大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究进展

近30年来，大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究已逐渐成为人们关注的焦点，并取得了显著的进展。就大气季节内振荡对热带气旋生成、路径及登陆的影响进行概述，并揭示了这种影响的主要机制。同时回顾了与季节内振荡密切相关的季风槽活动对热带气旋的影响。在此基础上简单讨论了该领域中存在的问题及未来研究前景，并提出当前该研究领域中一些亟需研究的科学问题。     

热带大气季节内振荡的一个数值模拟研究

文中分析了中国科学院大气物理研究所全球气候谱模式ALGCM (R4 2L9) 12a(1978～ 1989年 )积分的逐日输出结果 ,并与 1978～ 1989年的逐日NCEP资料对照 ,以此对热带季节内振荡 (30～ 6 0d振荡 )进行数值模拟研究。分析表明 ,该模式在热带地区可以模拟出明显的季节内振荡 (ISO)的准周期信号 ,并抓住了热带ISO的基本传播特征 ,能较好地再现东、西半球传播速度的差异 ,同时模式模拟存在东传要好于西传 ,冬、春季的模拟要好于夏、秋季的现象。该模式模拟的热带ISO的强度较许多大气模式明显提高 ,尤其是对 2 0 0hPa上ISO动能强度的模拟。模式基本模拟出了ISO低层辐合、高层辐散的水平风场特征。模式较好地再现了热带ISO纬向风的垂直结构。此外 ,观测资料表明热带ISO在冬、春强 ,而夏、秋弱的季节性倾向与ISO的年际变化相联系 ,模拟的ISO在季节性倾向偏差上表现为冬、夏相对强 ,而春、秋相对弱。垂直速度、散度、水汽等物理量的配置同NCEP资料的结构特征仍有明显差异 ,模拟的ISO空间分布也不太理想 ,表明要很好模拟ISO结构和空间分布特征 ,还须做不少工作。     

热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用

利用澳大利亚气象局的RMM-MJO (Real-time Multivariate MJO) 指数, 分析研究了热带大气季节内振荡 (简称MJO) 对西北太平洋台风的调制作用及其机理, 结果表明MJO活动对西北太平洋台风的生成有比较明显调制作用。在MJO活跃期, 对流中心位于赤道东印度洋 (即MJO第2、3位相) 和对流中心越过海洋性大陆来到西太平洋地区 (即MJO 第5、6位相) 时台风生成的个数比例为2∶1。本文对西太平洋地区的大气环流场进行了多种气象要素的合成分析, 在MJO的不同位相, 西太平洋地区的动力因子分布形势有很明显不同。在第2、3位相, 各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势; 而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展, 为台风生成和发展创造了有利条件的大尺度环流动力场。这说明MJO 在不断东移的过程中, 将改变大气环流形势, 最终影响了台风的生成和发展。接着, 我们从积云对流这个联系台风和MJO的重要因子出发, 研究了不同MJO位相时凝结加热的水平和垂直分布, 以及与台风环流、 水汽通量的配置情况。结果表明在MJO不同位相, 热源分布明显不同, 而这种水平和垂直方向的不同分布特征必然反映潜热释放和有效位能向有效动能转换的差异, 再与水汽的辐合辐散相配合, 就从台风获得的能量角度揭示了大气MJO调节台风的生成和发展, 造成不同位相时台风生成有根本差别的原因。     

热带大气季节内振荡与西北太平洋热带气旋活动的季节预测:统计事实研究

应用NOAA气候预测中心提供的热带大气季节内振荡(MJO)客观业务指数及中国气象局上海台风研究所提供的西北太平洋热带气旋(TC)最佳路径资料集,定量统计榆验了MJO对夏季西北太平洋TC活动的调制作用.结果表明:MJO对TC的生成、强度、路径和登陆活动都有显著的调节作用.当高空辐合中心位于120°E～160°E(MJO位相3～5)时,西北太平洋TC生成偏少,且生成位置偏北;而当高空辐合中心位于10°W～70°E(MJO位相8～10)时,西北太平洋TC生成偏多,且生成位置偏南;随着TC强度加强,能达到显著调节作用的MJO位相逐渐减少,当高空辐合辐散中心位于70°E(MJO位相10)时,对TC强度调制最显著.在路径调节方面,MJO位相1～4和10时,TC活跃于菲律宾以东的西北太平洋上,主要路径为西北偏北行,可能登陆华东、华北;而位相5～8时,TC主要活跃在菲律宾附近及以西到南海,以偏西行路径为主,可能登陆华南.MJO对登陆华南TC也有显著影响.该定量统计检验结果可为TC活动季节内预测提供依据.     

大气季节内振荡对印度洋—西太平洋地区热带低压/气旋生成的影响

文中利用EOF分析大气季节内振荡 (MJO)的时空变化的方法 ,研究了 1996年 9月～ 1997年 6月间的MJO活动对生成在印度洋—西太平洋海域的热带低压 /气旋的影响。结果发现 ,除西北太平洋之外 ,发生在其他区域的热带低压 /气旋有半数以上生成在向东移动的MJO的湿位相中。伴随MJO的向东传播 ,热带低压 /气旋平均生成位置也随之向东移动 ,而生成在西北太平洋的热带低压 /气旋分别受到向东和向西传播的MJO影响     

强弱南海夏季风活动及大气季节内振荡

应用ＮＣＥＰ再分析资料和中国降水资料，分析研究了对应南海强、弱夏季风的环流形势及其与之相应的中国东部的降水异常。其结果表明，由强、弱夏季风所引起的中国气候异常是完全不同（甚至反相）的。分析大气季节内振荡（ＩＳＯ）的活动还表明，对应大气强（弱）南海夏季风，南海地区 ８５０ ｈＰａ也有强（弱）大气 ＩＳＯ；而强、弱南海夏季风环流（２００ ｈＰａ和 ８５０ ｈＰａ）主要由异常的大气ＩＳＯ所激发。本研究还揭示了南海地区大气ＩＳＯ的变化往往与江淮地区大气ＩＳＯ的变化反相，例如南海地区的强（弱）大气ＩＳＯ常与江淮流域的弱（强）大气ＩＳＯ相对应。对于大气ＩＳＯ的强度，一般多表现出局地激发特征，经向传播相对较弱。     

热带大气季节内振荡对西北太平洋地区热带气旋路径的影响

利用NOAA的逐日OLR场资料、ECMWF逐日风场(850 hPa)资料、以及美国联合台风预报中心(JTWC)的热带气旋(TC)数据,参考Wheeler和Hendon提出的MJO指数,通过Combined-EOF方法定义热带20～90 d振荡(ISO)的指数,对西北太平洋(WNP)区域进行ISO不同相位的划分,深入研究西北太平洋地区ISO对于热带气旋(TC)路径变化的影响。研究结果表明,在ISO东风位相中,在ISO反气旋性环流东北侧气流影响下,西太副高南侧偏东气流较弱,生成在副高中的TC在140 °E以东转折的比率较大;而在西风位相,副高南侧偏东气流受ISO气旋性环流影响加强,生成在该区域的TC在偏东气流引导下首先向西,当西北移动至近海区域后,在西南季风气流以及副高西侧偏东南气流的共同作用下,容易发生顺时针的北折,因而在140 °E以西转折类的TC比率较高。还分析了台风个例中的ISO流场形势,发现当ISO气旋(反气旋)性环流中心与热带气旋中心重合时,热带气旋路径会发生突然的右折。      

热带季节内振荡研究新进展

季节内振荡既是热带大气活动的强信号，也是热带海洋中较为普遍的现象。本文叙述了热带大气和热带海洋季节内振荡研究的进展，包括热带大气季节内振荡的观测研究、机制研究以及热带海洋季节内振荡方面的研究；讨论了海气相互作用、不同尺度间相互作用对季节内振荡的影响；在总结上述研究成果的基础上提出了热带季节内振荡研究进一步的发展方向。     

大气季节内振荡的数值模拟比较研究

用国内外两个较好的大气环流模式、在观测海表温度的强迫下进行了长时间(1978-1989年)的数值积分,然后对数值模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料进行比较分析,其结果清楚表明,模式模拟结果的均方根误差中有30%-40% 是来自于模拟的大气季节内振荡的均方根误差.尤其是,大气季节内振荡模拟的均方根误差的分布形势与总的均方根误差的分布形势几乎完全一致.对热带地区大气季节内振荡动能的模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料的比较分析表明,其差异也十分明显,说明模式对热带大气季节内振荡的模拟能力也还比较差.因此可以认为,大气季节内振荡在天气气候模拟中极为重要,而如何在数值模式中模拟好大气季节内振荡还需要进行很好地研究.     

ITCZ的季节内振荡及其与热带气旋发生阶段性的关系

利用中国气象局提供的热带气旋资料和NCEP/NCAR再分析等资料, 研究了热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ)上对流强度的季节内振荡特征及其与热带气旋生成频数阶段性变化的关系, 并进一步研究了它与越赤道气流、 赤道西风和ITCZ北侧偏东风季节内振荡的关系。研究发现: (1) ITCZ对流强度的变化有明显的30～60 d振荡, 西太平洋 (5°N～20°N, 120°E～150°E) 范围内的热带气旋约有2/3发生在30～60 d振荡的活跃位相。(2) ITCZ季节内振荡在热带地区表现为向东传播的特征, 而在副热带地区 (25°N～35°N) 表现出清晰的西传特征。在ITCZ季节内振荡较强年, 振荡在由赤道传播至15°N左右时, 与北面向南传播的振荡在该纬度附近汇合, 对流强度增强, 使热带气旋在此期间频繁发生。而在弱年, 振荡由赤道一直向北传播至30°N附近, 15°N附近的ITCZ对流较弱, 热带气旋生成偏少。(3) 赤道西风、105°E～110°E越赤道气流和ITCZ北侧的偏东风气流本身也存在30～60 d振荡。这三支气流的30～60 d振荡与ITCZ的季节内强弱变化密切相关。然而, 相比之下偏东风气流的30～60 d振荡和ITCZ对流强弱的30～60 d振荡对应关系略差。     

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R42L9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内（30～60天）振荡（ISO）的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明：热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场（纬向风）上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明：热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。     

大气季节内振荡对夏季西北太平洋热带气旋群发性的影响

利用中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋最佳路径资料、 向外射出长波辐射 (OLR) 和NCEP/NCAR再分析风场资料, 研究了1991年夏季西北太平洋热带气旋的群发性特征及其与大气季节内振荡的关系。结果表明, 1991年6～9月西北太平洋地区的对流活动存在20～60天的准周期振荡, 该区域的热带气旋活动也具有这种频率的季节内变化, 即热带气旋的活动具有明显的群发性和周期性。进一步分析表明, 热带气旋易集中出现在大气季节内振荡的湿位相, 这是因为湿位相期间大气低层维持的较大尺度的低频气旋性环流为天气尺度的热带气旋的生成提供了有利的背景环流场。低频气旋中心东南侧的不稳定低空西风急流容易激发出一些小扰动, 低空的低频正涡度异常又有利于这些初始小扰动的增长, 同时, 热带气旋发生势 (genesis potential) 表现为正距平, 说明热带气旋发生发展的垂直风切变条件容易满足, 因而导致热带气旋的相继群发。     

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958-1977年和1980-1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化.研究表明: 近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1-3波,ISO的频率有加大的趋势.还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析.发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估.但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征.     

南海和南亚大气季节内振荡月异常对夏季风活动及中国东部夏季降水的影响

利用ECMWF逐日再分析资料(1961—2000年),中国气象局国家气候中心提供的1961—2000年中国160个站降水资料,探讨了夏季逐月南海和南亚ISO的强弱对南海和南亚夏季风及中国东部降水的影响。研究表明,夏季各月南海和南亚ISO异常对夏季风活动及中国东部降水的影响存在显著的差异,有分月进行讨论的必要。夏季各个月南海大气ISO的异常对南海和南亚夏季风活动的影响在6、7月有些相似,都表现为ISO强(弱)与南海地区和南亚地区气旋性(反气旋性)环流相对应,而8月截然相反,ISO强(弱)与仍南海地区气旋性(反气旋性)环流对应,而南亚地区表现为反气旋性(气旋性)环流。南亚大气ISO异常对夏季风活动的影响与南海地区有较大差异,6月和8月南亚大气ISO强(弱)与南亚地区气旋性(反气旋性)环流对应,而7月ISO的强(弱)对应于南亚地区反气旋性(气旋性)环流。6月南亚大气ISO强(弱)对应于南海地区气旋性(反气旋性)环流,而7、8月无论是南亚大气ISO强年还是弱年,南海地区都表现为反气旋性异常环流。从降水来看,夏季6、7月南海大气ISO偏强(弱)年,长江以南大部分为正(负)距平而江淮流域降水基本上为负(正)距平。而8月南海大气ISO强弱年,长江以南与江淮流域这种反相的降水特征并不明显。7月南亚大气ISO强(弱)年,长江以南降水大部分为负(正)距平而江淮流域为正(负)距平,而6月和8月南亚大气ISO的强弱对中国东部降水的影响并不如7月表现明显。     

东亚高空纬向风的季节内振荡对登陆中国大陆热带气旋活动的影响

使用1979—2015年欧洲长期天气预报中心所提供的ERA-Interim再分析资料和中国气象局上海台风研究所整编的西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料,分析了7—8月东亚高空纬向风的季节内振荡（ISO）信号特征及其与登陆中国大陆热带气旋（TC）的关系。结果表明:（1）200 hPa纬向风在副热带、中纬度地区季节内振荡显著,尤其是在纬向西风带中,有两个南北分布的大值中心,方差贡献均超过50%。（2）基于东亚高空纬向风的ISO和EOF典型空间模定义的西风指数(EAWI),可以用来描述东亚高空纬向西风在ISO尺度上的经向移动。（3）在西风指数的ISO负位相期间,登陆中国东南沿岸22 °N以北的TC增多;反之减少。在西风急流出口南侧的副热带区域,200 hPa ISO纬向风向北移动,使纬向西风位置偏北,出现东风异常,从而使西风减弱;TC引导气流为向西的异常,有利于TC登陆中国大陆偏北沿岸;同时有异常的ISO纬向异常东风切变,有利于TC登陆过程的维持。（4）在西风指数的ISO负位相期间,在对流层高层西风急流出口区向南输送的天气尺度的E矢量,在TC登陆地区,出现异常扰动涡度通量的辐合,引起了该区域的西风减弱。      

孟加拉湾西南季风与南海热带季风季节内振荡特征的比较

采用美国国家环境预报中心的向外长波辐射和风场资料及日本气象厅的降水资料,用30-60d滤波后的夏季风指数在孟加拉湾和南海的区域平均值分别代表孟加拉湾西南季风和南海热带季风季节内振荡,对两支季风的季节内振荡特征进行比较分析,发现孟加拉湾西南季风的季节内振荡和南海热带季风的季节内振荡在夏季风期间(5-10月)都有约3次半的波动.夏季风期间,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,夏季风的季节内振荡有4次从阿拉伯海的东传和3次从西太平洋的西传,其中7月后东传可直达西太平洋.孟加拉湾和南海在夏季风期间都有4次季节内振荡的经向传播,但孟加拉湾在约15°N以南为季节内振荡从热带东印度洋的北传,在约15°N以北则为副热带季风季节内振荡的南传;而在南海则是4次季节内振荡从热带的北传.在以孟加拉湾西南季风季节内振荡和南海热带季风季节内振荡分别划分的6个位相中,都存在1-3位相和4-6位相中低频对流、环流形势相反的特征,这是由热带东印度洋季节内振荡的东传和北传所致.热带印度洋季节内振荡沿西南-东北向经过约14d传到孟加拉湾,激发了孟加拉湾西南季风季节内振荡的东传,经过约6d到达南海,激发了南海热带季风季节内振荡的北传,经过约25d到达华南,形成热带印度洋季节内振荡向华南的经纬向接力传播(45d).孟加拉湾西南季风季节内振荡所影响的降水主要是在20°N以南的热带雨带随低频对流的东移而东移;而南海热带季风季节内振荡所影响的降水除了这种热带雨带随低频对流的东移外,还有在20°N以北的东亚副热带地区存在雨带随南海低频对流的北移而北移.     

我国南方夏季低频降水与热带大气季节内振荡传播的关系研究

为综合考察我国南方夏季低频降水与热带大气季节内振荡（ISO）传播的关系,利用1981—2011年再分析资料系统性地研究了我国南方夏季五类大尺度低频雨型分别对应的前期和同期热带ISO信号的传播特征。结果表明,我国南方夏季各类低频降水型与热带ISO信号的经向传播关系极为密切。热带湿ISO信号主要来源于我国东南方向的热带海洋,并大体向西北方向传播,最终对我国南方各地区低频降水事件产生影响。其中,东南型低频降水前期湿ISO信号自赤道中太平洋地区向西北方向传播,到达我国东南沿海;长江型和江南型低频降水前期湿ISO信号均产生于南海北部,北传至长江地区后西传,并表现出湿ISO信号低纬度北传与中纬度南传相互配合影响降水的特征;华南型低频降水前期湿ISO信号产生于菲律宾群岛附近,西北向传播特征明显,并以北传为主;同时也发现,对于南方少雨型,总体而言我国南方为干ISO位相控制且无明显传播特征相对应。研究结果可为开展我国南方地区夏季延伸期降水预报提供参考和依据。     

西北太平洋台风活动与大气季节内振荡

本文综合介绍了大气季节内振荡与西北太平洋台风活动关系的最新研究结果。主要内容是:大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2～3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5～6位相)时的比例也为2:1。在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有很明显不同。在第2～3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5～6位相则明显促进对流的发生发展。这说明MJO在不断东移的过程中,将影响和改变大气环流形势,最终影响台风的生成。对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平合成分析表明,在多台风年有两个低频动能的大值区,其中最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,此区域正好为季风槽所在的位置。而少台风年的情况与多台风年相反,从阿拉伯海东部经印度半岛、孟加拉湾一直到我国南海地区,都是低频动能的大值区,最大的低频动能中心位于印度半岛和我国南海南部;而菲律宾以东的西北太平洋是低频动能的负距平区,季风槽偏弱,对台风生成发展不利。200 hPa速度势场清楚表明,多台风年(少台风年)在菲律宾以东的西北太平洋上表现为高层辐散(辐合),增强(减弱)该地区的上升气流,有利于(不利于)台风的生成。大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径影响的研究表明,大气ISO)流场对台风路径预报有重要参考意义。其结果表明,台风生成时850 hPa低频气旋(LFC)的正涡度带(特别是最大正涡度线)走向往往预示着台风的未来走向;200 hPa的低频环流形势对台风的路径也有一定的指示作用,与200 hPa低频反气旋(LFAC)相联系的200 hPa强低频气流对台风起着引导气流的作用。