近58年西北太平洋热带气旋频数的气候变化特征

基于中国气象局整编的1949-2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了西北太平洋各种强度类型TC频数的气候变化和TC达到最强时的频数空间分布特征。结果表明：（1）近58a TC频数减少的趋势非常显著,频数上存在多种时间尺度的变化特征。（2）长周期振荡特征看,目前低频数的阶段即将结束,未来10年TC个数很可能是增加的趋势。（3）不同类别的TC分析表明,TD频数是明显减少的,而TS频数则是明显增加的;STS频数的减少并不显著,TY频数的减少则较为显著。（4）长周期振荡分析表明,短时间内仍处于TD频数较少时段,而TS频数则是处于增多的阶段;STS和TY频数未来若干年很可能转增多的趋势。（5）热带气旋在生命史中强度达到最强时的位置有向北漂移的趋势,这在频数空间分布的年代际变化上表现明显。     

近58年西北太平洋热带气旋频数的气候变化特征

基于中国气象局整编的1949~2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了西北太平洋各种强度类型TC频数的气候变化和TC达到最强时的频数空间分布特征。结果表明:(1)近58a TC频数减少的趋势非常显著,频数上存在多种时间尺度的变化特征。(2)长周期振荡特征看,目前低频数的阶段即将结束,未来10年TC个数很可能是增加的趋势。(3)不同类别的TC分析表明,TD频数是明显减少的,而TS频数则是明显增加的;STS频数的减少并不显著,TY频数的减少则较为显著。(4)长周期振荡分析表明,短时间内仍处于TD频数较少时段,而TS频数则是处于增多的阶段;STS和TY频数未来若干年很可能转增多的趋势。(5)热带气旋在生命史中强度达到最强时的位置有向北漂移的趋势,这在频数空间分布的年代际变化上表现明显。     

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。     

西北太平洋风速垂直切变异常对热带气旋活动年际变化的影响

应用中国《台风年鉴》资料、欧洲中心40年月平均再分析资料和NOAA的逐月海温资料,研究了西北太平洋(5°—30°N,110°E—180°)风速垂直切变异常对热带气旋(TC)活动年际变化的影响。研究发现,西北太平洋所有TC、风暴以上级别的TC(TSTY,即达到热带风暴级别及以上的所有TC)和所有台风(WTY,包括台风、强台风和超强台风)年频数与西北太平洋风速垂直切变都显著负相关。西北太平洋风速垂直切变大小对生成源地在南海(5°—30°N,110°—120°E)TC和西北太平洋西部海域(5°—30°N,120°—150°E)TC的影响较小,而对西北太平洋东部海域(5°—30°N,150°E—180°)生成的TC影响最大:即西北太平洋风速垂直切变负异常年,有利于西北太平洋东部海域TC生成发展,使得负异常年较正异常年TC频数偏多和源地平均位置偏东;并且风速垂直切变的变化对TC频数和生成源地影响的显著性,随着TC强度的增加而增加。对TSTY生成环境场的进一步分析表明,西北太平洋风速垂直切变偏小年,季风槽偏强位置偏东,它的东端位于宽阔的太平洋洋面,与弱风速垂直切变区相配合,暖的海温加上低层强烈的正涡度和强烈辐合,且相应的高层有强的气流辐散区,这些环境场都有利于TSTY在主要源地尤其是西北太平洋东部海域生成,这是风速垂直切变偏小年TSTY偏多和生成源地偏东的重要原因。     

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTwC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974～2004年5～10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析.结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大.环境风垂直切变在两北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏.     

利用人工神经网络模型预测西北太平洋热带气旋生成频数

通过对60年(1950~2009年)北半球夏、秋季(6~10月)热带气旋(TC)频数与春季(3~5月)大尺度环境变量的相关分析,挑选出8个相关性较高的前期预报因子建立人工神经网络(ANN)模型,对2010~2017年8年夏、秋季TC频数进行回报,并将回报结果与传统多元线性回归(MLR)方法所得结果进行对比分析。结果表明,ANN模型对60年历史数据的拟合精度高,相关系数高达0.99,平均绝对误差低至0.77。在8年回报中,ANN模型相关系数为0.80,平均绝对误差为1.97;而MLR模型相关系数仅为0.46,平均绝对误差为3.30。ANN模型在历史数据拟合和回报中的表现都明显优于MLR模型,未来可考虑应用于实际的业务预测中。     

西北太平洋热带气旋强度变化的若干特征

使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据,对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °,0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析,尤其关注TC强度突变。结果表明:（1）在研究区域内,TC样本中35.2%强度稳定,52.8%强度变化缓慢,仅12.0%强度突变,约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级;（2）2000年以来,TC强度稳定样本减少,强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期;（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少,且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强;（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生,在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高;（5）TC样本的RMW多小于100 km,其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km;（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小,减弱TC的RMW则增大;其中强度突变TC尤其明显,超强台风发生迅速加强时,RMW减小的比率达84.6%,但仍有15.4%比率的RMW增大。      

西北太平洋热带气旋潜在生成指数的改进

热带气旋潜在生成指数(GPI,Genesis Potential Index)是热带气旋生成可能性大小的空间分布函数,利用大尺度环境场可以应用于热带气旋活动的季节预报,并且可以评估全球气候变化对热带气旋活动的影响。但是目前的GPI基本都是针对全球热带气旋活动构建的,没有考虑到热带气旋不同活动地区及其内部的差异。本研究考虑到南海和西北太平洋热带气旋生成的不同特点,分别构建了适用于南海(5～25°N,100～120°E)和西北太平洋(5～40°N,120～180°E)的热带气旋GPI。改进后的GPI对南海和西北太平洋区域热带气旋生成具有较好的模拟能力,不仅能很好地模拟南海和西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的气候特征(相似系数为0.67),而且能够较好地模拟热带气旋生成在年际时间尺度上的空间分布特征。     

西北太平洋热带气旋变性的客观判据研究

用体现热带气旋（TC）热力学特征的“相空间”（简称CPS）方法,加入了体现TC动力学特征的两个参数,即中低层风速切变参数和涡倾斜参数,对2000—2007年的222个TC进行检验。结果表明,CPS方法在增加了动力学参数后,可以更好地描述西北太平洋地区的TC变性过程,弥补了CPS方法对TC动力学特征描述的欠缺,同时客观判据的判断结果与《热带气旋年鉴》资料更相近。      

1998和1999年西北太平洋热带气旋的异常特征及其大尺度条件

应用联合台风警报中心 (JTWC)的资料 ,研究了 1998和 1999年西北太平洋 (WNP)热带气旋 (TC)的活动 ,发现这两年具有较为相似的异常特征 :台风个数明显偏少 ,台风的生成源地显著偏西。对导致这种异常的大尺度条件场的分析表明 ,1998和 1999年的台风季季风槽、垂直风切变、海平面气压等因子的分布都不利于台风在WNP东部海域的生成 ,因此是导致这两年台风偏少和生成源地异常偏西的重要原因。其中 ,季风槽的异常偏西及在盛夏的异常偏北对TC的异常活动产生了主要影响。对低纬大气环流异常的进一步分析表明 ,WNP地区的环流异常是导致季风槽和垂直风切变场异常的主要原因 ,而 1999年异常环流的出现可能是由于低纬大气对印尼附近异常热源强迫的响应所致。由于该热源的存在 ,在其东侧 (WNP地区 )激发出东传的Kelvin波 ,而相应的异常风场则表现为低层盛行异常东风 ,而高层盛行异常西风 ,因此造成了WNP东部和西部海域垂直切变场的近乎相反的变化。同时 ,由于低层异常强的东风不利于季风西风的向东延伸 ,从而使季风槽明显偏西 ,未到达菲律宾以东的热带气旋频发区的位置。     

Revisiting the response of western North Pacific tropical cyclone intensity change to vertical wind shear in different directions

不同方向垂直风切变对热带气旋强度变化的影响存在明显差异,但对热带气旋无维强度变化的影响却差异较小.研究发现不同方向垂直风切变对无维强度变化的影响的细微差异与热带气旋周围的高层西风槽,倒槽,低层季风槽等天气系统配置有关.这一结果表明,在研究不同方向切变对热带气旋强度变化的影响时,除了下垫面热力作用外,还应考虑与切变相关的...     

Possible relationship between NAO and tropical cyclone genesis frequency in the western North Pacific

This study examined a strong positive correlation between the North Atlantic Oscillation (NAO) index during June and the total tropical cyclone (TC) genesis frequency in the western North Pacific during July and August. To investigate a possible cause for this relation, the mean difference between highest positive NAO years and lowest negative NAO years was analyzed by dividing into when the El Niño and La Niña years were included and when the El Niño and La Niña years were not included.When the El Niño and La Niña years were included, for positive NAO years, the TCs mostly occurred in the northwestern region of tropical and subtropical western Pacific, and showed a pattern that migrate from the sea northeast of the Philippines, pass the East China Sea, and move toward the mid-latitudes of East Asia. In contrast, for negative NAO years, the TCs mostly occurred in the southeastern region of tropical and subtropical western Pacific, and showed a pattern that migrate westward from the sea southeast of the Philippines, pass the South China Sea, and move toward the southern coast of China and Indochinese peninsula. These two different TC migration patterns affect the recurving location of TC, and for positive NAO years, the recurving of TC was averagely found to take place in the further northeast. In addition, the migration patterns also affect the TC intensity, and the TCs of positive NAO years had stronger intensity than the TCs of negative NAO years as sufficient energy can be absorbed from the ocean while moving north in the mid-latitudes of East Asia. The TCs of negative NAO years showed weak intensity as they weaken or disappear shortly while landing on the southern coast of China and Indochinese peninsula. On the other hand, the above result of analysis is also similarly observed when the El Niño and La Niña years were not included.     

西北太平洋上热带气旋尺度变化率与其尺度和强度的关系

为了进一步了解热带气旋(TC)尺度变化与其结构的相关关系,本文基于多平台热带气旋表面风场资料,通过相关分析得出西北太平洋上TC的24 h尺度变化率(SCR)与其尺度,强度以及强度变化率(ICR)的相关系数分别为-0.43,-0.12,0.25.其中SCR-ICR的相关关系主要受不同发展阶段的影响,在TC均达到/均未达到...     

Re-examination of tropical cyclone formation in monsoon troughs over the western North Pacific

The monsoon trough(MT) is one of the large-scale patterns favorable for tropical cyclone(TC) formation over the western North Pacific(WNP). This study re-examines TC formation by treating the MT as a large-scale background for TC activity during May–October. Over an 11-year(2000–10) period, 8.3 TC formation events on average per year are identified to occur within MTs, accounting for 43.1% of the total TC formation events in the WNP basin. This percentage is much lower than those reported in previous studies. Further analysis indicates that TC formation events in monsoon gyres were included at least in some previous studies. The MT includes a monsoon confluence zone where westerlies meet easterlies and a monsoon shear line where the trade easterlies lie north of the monsoon westerlies. In this study, the large-scale flow pattern associated with TC formation in the MT is composited based on the reference point in the confluence zone where both the zonal and meridional wind components are zero with positive vorticity. While previous studies have found that many TCs form in the confluence zone, the composite analysis indicates that nearly all of the TCs formed in the shear region, since the shear region is associated with stronger low-level relative vorticity than the confluence zone. The prevailing easterly vertical shear of zonal wind and barotropic instability may also be conducive to TC formation in the shear region, through the development of synoptic-scale tropical disturbances in the MT that are necessary for TC formation.     

Decadal change in relationship between western North Pacific tropical cyclone frequency and the tropical Pacific SST

In this study, we examine the relationship between the number of tropical cyclones (TCs) in the western North Pacific and the tropical Pacific sea surface temperature (SST) during the main TC season (July–November) for the period of 1965–2006. Results show that there are periods when TC frequency and the tropical Pacific SST are well correlated and periods when the relationship breaks down. Therefore, decadal variation is readily apparent in the relationship between the TC frequency and the SST variations in the tropical Pacific. We further examine the oceanic and atmospheric states in the two periods (i.e., 1979–1989 vs. 1990–2000) when the marked contrast in the correlation between the TC frequency and the tropical Pacific SST is observed. Before 1990, the analysis indicates that oceanic conditions largely influenced anomalous TC frequency, whereas atmospheric conditions had little impact. After 1990, there the reverse appears to be the case, i.e., atmospheric conditions drive anomalous TC frequency and oceanic conditions are relatively unimportant. A role of atmosphere and ocean in relation to the TC development in the western North Pacific changes, which is consistent with the change of the correlations between the TC frequency and the tropical Pacific SST.     

西北太平洋台风群发事件年代际变化特征分析

利用台风最佳路径资料和全球再分析数据集分析了1979—2018年6—10月西北太平洋地区台风群发事件的统计特征。期间所有台风个例根据群发性质被分为三类：第一类为单独生成的非群发台风；第二类为群发事件中生成，但事件中仅有2个台风成员的"MTC2"台风；第三类为群发事件中生成，且事件中有3个或3个以上台风成员的"MTC3"台风。结果表明，相对于MTC2台风，MTC3台风生成时位置偏北，环境场季风槽辐合更强、高温海区范围更大、中低层大气更湿润。而MTC3台风在1990s末的突变减少导致了西太台风群发事件和台风总数减少。1996年之后，尽管洋面上空仍有较多的热带涡旋扰动，但群发台风活跃的大部分地区垂直风切变增强、高空辐散和季风槽辐合减弱以及西太平洋热带季节内振荡事件（Madden-Julian Oscillation，MJO）的对流活跃位相维持日数减少，它们共同导致了MTC3事件的年代际变化。     

季风涡旋对热带气旋生成影响的理想试验研究

利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW（3.3.1版本）模拟季风涡旋中热带气旋生成的过程,从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对热带气旋生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成热带气旋。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离”效应影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。对流单体相对最大风速半径的位置对热带气旋生成作用明显,当其集中在最大风速半径附近时涡旋容易快速发展。此外,环境场相对涡度与热带气旋的尺度存在显著正相关。初始尺度大的涡旋最终具有较大的外围尺度,其涡度的分布范围也更广。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于热带气旋的生成。虽然较大的环境场湿度能够诱发较强的外围对流,但同时也会使最大风速半径以内存在丰富的对流,后者能够提供充分的内区非绝热加热,降低中心气压,促进涡旋发展。