西北太平洋热带气旋路径及其与海温的关系

利用中国气象局发布的1949—2007年共59年的热带气旋年鉴资料,对西北太平洋热带气旋路径进行分析,合并归纳得到热带气旋主要的三种路径,分别为西行、西北行和转向路径,研究发现三种路径主要是8年以下的年际变化。西行路径的热带气旋与海温的关系不明显,西北路径的热带气旋和转向路径热带气旋与局地海温的变化有相反的相关关系。当西北太平洋局地海洋暖的时候有利于西北路径热带气旋发生,局地海温冷时热带气旋多转向,且局地海温在热带气旋发生前半年左右就开始有持续的影响, 这种影响不仅仅存在于海洋表层,整个温跃层以上次表层海温的热状态对热带气旋路径均有显著关系。这可能是由于西北太平洋海温持续异常对其上空的大气环流产生影响,进而影响热带气旋路径。通过研究还发现不同路径热带气旋对海洋的降温作用有显著差异。     

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。     

海南地温变化与热带气旋影响频数关系

通过对海南省海口站各层地温和影响海南的热带气旋（TC）频数的相关及周期分析,发现月、季各层地温与影响海南的TC年频数均存在负相关性,而3.2 m深层地温与TC影响年频数的负相关性最为显著,此外,利用Morlet小波分析还发现两者存在相似的振荡周期.研究表明,利用深层地温作为预报因子,建立回归方程,对影响海南的TC年频数进行预报,具有较好的效果.     

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。     

7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温的关系

利用1949—2021年中国气象局上海台风研究所热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA重构的海表温度资料（SST）和大气向外长波辐射（OLR）资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了近73年7—9月登陆华南热带气旋频数的变化特征。采用合成分析的方法研究7—9月登陆华南热带气旋频数异常与同期大气环流和海温的关系。结果表明,1949—2021年7—9月,登陆华南热带气旋有243个,年均3.3个,占全年登陆总数的70.2%。登陆华南热带气旋频数具有显著的年际和年代际变化特征。1973年最多（7个）,1950年最少（0个）;在1990年代中期由前期偏多转为后期偏少,但没有突变发生。近73年7—9月登陆华南热带气旋频数以0.1（10a）-1的速率减少。7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温异常密切相关,在异常多、少年同期：（1）大气环流差值场上,南亚高压偏强、偏东、偏北,副高偏西、偏北、偏强,110°E以东的赤道东风引导气流偏强,季风槽加强,北半球中低纬海平面气压场东高西低,北高南低,同时南海、热带西太平洋对流活动加强。（2）海温差值场上,赤道中东太平洋偏冷,西太平洋暖池偏暖,沃克环流加强。高中低层大气环流和海温这种差异可能是导致登陆华南热带气旋频数异常的原因。     

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。     

影响我国热带气旋活动的气候特征及其与太平洋海温的关系

利用1956~2000年的热带气旋(简称TC,下同)资料对影响我国TC活动的气候特征进行了初步的统计分析,结果发现影响我国的TC活动具有明显的阶段性特征,1960年代影响我国的TC数明显偏少,而后进入偏多期,1990年代又相对偏少。影响我国的TC强度多集中于980~999 hPa,华东的闽、浙一带TC登陆比华南晚,但强度较大。在此基础上通过对影响我国的TC年个数与太平洋海温场进行相关分析,发现两个相关较密切的区域: 西太平洋暖池(120~150 E, 10~20 N)正相关区、赤道中东太平洋(180 ~90 W, 10 S~5 N)负相关区,这两个相关区具有较好的持续性。进一步分析影响我国的TC在El Ni駉年与La Ni馻年的气候特征发现,El Ni駉年影响我国的TC数较少,但强度较大,La Ni馻年则相反,影响我国TC多年和少年对应的太平洋海温距平分布形势分别与La Nia年和El Nio年的海温距平分布形势类似。     

用赤道东太平洋海温预报西太平洋热带气旋年际变化的探讨

根据实际应用中统计预报对相关系数的基本要求,利用相关分析探讨了用赤道东太平洋海温预测西太平洋热带气旋年际变化的可行性。同时,利用谱分析方法探讨了这种预报的有效性和局限性。主要结论是:用区域(5°N—5°S,90—150°W)的平均海温预测西太平洋热带气旋的年际变化,效果比使用赤道东太平洋海温好,用前者可预测西太平洋中区各类热带气旋的年际变化,用后者只能预测西太平洋全区及中区热带气旋总体的年际变化,对达到热带风暴或台风的热带气旋的年际变化则分别是勉强能或不能预测;用赤道东太平洋海温无法预测南海热带气旋的年际变化;用赤道东太平洋海温预测西太平洋热带气旋活动实际上只对年际变化中的ENSO(3—5年)周期及准二年周期有效。     

西北太平洋热带气旋频数异常与五类主要大尺度环流型的关系

利用Yoshida and Ishikawa(2013)提出的一套客观分类方法对1979-2013年夏季(5-10月)共796个热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成前的大尺度环流背景场进行了分型,主要包括了季风切变线型(monsoon Shear Line,SL)、季风涡旋区(monsoon Gyre...     

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。     

台风强度模拟的海温目标观测研究

根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温(SST)强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局。NFSV型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段。结果表明,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内以90km间隔加密海温观测,这些额外观测能够更加有效地改善TC强度的模拟技巧;与空间范围更大的非敏感区相比,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内进行目标观测,能够更加有效地改进TC强度的模拟能力,而当非敏感区内的局地观测区域逐步接近目标观测敏感区时,该局地区域的加密观测对TC强度模拟改善程度也逐步提高。进一步研究表明,上述目标观测对台风强度模拟水平的改善尤以NFSV型SST强迫误差大值区所对应的TC快速增强阶段最为明显。所以,在由NFSV型SST强迫误差确定的目标观测敏感区和敏感时段内加密观测,对台风强度模拟能力的提高最有效,而且在敏感区内以合适的间隔实施外场观测是最经济的观测策略。     

热带海表风速与海表温度日变化关系分析

利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的微波成像仪(TMI)探测结果,在像元分辨率上同步反演的10年海表温度(SST)和海表风速(SSW)资料,研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著,SST日最小值多出现在早晨03:00(当地时间,下同)至06:00,日最大值多出现在午后17:00至19:00,SST日绝对振幅为1.9~3.4℃,日相对振幅为5%~7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响,且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小,当SSW增加至9 m/s之后,SST日绝对振幅变化不再明显;二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下,暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃;在风速大的情况下,秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃,且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。     

南海登陆热带气旋对长江三角洲地区降水的影响

利用热带气旋年鉴资料统计了1949~2000年南海热带气旋影响期间我国长三角地区的最大降水量,计算有南海热带气旋影响时最大降水量大于50 mm的条件概率为60%。并把历年引起长三角地区50 mm以上降水的南海气旋频数序列作小波变换,发现其具有周期性振荡的特点,并且振荡周期在频率的分布上也有一定的规律。把南海热带气旋频数序列与夏季3个月副高面积指数之和的序列做交叉谱分析,发现两者具有准2年和准5年的耦合周期,气旋频数序列在位相上超前约半年。最后用1951~1999年的500 hPa月平均高度资料统计频数异常年的500 hPa高度场的距平和t统计量,发现在西太平洋、大西洋和极地都有显著的异常。     

西北太平洋热带气旋的年际和年代际变化及其与南亚高压的关系

利用1949～1996年48年西北太平洋热带气旋(TC)的年个数资料和1958～1997年40年南亚高压(SAH)特征参数的月平均资料，讨论了西北太平洋TC年个数的年际、年代际变化、年个数周期和周期能量等特点及其与SAH特征参数的关系和异常TC年前期SAH环流场和100 hPa高度场的特征。结果表明，西北太平洋TC具有明显的年际和年代际变化，前期SAH对当年TC频数有一定影响，SAH中心位置偏北、偏西，中心强度偏弱时，当年TC偏多，反之，当年TC偏少。     

赤道中东太平洋表层水温异常与热带气旋活动的统计关系

利用1950-2005年西北太平洋热带气旋(TC)和赤道中东太平洋表层水温(SST)资料,统计分析了赤道中东太平洋表层水温异常与TC频数、强度、源地和路径等的关系.结果表明,赤道中东太平洋暖异常年:(1)TC发生频数偏少,较常年平均偏少2～3个,但强度偏强,强台风和超强台风发生数偏多,较常年平均偏多1个左右,且随着暖异常强度的增强,TC发生频数偏少,强度增强愈加明显;(2)TC生成位置偏东偏南,145°E以东海区TC生成频数较冷异常年和La Nina年增加明显;(3)TC路径偏东,转向路径出现频次增加,西向路径出现频次减少,从而导致日本东部海区TC通过频数增加,而我国南海和华东沿海TC通过频数减少;(4)在我国登陆的TC频数偏少,较常年平均偏少1～2个.赤道中东太平洋冷异常年,情况基本与上相反.上述影响主要是由于赤道中东太平洋SST异常导致大气环流发生异常造成的.     

Variations in High-frequency Oscillations of Tropical Cyclones over the Western North Pacific

Variations in the high-frequency oscillations of tropical cyclones(TCs) over the western North Pacific(WNP) are studied in numerical model simulations. Power spectrum analysis of maximum wind speeds at 10 m(MWS_(10)) from an ensemble of15 simulated TCs shows that oscillations are significant for all TCs. The magnitudes of oscillations in MWS_(10) are similar in the WNP and South China Sea(SCS); however, the mean of the averaged significant periods in the SCS(1.93 h) is shorter than that in the open water of the WNP(2.83 h). The shorter period in the SCS is examined through an ensemble of simulations,and a case simulation as well as a sensitivity experiment in which the continent is replaced by ocean for Typhoon Hagupit(2008). The analysis of the convergence efficiency within the boundary layer suggests that the shorter periods in the SCS are possibly due to the stronger terrain effect, which intensifies convergence through greater friction. The enhanced convergence strengthens the disturbance of the gradient and thermal wind balances, and then contributes to the shorter oscillation periods in the SCS.     

PDO对西北太平洋热带气旋活动与大尺度环流关系的影响

利用NCEP再分析资料和上海台风研究所整编的热带气旋资料,研究了在太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中西北太平洋热带气旋频数与太平洋海表温度(SST)年际相关的分布差异,以及500 hPa高度场对热带气旋频数和生成源地的影响.结果表明,在PDO冷位相时期,热带气旋频数与赤道东太平洋SST存在显著相关,副热带高压位置偏东...     

热带气旋“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程模拟诊断研究——海表温度敏感性试验

利用WRF模式,在前期工作（王晓慧等,2018）模拟试验基础上,设计敏感性试验,借助三维降水诊断方程,分析揭示了海表温度（SST）变化对热带气旋（TC）“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程的可能影响。对照试验（CTL试验:SST随时间变化）和敏感性试验（SNC试验:SST固定为初始值）的SST存在明显差异（CTL试验平均SST低于SNC试验）。对比分析表明:两试验模拟的海上时段TC路径差异不大,但SNC试验模拟的TC强度较CTL试验偏强;TC环流区域内,两试验垂直速度差值在对流层基本为正（SNC试验上升运动更强）,随着SST差值不断增大,垂直运动差值也不断加大;SNC试验的降水强度（P_S）大于CTL试验,但P_S差值随SST差值增大并非线性变化,体现了P_S变化的复杂性;SNC试验的Q_WVA（垂直积分的三维水汽通量辐合/辐散率）均基本大于CTL试验（后期差别更大）,SST的不同可通过影响垂直运动,造成Q_WVA的差异,进而影响P_S;分析时段内,两试验TC环流区域大气均持续变干（正值Q_WVL）,且存在较明显海面蒸发（正值Q_WVE）,其中,两试验之间的Q_WVL差异不明显,但SNC试验的Q_WVE总体上强于CTL试验（尤其是分析时段中后期）;两试验间云相关过程变率差异的时间变化复杂,最大差异量级与Q_WVE相当;SST对水凝物发展和深对流活动有一定影响,伴随SST差异的逐渐增大,水凝物含量差异也逐渐增大,液相水凝物中,雨滴差异较大,而与液相水凝物相比,冰相水凝物差异更为突出,尤其是较大的冰相粒子（雪和霰）;SNC试验中,零度层下更多的霰粒子和雨滴,在更强上升运动配合下,有助于云滴和雨滴碰并（P_racw）及霰粒子融化（P_gmlt）微物理过程的加强,进而造成更强降水。TC环流区域时间和空间平均的物理量对比分析揭示,两试验降水物理过程定性上基本相似,但定量上存在明显不同,SNC试验的P_S与CTL试验相比,增幅达8.8%,这种差异主要源于降水宏、微观物理过程的差异,其中,不同SST环境下Q_WVE的差异最为显著。     

中高纬度印度洋海温与西北太平洋夏季台风生成数的相关性

从独立性、显著性和滞后性角度分析西北太平洋夏季台风生成数(WNPTYF)与前期中高纬度印度洋海表温度(SST)的关系, 结果表明:前期中高纬度印度洋SST与WNPTYF相关显著, 且独立于热带东太平洋SST(或ENSO)对WNPTYF影响;中高纬度印度洋SST年际变化对WNPTYF年际变化的指示能力相当或超过热 带东太平洋, 综合两者的影响预测夏季西北太平洋台风生成数的变化有非常重要的现实意义。进一步的分析表明, 中高纬度印度洋SST对WNPTYF影响有明显的滞后性, 前期相关显著而同期相关不显著。这种滞后性意味着其前期中高纬度印度洋SST对WNPTYF的影响并不是通过SST的持续性, 而很可能是通过南半球大气活动的持续性及异常信号在大气中的传播而影响到夏季的环流, 最终影响WNPTYF异常。这种影响机制有待进一步研究。