数相对于整个西北太平洋所占比率来看,5～6月南海区域由前期的寂静期骤然上升至31.7%～33.8%,使得5～6月成为全年比率中最突出的2个月份。对上述热带气旋活动区域性差异的可能原因进行了分析,初步显示在年际变化上ENSO对南海热带气旋生成频数的影响是显著的;在季节变化上,5～6月南海出现了较之西北太平洋更加有利于热带气旋生成的动力条件(季风槽)和热力条件(高海温),这可能是南海热带气旋生成频数相对于整个西北太平洋所占比率在5～6月成为全年最突出的两个月份的主要原因。     

2010年西北太平洋与南海热带气旋活动异常的成因分析

利用中国气象局热带气旋（TC）资料、NCEP/NCAR 再分析资料和美国 NOAA 向外长波辐射（OLR）等资料,分析了2010年西北太平洋（WNP）及南海（SCS）热带气旋活动异常的可能成因,讨论了同期大气环流配置和海温外强迫对TC生成和登陆的动力和热力条件的影响。结果表明,2010年生成TC频数明显偏少,生成源地显著偏西,而登陆TC频数与常年持平。导致7～10月TC频数明显偏少的大尺度环境场特征为：副热带高压较常年异常偏强、西伸脊点偏西,季风槽位置异常偏西,弱垂直风切变带位置也较常年偏西且范围偏小,南亚高压异常偏强,贝加尔湖附近对流层低高层均为反气旋距平环流,这些关键环流因子的特征和配置都不利于 TC 在WNP的东部生成。影响TC活动的外强迫场特征为：2010年热带太平洋经历了El Ni?o事件于春末夏初消亡、La Ni?a事件于7月形成的转换;7～10月,WNP海表温度维持正距平,140°E以东为负距平且对流活动受到抑制;暖池次表层海温异常偏暖,对应上空850 hPa为东风距平,有利于季风槽偏西和TC在WNP的西北侧海域生成。WNP海表温度和暖池次表层海温的特征是2010年TC生成频数偏少、生成源地异常偏西的重要外强迫信号。有利于7～10月热带气旋西行和登陆的500 hPa风场特征为：北太平洋为反气旋环流距平,其南侧为东风异常,该东风异常南缘可到25°N,并向西扩展至中国大陆地区;南海和西北太平洋地区15°N以南的低纬也为东风异常;在这样的风场分布型下,TC容易受偏东气流引导西行并登陆我国沿海地区。这是2010年生成TC偏少但登陆TC并不少的重要环流条件。     

Model Evaluation and Projection on the Linkage between Hadley Circulation and Atmospheric Background Related to the Tropical Cyclone Frequency over the Western North Pacific

The performance of climate models in simulating the linkage of the spring Hadley circulation (HC) to the vertical zonal wind shear and atmospheric divergence in the lower and upper troposphere, which are related to the tropical cyclone frequency over the western North Pacific (WNPTCF) during June-September (JJAS), is evaluated on the basis of the 20th century climate simulations (20C3M). It is found that four models can simulta-neously reproduce the pattern revealed in the observation, with the spring HC in the Northern Hemisphere being positively correlated to the vertical zonal wind shear in the major tropical cyclone (TC) genesis region and negatively (positively) correlated to the atmospheric diver- gence in the upper (lower) troposphere over the western North Pacific (WNP) in the following JJAS. These four models are further used to project their relationship in the late 21st century under the A1B scenario. The results show that the association of spring HC with the vertical zonal wind shear and the upper-and lower-tropospheric divergence over the WNP will weaken in the late 21st century, thereby resulting in a weak relationship between the spring HC and the JJAS WNPTCF.     

Influence of future tropical cyclone track changes on their basin-wide intensity over the western North Pacific: Downscaled CMIP5 projections

The possible changes of tropical cyclone(TC) tracks and their influence on the future basin-wide intensity of TCs over the western North Pacific(WNP) are examined based on the projected large-scale environments derived from a selection of CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) models. Specific attention is paid to the performance of the CMIP5 climate models in simulating the large-scale environment for TC development over the WNP. A downscaling system including individual models for simulating the TC track and intensity is used to select the CMIP5 models and to simulate the TC activity in the future.The assessment of the future track and intensity changes of TCs is based on the projected large-scale environment in the21 st century from a selection of nine CMIP5 climate models under the Representative Concentration Pathway 4.5(RCP4.5)scenario. Due to changes in mean steering flows, the influence of TCs over the South China Sea area is projected to decrease,with an increasing number of TCs taking a northwestward track. Changes in prevailing tracks and their contribution to basin-wide intensity change show considerable inter-model variability. The influences of changes in prevailing track make a marked contribution to TC intensity change in some models, tending to counteract the effect of SST warming. This study suggests that attention should be paid to the simulated large-scale environment when assessing the future changes in regional TC activity based on climate models. In addition, the change in prevailing tracks should be considered when assessing future TC intensity change.     

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。     

Intensified impact of northern tropical Atlantic SST on tropical cyclogenesis frequency over the western North Pacific after the late 1980s

Previous studies suggest that spring SST anomalies over the northern tropical Atlantic(NTA) affect the tropical cyclone(TC) activity over the western North Pacific(WNP) in the following summer and fall. The present study reveals that the connection between spring NTA SST and following summer–fall WNP TC genesis frequency is not stationary. The influence of spring NTA SST on following summer–fall WNP TC genesis frequency is weak and insignificant before, but strong and significant after, the late 1980 s. Before the late 1980 s, the NTA SST anomaly-induced SST anomalies in the tropical central Pacific are weak, and the response of atmospheric circulation over the WNP is not strong. As a result, the connection between spring NTA SST and following summer–fall WNP TC genesis frequency is insignificant in the former period. In contrast,after the late 1980 s, NTA SST anomalies induce pronounced tropical central Pacific SST anomalies through an Atlantic–Pacific teleconnection. Tropical central Pacific SST anomalies further induce favorable conditions for WNP TC genesis,including vertical motion, mid-level relative humidity, and vertical zonal wind shear. Hence, the connection between NTA SST and WNP TC genesis frequency is significant in the recent period. Further analysis shows that the interdecadal change in the connection between spring NTA SST and following summer–fall WNP TC genesis frequency may be related to the climatological SST change over the NTA region.     

Projection of the Future Changes in Tropical Cyclone Activity Affecting East Asia over the Western North Pacific Based on Multi-RegCM4 Simulations

Future changes in tropical cyclone(TC)activity over the western North Pacific(WNP)under the representative concentration pathway RCP4.5 are investigated based on a set of 21 st century climate change simulations over East Asia with the regional climate model RegCM4 driven by five global models.The RegCM4 reproduces the major features of the observed TC activity over the region in the present-day period of 1986-2005,although with the underestimation of the number of TC genesis and intensity.A low number of TCs making landfall over China is also simulated.By the end of the 21st century(2079-98),the annual mean frequency of TC genesis and occurrence is projected to increase over the WNP by16%and 10%,respectively.The increase in frequency of TC occurrence is in good agreement among the simulations,with the largest increase over the ocean surrounding Taiwan Island and to the south of Japan.The TCs tend to be stronger in the future compared to the present-day period of 1986-2005,with a large increase in the frequency of strong TCs.In addition,more TCs landings are projected over most of the China coast,with an increase of~18%over the whole Chinese territory.     

Tropical cyclone genesis potential index over the western North Pacific simulated by CMIP5 models

Tropical cyclone(TC) genesis over the western North Pacific(WNP) is analyzed using 23 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) models and reanalysis datasets. The models are evaluated according to TC genesis potential index(GPI). The spatial and temporal variations of the GPI are first calculated using three atmospheric reanalysis datasets(ERA-Interim, NCEP/NCAR Reanalysis-1, and NCEP/DOE Reanalysis-2). Spatial distributions of July–October-mean TC frequency based on the GPI from ERA-interim are more consistent with observed ones derived from IBTr ACS global TC data. So, the ERA-interim reanalysis dataset is used to examine the CMIP5 models in terms of reproducing GPI during the period 1982–2005. Although most models possess deficiencies in reproducing the spatial distribution of the GPI, their multimodel ensemble(MME) mean shows a reasonable climatological GPI pattern characterized by a high GPI zone along 20?N in the WNP. There was an upward trend of TC genesis frequency during 1982 to 1998, followed by a downward trend. Both MME results and reanalysis data can represent a robust increasing trend during 1982–1998, but the models cannot simulate the downward trend after 2000. Analysis based on future projection experiments shows that the GPI exhibits no significant change in the first half of the 21 st century, and then starts to decrease at the end of the 21 st century under the representative concentration pathway(RCP) 2.6 scenario. Under the RCP8.5 scenario, the GPI shows an increasing trend in the vicinity of20?N, indicating more TCs could possibly be expected over the WNP under future global warming.     

A mechanism of interdecadal variability of tropical cyclone activity over the western North Pacific

Tropical cyclone (TC) activity in the western North Pacific (WNP) has changed interdecadally with an approximately 20-year period between 1951 and 1999. The cause and mechanism of interdecadal variability of TC frequency in the WNP is investigated using NCEP/NCAR reanalysis and the result obtained from a high-resolution coupled general circulation model (CGCM). The interdecadal variability of TC activity in the WNP correlates with long-term variations in sea surface temperatures (SSTs) in the tropical central Pacific and with those of westerly wind anomalies associated with the monsoon trough that appears over the tropical WNP during the typhoon season of July to October. The westerly wind anomalies at near 10°N show positive feedback with the SST anomalies in the central Pacific. Therefore, the interdecadal variability of TC frequency is related to long-term variations in atmosphere–ocean coupling phenomena in the tropical North Pacific. A 50-year long-run simulation using the high-resolution CGCM showed the robustness of interdecadal variability of TC frequency.     

21世纪重庆中雨以上天数的预估分析

利用用于IPCC-AR4的全球气候模式产品,验证其对重庆地区极端降水指数中雨以上天数(dR10)模拟能力的基础上,对模拟能力较好的模式进行组合,预估高(A2)、中(A1B)、低(B1)三种排放情景下未来21世纪重庆地区dR10的变化。不同排放情景下未来重庆dR10的变化不太一致。与目前气候(1980—1999年)相比,不同情景下未来21世纪重庆地区dR10在多数时期将可能减少。21世纪的后90a(2011—2100年),A2情景下重庆dR10减少最多,平均减少1.3d;3种情景平均将减少0.5d。21世纪初期(2011—2040年)、中期(2041—2070年)和后期(2071—2100年),A2情景下重庆dR10减少都最多,分别平均减少1.6d、1.6d和0.7d;3种情景平均分别减少0.8d、0.6d和0.1d。