热带波动及其与台风形成的关系

热带地区,除台风外,经常发生许多热带扰动,热带波动是其中之一。过去,热带波动主要指的是东风波。近十年来,对热带波动概念有了一些改变,认为除东风波外,还包括所有在热带地区形成的波动。热带波动可能有六种来源:(1)东风波;(2)赤道波;(3)对流层上部冷涡势力向下伸展,在低空东风气流中诱生的波动;(4)由中纬度延伸或切断在低纬地区的低槽转变成的波动;(5)赤道附近东风区中风速辐合区;(6)热带低层涡旋向北伸出的倒槽。虽然热带波动包括的范围很广,但主要的是前三种。     

夏季南海区域赤道西风与热带扰动的相互作用

本文分析了1973—1984年6—9月南海地区赤道西风与热带扰动的活动情况,结果表明,赤道西风对热带扰动的发生发展有一定的贡献,而热带扰动的发展又反过来使其南侧的赤道西风进一步增强,赤道西风的增强往往导致热带扰动移向的改变。这种相互作用过程,存在着能量的输送。本文参照水平运动方程和涡度方程,推导得赤道西风变化率方程,说明局地赤道西风变化主要取决于总能量和涡动的输送。分析还发现,赤道西风变化率与赤道西风值有超前相关关系,借此可估计赤道西风和热带扰动的演变趋势。      

Propagation and influence on tropical precipitation of intraseasonal variation over mid-latitude East Asia in boreal winter

本文研究冬季东亚中纬度地区9–29天季节内变化的传播特征和其对热带降水的影响。分析发现风场的季节内信号既可以向东传播,也可以向南传播。向东传播时,风场的季节内信号主要限于中纬度地区,表现为气旋和反气旋的向东移动。向南传播时,源于中纬度的经向风扰动可以深入到低纬度地区,甚至到达赤道附近。伴随的辐合辐散引起赤道附近地区降水异常,形成南海南部和中国东部-日本之间一个南北向偶极型降水异常。一个异常经向翻转环流在连接热带和中纬度季节内风场和降水变化中起着重要作用。     

扰动动能的气候特征及其与平均风场的关系

本文应用美国NMC全球客观分析格点资料分析了全球扰动动能(PKE)的气候特征,结果表明,纬向平均的PKE分布与纬向平均的u风分量分布有密切的关系。PKE的最大值与西风的最大值相对应,而最小值则与东风的最大值相对应。PKE随经度也有明显的变化。在中纬度,PKE的高值区位于西风急流中心或其下游,而PKE的低值区则位于急流中心的上游。在热带,PKE的高值区位于西风区或弱东风区,PKE的低值区则位于强东风带。中纬度地区,对流层上层PKE随经度的变化与对流层下层是同位相的。而在热带地区,上下层PKE随经度的变化则是反位相的。 本文还对PKE的产生机制进行了探讨。指出中纬度PKE主要与斜压扰动相联系,而热带地区PKE的来源则与中纬度波动向热带的传播及热带内部波动的纬向传播有关。      

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1) 大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2) 西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的“走廊”;(3) 能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4) 赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5) 经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。     

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展北大核心CSCD

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1)大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2)西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的"走廊";(3)能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4)赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5)经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。     

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。     

南半球环流异常对夏季西太平洋热带气旋生成的影响及其机理

利用中国气象局提供的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射(OLR)等资料, 研究了西太平洋(125°E～150°E)夏季热带气旋生成频数多寡的可能机理, 讨论了南北半球环流系统共同作用的物理过程及其对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ), 进而对热带气旋频数的影响, 并重点探论了从澳大利亚东侧位势高度异常到北半球西太平洋热带气旋频数响应的可能物理过程。研究发现: 澳大利亚东侧的环流异常和西太平洋热带气旋活动频数密切相关。南半球的澳大利亚东侧环流异常可能不完全是通过越赤道气流, 而主要是通过Rossby波的传播造成的南北半球遥相关作用, 影响北半球环流系统的, 进而影响菲律宾以东赤道辐合带对流活动的强弱, 导致西太平洋热带气旋生成频数的多寡差异。当澳大利亚东侧的位势高度为正距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现正距平。即西太平洋副高偏强, 且偏南西伸, 抑制热带辐合带的对流活动发展, 使菲律宾以东的对流活动偏弱, 从而使热带气旋生成频数偏少。而当澳大利亚东侧的位势高度为负距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现负距平。也即西太平洋副高偏弱, 且位置偏北。菲律宾以东地区对流活动偏强, 热带气旋生成频数偏多。另外, 西太平洋 (125°E～150°E) 以西的上游赤道西风也对热带气旋频数也有重要影响。具体表现为, 当90°E附近的越赤道气流强时, (5°N～15°N, 125°E～150°E)范围内的西风也随之加强, 从而使菲律宾以东对流活动加强, 西太平洋热带气旋频数增高。反之, 当该支越赤道气流弱时, 上游赤道西风随之偏弱, 从而造成菲律宾以东对流活动偏弱, 西太平洋热带气旋生成偏少。     

热带大气季节内振荡与对西北太平洋台风生成数的影响研究

用典型年合成方法分析研究了1979—2006年西北太平洋多台风年和少台风年热带大气ISO的影响。结果表明,热带大气ISO对西北太平洋台风的生成具有明显的调节作用。多台风年,菲律宾以西地区大气季节内振荡较弱,东传不明显;菲律宾以东地区积云对流较强,热带大气30～60 d低频振荡也偏强,与台风生成相关的传播特征为源自赤道140～160°E附近季节内振荡的西北方向传播。这种异常的30～60 d低频振荡对周围大气环流有正反馈的作用,从而导致积云对流的进一步加强,这种强的积云对流会引起赤道西风异常,产生异常Walker环流,在菲律宾附近形成风场的低层辐合、高层辐散,增强那里的上升气流,有利于台风生成。少台风年,菲律宾以西地区低频活动较强,东传明显,菲律宾以东的低频活动较弱。这种西强东弱的低频活动形式,使得大气低层在菲律宾以西地区为低频东风异常,菲律宾以东地区为低频西风异常,导致在菲律宾以东的西北太平洋大气产生低层低频风辐散、高层辐合的形势,增强下沉运动,不利于台风的生成。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

1991年夏东亚阻塞高压形成的诊断分析

文中将１９９１年夏季在东亚地区发生的阻塞高压分为发展期,旺盛期及衰亡期等３个阶段进行了细致的诊断分析。发现在东亚阻塞高压的第一、二阶段其上游有明显的波活动通量与２～６ｄ尺度的Ｅ矢量通量传播。即定常罗斯贝波的传播与天气尺度扰动的共同作用有利于东亚阻塞高压的维持。第一阶段西风气流的分支处有比第二阶段更为明显的南北向分布的涡动位势涡度的辐散辐合偶极子说明了天气尺度扰动给阻塞高压的发展提供了很重要的能源,显然天气尺度扰动在阻塞高压的发展阶段起着比旺盛阶段更为显著的作用。本文还注意到乌拉尔阻塞高压的崩溃与东亚阻塞高压形成的某些联系。     

西太平洋及南海地区一次热带辐合带环流和结构的初步分析

本文对1974年8月上半月西太平洋及南海地区一次强热带辐合带的环流特征作了分析,给出这次热带辐合带的平均结构和天气分布。发现在热带辐合带上空,200毫巴对应有一个弱的孤立反气旋;除了热带辐合带及它北部副高之间有一个垂直经圈环流外,和它南部赤道缓冲带之间还有一个经圈环流,其下沉运动位于赤道缓冲带北侧;在热带辐合带涡旋的南部存在低层强西南气流,主要云区和降水区发生在这支气流的西北侧。本文并对主要云区和降水区为什么集中于热带辐合带南侧和热带辐合带上热带扰动的发展问题作了一些物理解释。     

北半球定常波输送西风动量的气候态及其年变化

利用高分辨率的再分析资料ERA40，分析了纬向平均状态下北半球不同尺度的定常波对西风动量沿经向输送的气候态及其年变化。结果表明，对流层中定常波对西风动量输送最强的区域位于中纬度对流层的中上层，定常波在该区域长年向北输送纬向动量，且输送中心随季节有南北移动和强弱变化。此外，在高纬度地区的对流层中上层以及赤道对流层顶附近还有两个相对较弱的输送中心。前者对西风动量的输送长年向南，其垂直范围从对流层低层一直伸展到平流层下层，中心位置相对固定，强度有明显的季节变化。后者位置也相对固定，但输送方向随季节改变。平流层中定常波对西风动量的输送主要位于中高纬度的平流层中上层，定常波在该区域长年向北输送西风动量，中心位置非常稳定，而强度则随季节变化明显。行星尺度定常波的输送作用与总波动的输送作用非常一致，并在很大程度上决定了波动对动量输送强度的季节变化。天气尺度定常波和10波以上的短波的输送作用主要集中在中纬度对流层的中高层。前者与行星尺度定常波共同决定了该区域内的输送强度，并主导了输送中心的南北移动；后者的作用很小，除夏季外均可以忽略。作者给出的不同尺度定常波对西风动量输送的气候态分布不但可以作为日后研究其年际变化的基础，而且还可以为大气环流模式对大气环流模拟能力的评估提供重要的参考。     

夏季南半球越赤道气流与东南亚地区产生多台风的关系

本文运用1978年夏季850百帕天气图资料,分析南半球越赤道气流的通道、强度以及与北半球热带辐合带中产生多台风的关系。分析表明,东南亚地区存在三个明显的越赤道气流通道。其中105°E处气流出现有季节性变化,125°E,145°E处为准定常通道。三个通道略呈等距分布。当越赤道气流强度达到一定数值后,北半球热带辐合带中容易产生多台风,这给多台风发生的时、空预报提供了一定的客观依据。     

印度洋海温年际异常与热带夏季季节内振荡的关系及其数值模拟研究

利用观测分析资料和SINTEX-F海气耦合长时间(70年)数值模拟结果,分析了印度洋海温年际异常与热带夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态之间关系及其物理过程。结果表明,印度洋海温年际异常与热带BSISO关系密切,当印度洋为正(负)偶极子情况,中东印度洋北传BSISO减弱(加强);当印度洋为正(负)海盆异常(BWA)情况,印度洋西太平洋赤道地区(40°E -180°)东传BSISO加强(减弱)。印度洋海温年际变化通过大气环流背景场和BSISO结构影响热带BSISO不同传播模态强度的年际变化。在负(正)偶极子年夏季,由于对流层大气垂直东风切变加强(减弱),对流扰动北侧的正压涡度、边界层水汽辐合加强更明显(不明显),导致形成BSISO较强(弱)的经向不对称结构,因此北传BSISO偏强(减弱)。印度洋BWA模态通过影响赤道西风背景以及海气界面热力交换,导致赤道东传BSISO强度产生变化。在正BWA年夏季,赤道地区西风较明显,当季节内振荡叠加在这种西风背景下,扰动中心的东侧(西侧)风速减弱(加强)更明显,海面蒸发及蒸发潜热减弱(加强)更明显,导致扰动中心的东侧(西侧)海温升高(降低)幅度更大,从而使边界层产生辐合(辐散)更强、水汽更多(少),因此赤道东传BSISO偏强;而在负BWA年,赤道地区西风背景减弱,以上物理过程受削弱使赤道东传BSISO偏弱。     

切变东风基流和非绝热加热对热带扰动的作用

文中用斜压模式讨论了东风水平切变基流和非绝热加热对热带扰动的影响,指出:基本气流的切变有使西传波动加速,东传波动减速的倾向;切变会造成赤道Rossby波的不稳定发展;加热激发的赤道强迫波可以是垂直传播波.      

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

台风“榴莲”陆上维持及暴雨增幅的大尺度环流特征

利用"CMA-STI热带气旋最佳路径集"、NCEP/NCAR再分析资料及地面加密观测资料,分析了2001年0103号台风"榴莲"陆上维持及暴雨增幅的大尺度环流特征。结果表明,"榴莲"登陆后正好位于低压带中,中纬度西风槽加强南伸,构成典型的"北槽南涡",阻碍西太平洋副热带高压西伸,使得"榴莲"陆上长时间维持。西风槽后的西北气流将中纬度冷空气输送至低纬,在"榴莲"环流北部外围与东南风暖湿气流汇合,有利于强降水发生。此外,索马里和100°E越赤道气流增强显著,加强西南季风,从阿拉伯海东部,经孟加拉湾和中南半岛中南部,直至南海北部到广西大部形成一条完整的水汽输送带,充沛的水汽直达"榴莲"东北侧,有利于该时段暴雨增幅。低纬夏季风10～20天低频振荡处于极端活跃位相时,低纬低频西风偏北及低频水汽向北输送至广西南部,有利于低层辐合并提供充足水汽,对"榴莲"暴雨增幅有重要作用。     

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200,500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料,探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后,西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）;赤道西风向北扩展,赤道强对流向北推移,热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强）,西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北）,夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。     

热带气旋的登陆及其与中纬度环流系统相互作用的研究

热带气旋的主要灾害往往在登陆前后造成，登陆问题是当今热带气旋 研究的重点。热带气旋与中纬度环流系统相互作用，不仅影响热带气旋的结构和强度变化， 也对中纬度地区天气产生重大影响。西风槽强度的变化可使热带气旋的降水突然 增幅３０％。环境场的急剧调整常引起热带气旋运动突变，在弱环境场中，热带气旋的异常运 动与非对称结构关系紧密。中纬度系统对热带气旋的非对称结构有重要影响。另一方面，热 带气旋向极移动过程中携带了大量可供中纬度地区降水的水汽，在气旋性切变的环境场中， 热带气旋还向环境场输送能量，并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾 害性天气。热带气旋有时也会截断低纬向中纬度的水汽输送及中纬度波动的能量频散，９５％ 左右的南海热带气旋对梅雨有显著影响，其中约８６％的热带气旋会导致梅雨减弱中断甚至结 束。