Future climate in the Pacific Northwest

Climate models used in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) on the whole reproduce the observed seasonal cycle and twentieth century warming trend of 0.8°C (1.5°F) in the Pacific Northwest, and point to much greater warming for the next century. These models project increases in annual temperature of, on average, 1.1°C (2.0°F) by the 2020s, 1.8°C (3.2°F) by the 2040s, and 3.0°C (5.3°F) by the 2080s, compared with the average from 1970 to 1999, averaged across all climate models. Rates of warming range from 0.1°C to 0.6°C (0.2°F to 1.0°F) per decade. Projected changes in annual precipitation, averaged over all models, are small (+1% to +2%), but some models project an enhanced seasonal cycle with changes toward wetter autumns and winters and drier summers. Changes in nearshore sea surface temperatures, though smaller than on land, are likely to substantially exceed interannual variability, but coastal upwelling changes little. Rates of twenty-first century sea level rise will depend on poorly known factors like ice sheet instability in Greenland and Antarctica, and could be as low as twentieth century values (20 cm, 8^″) or as large as 1.3 m (50^″).     

西北太平洋热带气旋气候变化的若干研究进展

热带气旋气候变化研究不仅是当前国际热带气旋气候界的热点科学问题,而且也是具有现实意义的社会问题,各国气象学者和科学家们对此进行了广泛的研究。虽然热带气旋活动与气候变化之间的关系及其相应的内在物理机制至今还处在探究之中,但是近20多年来热带气旋气候学的研究还是取得了显著的进展。本文主要针对濒临中国的西北太平洋海域,回顾了热带气旋活动季节内、年际、年代际变化及其全球变暖背景下的变化趋势的气候学研究。此外,文中也对西北太平洋热带气旋气候学的研究进行了展望,并提出了该领域中一些亟待解决的科学问题。     

西北太平洋热带气旋路径的历史模拟

基于IBTrACS提供的热带气旋最佳路径数据集,在统计分析历史热带气旋的发生年频次、发生位置、路径移动及强度变化等的基础上,建立了西北太平洋热带气旋轨迹合成模型。模型包括生成模型、移动模型、消亡模型及强度模型4个部分,并从地理轨迹密度、年登陆率、登陆风速分布三个方面,对模拟的气旋路径与历史气旋路径进行比较,以验证模型的准确性和可靠性。结果表明,构建的西北太平洋热带气旋全路径统计模拟模型稳健可靠,可进一步应用于研究区热带气旋的定量精细化的风险评估,能提高气旋风险灾害评估的可信度。     

2007年西北太平洋热带气旋活动综述

利用热带气旋年鉴、海温和大气环流再分析资料,分析2007年西北太平洋(包括南海)的风暴级以上热带气旋(简称TC)活动状况及海-气条件.结果表明,相对于气候平均值,2007年西北太平洋TC活动的季节峰期推后了约2个月,源地明显偏北,生成点纬度发生了2次明显跃变,年度TC的总体活动较弱,但个体的强度较强,路径以西北行为主,登陆比例偏大.影响上述TC活动特征的一个重要原因是年内ENSO循环的位相使得上半年的大气环流不利因素居多,而下半年大尺度上升运动、热带辐合带均较强,副高偏北、局地垂直风切变较小和对流层低层较强的扰动活动等条件,也十分有利热带气旋活动.     

Climatology of deep cyclones over Asia and the Northwest Pacific

Summary A frequency analysis of deep cyclones with central pressure less than or equal to 990 hPa over Asia and the Northwest Pacific in the period 1958–1989 is presented. The most active areas of deep cyclones are: 1) Western Siberia, east of the Ural Mountains; 2) Northeastern China, east of the Mongolia Plateau and, 3) South-west of the Kamchatka Peninsula. The first most active area is related to European cyclones (Schinke, 1993) and starts in the lee of the Ural Mountains; the second is related to cyclones in the lee of Altai-Sayan and the third to East Asian coastal cyclones. After zonal averaging, two frequency maxima of deep cyclones emerged, one between 62.5–67.5° N and the other between 47.5–52.55° N. This is different from the European and North Atlantic regions where only one maximum occurs. The seasonal frequency deep cyclones in Northeastern China reaches maximum in spring and summer while in western Siberia and the Northwest Pacific deep cyclones are more frequent in winter. The annual trend of deep cyclones over the Northwest Pacific shows an increase from the sixties to the eighties while deep cyclones over East Asia decreased during this period. In the 1980's, more deep cyclones occurred over the Northwest Pacific and less deep cyclones over main land Asia which may be associated with the northern hemisphere warming. The monthly number of oceanic deep cyclones in December and January appeared to be positively correlated with the August and September sea surface temperatures over the East Pacific (El Nino regions 1 + 2).With 7 Figures     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979—2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明：西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986—1999年为少雨期,2000—2012年为多雨期。进一步分析表明：西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚—北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

西北太平洋热带气旋生成客观预测模型

该文提出一种西北太平洋热带气旋年生成活动的客观预测模型。研究大尺度环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的作用,使用最小角回归算法对初始14个预测因子进行选择和降维,将资料集分为训练集（1979—2015年）和验证集（2016—2020年）,建立随机森林回归模型预测热带气旋年生成频次。分析环境因子对西北太平洋热带气旋生成位置的作用,使用逐步回归算法筛选影响显著的预测因子,建立局部泊松回归模型预测热带气旋生成空间位置的概率。结果表明：随机森林回归模型可以预测西北热带气旋频次的主要变化和趋势,揭示环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的影响。局部泊松回归模型对于气旋生成位置概率有一定预测能力。利用随机森林回归模型和局部泊松回归模型模拟1979—2020年西北太平洋热带气旋生成,结果与观测基本一致,可见模型可为热带气旋危险性分析提供参考。     

Impact of climate change on Pacific Northwest hydropower

The Pacific Northwest (PNW) hydropower resource, central to the region’s electricity supply, is vulnerable to the impacts of climate change. The Northwest Power and Conservation Council (NWPCC), an interstate compact agency, has conducted long term planning for the PNW electricity supply for its 2005 Power Plan. In formulating its power portfolio recommendation, the NWPCC explored uncertainty in variables that affect the availability and cost of electricity over the next 20 years. The NWPCC conducted an initial assessment of potential impacts of climate change on the hydropower system, but these results are not incorporated in the risk model upon which the 2005 Plan recommendations are based. To assist in bringing climate information into the planning process, we present an assessment of uncertainty in future PNW hydropower generation potential based on a comprehensive set of climate models and greenhouse gas emissions pathways. We find that the prognosis for PNW hydropower supply under climate change is worse than anticipated by the NWPCC’s assessment. Differences between the predictions of individual climate models are found to contribute more to overall uncertainty than do divergent emissions pathways. Uncertainty in predictions of precipitation change appears to be more important with respect to impact on PNW hydropower than uncertainty in predictions of temperature change. We also find that a simple regression model captures nearly all of the response of a sequence of complex numerical models to large scale changes in climate. This result offers the possibility of streamlining both top-down impact assessment and bottom-up adaptation planning for PNW water and energy resources.     

Observations of Freshening in the Northwest Pacific Subtropical Gyre near Luzon Strait

Argo observations reveal that the salinity in the North Pacific subtropical gyre near Luzon Strait gradually declined by 0.2 (practical salinity scale used) from 2003 to 2007 over a depth range of 100 m to 200 m. Such freshening is also found in the outputs of the Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO) model. The possible mechanisms for the freshening are investigated using the surface freshwater flux (E-P) data, the ECCO outputs and a salt budget equation for the upper ocean. Our analysis indicates that the magnitude of the salinity change caused by the surface freshwater flux anomaly is far smaller than observed, suggesting that the surface freshwater flux anomaly is not sufficient to account for the observed freshening. In fact, the salinity anomaly is closely linked to a pronounced freshening at the northeast corner of the study area from 2003 to 2007. The advection of salinity anomalies in the western North Pacific Ocean between 25°N and 35°N via a southwestward flow in the “C–shaped” region associated with the Kuroshio system is the main mechanism responsible for the observed freshening in the study area.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Les observations Argo révèlent que la salinité dans le gyre subtropical du Pacifique Nord près du détroit de Luçon a graduellement diminué de 0,2 (en utilisant l’échelle de salinité pratique) entre 2003 et 2007 dans un intervalle de profondeur de 100 à 200 m. Un adoucissement comparable s'observe aussi dans les sorties du modèle ECCO (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean). Nous examinons les mécanismes pouvant expliquer l'adoucissement au moyen des données de flux d'eau douce en surface (E–P), des sorties de l'ECCO et de l’équation du bilan du sel pour la couche supérieure de l'océan. Notre analyse indique que l'ampleur du changement de salinité causé par l'anomalie de flux d'eau douce en surface est beaucoup plus petite que ce qui est observé, ce qui suggère que l'anomalie de flux d'eau douce en surface ne suffit pas à expliquer l'adoucissement observé. En fait, l'anomalie de salinité est étroitement liée à un adoucissement prononcé dans le coin nord-est de la zone à l’étude de 2003 à 2007. L'advection des anomalies de salinité dans l'ouest du Pacifique Nord entre 25°N et 35°N par un écoulement vers le sud-ouest dans la région en forme de « C » associée au système du Kuroshio est le principal mécanisme responsable de l'adoucissement observé dans la zone à l’étude.     

西北太平洋热带气旋强度统计释用预报方法研究

为了提高西北太平洋地区热带气旋（TC）强度预报准确率,在气候持续预报方法基础上,考虑气候持续性因子、天气因子、卫星资料因子,以TC强度变化为预报对象,运用逐步回归统计方法,建立西北太平洋地区24、48、72小时TC强度预报方程。通过不同的分海区试验（远海区域、华东近海、华南近海）,证明回归结果较好。逐一分析选入因子发现：气候持续性因子在方程中相当重要;同时对远海区域和华东近海而言,海温影响也不容忽视,对华南近海而言,反映动力强迫作用的因素也较为重要。卫星资料的加入,对回归结果略有改进。用“刀切法”作独立样本检验,与气候持续法比较,预报误差明显减小。     

Impact of Northwest Pacific anticyclone on the Indian summer monsoon region

Influence of northwest (NW) Pacific anticyclone on the Indian summer monsoon (ISM), particularly over the head Bay of Bengal and monsoon trough region, is investigated. Strong NW Pacific anticyclone during summer induces negative precipitation anomalies over the head Bay of Bengal and Gangetic Plain region. Westward extension of moisture divergence and dry moisture transport from NW Pacific associated with anticyclone (ridge) and local Hadley cell-induced subsidence are responsible for these negative precipitation anomalies. The impact is maximum when the anticyclone and Indian Ocean basin warming co-occur. This contributes significantly to year-to-year variability of ISM.     

西北太平洋台风累积动能气候异常特征分析

应用美国联合台风警报中心(JTWC)提供的热带气旋数据、NCEP再分析资料和英国Hadly中心海表温度资料,分析了年台风累积动能(ACE)异常年气候特征及气候背景.结果表明:年台风累积动能有明显的年际和年代际变化;ACE异常年份由于季风槽东伸的经度、越赤道气流通道和强度以及副热带高压位置的显著差异,造成台风频数、强度和生命史的差异;当5-8月赤道中东太平洋海温为正距平、西南太平洋海温负距平时,通过异常沃克环流和局部哈得来环流的下沉支向西北太平洋输送跨赤道南风,导致该年西北太平洋ACE增多,反之该年ACE减少.     

西北太平洋热带气旋对东亚大气环流的影响

使用1960—2015年6—10月上海台风研究所(CMA-STI)整编的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料,借助相关性分析、典型相关分析、耦合场分离方法等统计学方法研究了热带气旋对东亚大气环流的影响。主要结论如下:热带气旋活动增强使得对流层高层温度增加,低层温度降低;对位势高度场的影响主要是使得位势高度降低,最大的影响区在500 hPa;分析东亚大气环流与热带气旋之间的耦合相互作用发现,大气环流和热带气旋相互反馈作用较强的区域往往也是热带气旋对大气环流独立影响较强的区域。两者相互耦合影响部分的解释方差(4%～7%)明显小于单方面由热带气旋引起的大气环流变化部分的解释方差(12%～18%)。     

西北太平洋强热带气旋活动的年代际变化

统计分析了１９５１～１９９５年西北太平洋强热带气旋①活动的气候特征和大气环流特征及其相互关系。结果表明,５０和６０年代是强热带气旋活动异常期,６０和７０年代是台风活动异常期。并指出台风与副热带高压、西风环流、青藏高原指数有很好的相关性     

CMIP5西北太平洋气候变率的模拟评估

利用观测海温资料和CMIP5模式模拟结果分析西北太平洋(120°E~120°W,20~60°N)海表温度的气候态和年代际变化特征。结果表明,所选22个模式可以较好地模拟出西北太平洋海表温度的气候特征及其年际、年代际变化特征;模式模拟的海表温度总体标准偏差在黑潮延伸体区域最大;绝大多数模式能模拟出海表温度的第一EOF模态;西北太平洋海表温度具有较明显的年代际振荡现象,13/22的模式模拟的海表温度存在明显的年代际振荡,同时海表温度气候态的模拟偏差对其周期振荡模拟的影响较大,尤其在黑潮延伸体区域。     

西北太平洋台风频数异常年的气候背景分析

利用中国气象局整编的热带气旋资料、NCEP再分析资料和Scripps海温资料,分析了台风季西北太平洋台风频数发生年代际和年际异常时的气候背景特征,并且比较分析了造成台风频数发生年代际和年际异常的影响因子的异同。结果表明:台风频数的年代际变化主要和副热带高压和赤道西太平洋的温跃层海温有非常显著的关系,而年际变化则与副高、季风槽、越赤道气流以及赤道中东太平洋的混合层海温都有着密切的联系。     

2012年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文对2012年西北太平洋热带气旋定位、路径和强度预报精度进行了评定,结果表明：2012年定位总平均误差23.4 km,与往年相当。国内各综合方法的路径预报平均误差分别为94.3 km（24 h）、168.2 km（48 h）和284.2 km（72 h）,中央气象台24 h路径预报准确率相对于2011年有了较大幅度的提高。全球模式的平均距离误差分别为96.8 km（24 h）、177.2 km（48 h）、283.6 km（72 h）、382.3 km（96 h）和583.6 km（120 h）,其中部分数值模式预报水平接近主观方法的平均预报水平,但是最优的主观预报具有相对所有数值预报的正技巧,表现出较强的数值预报应用能力。通过对比国际先进数值预报模式的误差表明,国内区域模式的路径预报能力与国外先进模式相比仍有较大差距。4个台风业务中心强度预报的平均绝对误差分别为4.11~4.63 m·s-1（24 h）、6.10~6.90 m·s-1（48 h）和6.84~8.71 m·s-1（72 h）。部分客观强度预报方法表现出一定的系统性偏差。各方法对“海葵”在象山县鹤浦镇的24 h登陆点预报较为成功,而对“苏拉”在台湾花莲的24 h登陆点预报较为失败。     

西北太平洋风场对台风路径的影响

本文着眼于西北太平洋对流层的风场,分析了西北太平洋环境流场对台风路径的影响。所研究的七类正常台风路径,副热带高压的反气旋环流是它们的直接影响系统。西风环流,尤其是中、高纬度高层西风的分布及其变化对于形成不同类型的台风路径亦起了很重要的作用。分析还发现,台风有沿着对流层深层暖区轴线,按照热成风方向移动的趋势。     

西北太平洋热带气旋闪电时空尺度和光辐射能

利用1998—2014年热带测雨(Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM)卫星上携带的闪电成像仪(lightning imaging sensor, LIS)数据, 建立西北太平洋热带气旋闪电数据集, 并研究该区域热带气旋闪电属性特征。结果表明: 热带气旋闪电各属性值均呈对数正态分布特征, 热带气旋极大值闪电更倾向于发生在海洋和热带低压强度等级。不同强度等级(热带低压、热带风暴、台风)的热带气旋闪电持续时间无明显差异, 但热带风暴强度等级的闪电空间尺度和光辐射能平均值均低于热带低压和台风。对于热带气旋的不同区域(内核、内雨带、外雨带), 内核闪电的持续时间最大、光辐射能最强, 且持续时间和光辐射能随着闪电与热带气旋中心距离的增加而逐渐减小, 外雨带达到最小值。在海陆差异方面, 热带气旋闪电在海洋上的空间尺度和光辐射能比陆地大, 而闪电持续时间无明显差异。与非热带气旋闪电相比, 热带气旋闪电的延展距离、通道面积和光辐射能均更小, 但闪电平均持续时间更长。     

2004年西北太平洋和南海地区的热带气旋活动规律

21世纪以来,前几年在西北太平洋和南海地区发生和发展的热带气旋均为20个左右。而2004年竞达30个,是近几年来该地区热带气旋出现最多的一年,且大多集中在西北太平洋地区,在南海产生和发展的热带气旋较少、强度也较弱,在华南登陆的热带气旋相对较少,从而造成了我国海南、广东、广西等地夏秋两季的严重干旱。该文从热带气旋的发源地、移动路径、活动特征等方面对2004年西北太平洋和南海地区的热带气旋进行了分析。