近年来关于西北太平洋热带气旋和台风活动的气候学研究进展

本文主要综述和回顾了近年来季风系统研究中心关于西北太平洋热带气旋和台风(TCs)活动的气候学研究进展及有关的国内外研究.文中不仅回顾了最近关于夏、秋季西北太平洋利于TCs生成的大尺度环流型及其与涡旋的正压能量交换、西北太平洋TCs活动的年际和年代际及季节内的变化特征、以及今后全球变暖背景下西北太平洋TCs活动的变化趋势的气候学研究进展,而且综述了西北太平洋季风槽及热带对流耦合波动对西北太平洋上TCs生成的动力作用的研究.此外,文中还指出今后有关西北太平洋TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题.     

夏季西北太平洋热带气旋生成频次与热带海温关系的年代际变化

探讨了夏季(6—8月)西北太平洋(Western North Pacific,WNP)热带气旋生成频次(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)与热带海温关系的年代际变化,发现影响WNP TCGF的热带海温型在1991/1992年发生了年代际变化。在1990年代初之前,TCGF正异常对应的热带海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)呈现东部型La Ni?a衰减位相,前冬至春季WNP局地暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,夏季时由热带印度洋冷SSTA继续维持。在1990年代初之后,TCGF正异常对应的热带SSTA呈现东部型La Ni?a向中部型El Ni?o快速转换的位相,夏季中太平洋暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,同时热带东印度洋至海洋性大陆以及热带大西洋的冷SSTA通过垂直环流圈加强中太平洋的辐合上升运动,进一步维持其西北侧气旋异常。由于激发气旋异常的暖SSTA在第二个年代相较第一个年代明显偏南偏东,气旋异常和TCGF正异常在第二个年代也整体偏南且向东扩展至更远的区域。WNP TCGF与热带海温关系的年代际变化与1990年代初之后厄尔尼诺-南方涛动演变速率加快有关。      

西北太平洋热带气旋移动路径的年际变化及其机理研究

利用JTWC的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析的风场资料以及Scripps海洋研究所的海温资料分析了西北太平洋热带气旋(TC)移动路径的年际变化及其机理。结果表明,西北太平洋TC移动路径有明显的年际变化并与西太平洋暖池热状态有很密切的关系。当西太平洋暖池处于暖状态,西北太平洋上空TC移动路径偏西,影响中国的台风个数偏多;相反,当西太平洋暖池处于冷状态,西北太平洋的TC移动路径偏东,影响日本的台风个数偏多,而影响中国的台风个数可能偏少。本研究以西太平洋暖池处于冷状态的2004年与西太平洋暖池处于暖状态的2006年的西北太平洋TC移动路径的差别进一步论证了这一分析结果并从动力理论方面分析了在西太平洋暖池不同热状态下,季风槽对赤道西传天气尺度的Rossby重力混合波转变成热带低压型波动(TD型波动)的影响,以此揭示西太平洋暖池的热状态对西北太平洋TC生成位置与移动路径年际变化的影响机理。分析结果表明,当西北太平洋暖池处于暖状态时,季风槽偏西,使得热带太平洋上空对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的位置也偏西,从而造成TC生成平均位置偏西,并易于出现西行路径;相反,当西太平洋暖池处于冷状态时,季风槽偏东,这造成了对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的区域,以及TC生成的平均位置都偏东,从而导致TC移动路径以东北转向为主。     

南海—西北太平洋季风槽中热带气旋异常活动特征

应用1979—2005年的台风资料和NCEP/DOE AMIP-Ⅱ再分析资料,分析了生成于南海—西北太平洋季风槽中的热带气旋（MTTC）活动特征及季风槽强弱对MTTC异常的影响。结果表明：①1979—2005年5—10月南海和西北太平洋生成的热带气旋（TC）共有672个,年平均24.9个,其中MTTC为491个,占73.1%,占登陆中国TC频数的79.2%。②27年间MTTC年频数经历了正常期（1979—1987年）—多台期（1988—1994年）—少台期（1995—2005年）3个阶段;具有准4年和准2年的变化周期,1994年为MTTC频数由多台向少台转换的转折点。③MTTC频数异常年份,MTTC生成起止日期和生成位置有明显差异：MTTC异常偏少（多）年,MTTC活动起始日期较晚（早）,且5—10月皆不活跃（活跃）,MTTC生成海区范围较小（大）。④南海—西北太平洋季风槽强度和位置异常与MTTC活动异常密切相关。     

西太平洋暖池对西北太平洋季风槽和台风活动影响过程及其机理的最近研究进展

本文回顾和综述了近年来关于西太平洋暖池对西北太平洋热带气旋和台风（TCs）活动影响过程及其机理的研究进展。文中首先简单回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态和菲律宾周围对流活动变化特征及其对与TCs活动有关的南海夏季风爆发和西太平洋副热带高压的季节内、年际变异的影响过程和机理的研究;然后,本文系统地回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态通过西北太平洋季风槽影响TCs活动年际和年代际变化的影响过程及其机理的研究。此外,文中还指出了关于西太平洋暖池对西北太平洋上空季风槽和TCs活动变异的热力和动力作用需进一步深入研究的科学问题。     

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。     

西北太平洋季风槽的季节和年际变化特征及其与热带气旋生成大尺度环境因子的联系

利用ERA-Interim再分析资料分析了夏秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及季节和年际变化特征及其对西北太平洋热带气旋和台风(TCs)生成大尺度环境因子的影响。研究结果表明了西北太平洋季风槽有很明显的季节变化,在6~7月,季风槽和强对流活动区在5°N~15°N的南海和西北太平洋西侧上空,并逐渐东伸;到了8~9月,季风槽和强对流活动区向北移动、并向东扩展,一般位于10°N~20°N的南海和西北太平洋西侧、中部上空,有的年份可东伸到西北太平洋东侧,强度加强;到了10~11月,季风槽迅速减弱,并成为涡旋,强对流活动区也向南移和向西收缩。同时,研究还表明了西北太平洋季风槽有明显的年际变化。在季风槽强的年份,季风槽和强对流活动区可以从南海经西北太平洋西侧和中部东伸到西北太平洋的东侧上空;而在季风槽弱的年份,季风槽和强对流活动区主要位于南海和西北太平洋西侧和中部上空,季风槽强度的年际变化对它的季节变化也有重要影响。此外,研究还表明了随着季风槽的季节和年际变化,西北太平洋TCs生成的大尺度环境因子分布也发生很明显的变化。     

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

南海-西北太平洋季风槽强度的变化特征及其与热带气旋活动的关系

利用1979—2005年NCEP/DOE AMIP-Ⅱ再分析逐日平均资料,根据西北太平洋季风槽的特点,研制了能较好表征季风槽活动的强度指数和位置指数,并分三段描述不同区域季风槽的活动特征及其对生成于南海-西北太平洋季风槽的热带气旋（MTTC）活动的影响,结果表明：（1） 季风槽强度指数和位置指数呈正相关关系,季风槽强度越强,其位置越偏北。（2） 季风槽强度存在明显的年际变化,1994年前以4～5年的变化周期较为显著,1994年后2～3年的周期较明显。（3） 不同区域季风槽强度的影响因子不同。前期海温场的异常将导致大气环流异常,致使不同区域的季风槽强度异常。（4） 季风槽强度与MTTC频数异常密切相关,3个不同区域的季风槽以南海季风槽强度与MTTC频数异常的关系最为密切。MTTC异常偏少年大多出现在季风槽总体偏弱,各区域季风槽也偏弱的年份;MTTC异常偏多年可能出现在季风槽偏强的年份,也可能出现在季风槽总体偏弱但南海季风槽偏强的年份,且后者出现的概率更大一些。（5） 季风槽强度的季节内变化能为TC的生成和发展提供有利条件,季风槽同时处于30～60天振荡和准双周10～20天振荡的活跃期时,有利于MTTC的生成。     

MJO与西北太平洋热带气旋活动的关系及其年代际变化

利用澳大利亚气象局RMM指数(Real-time Multivariate MJO Index)和美国联合预警中心(Joint Typhoon Warming Center)的最佳台风路径资料以及NCEP/NCAR逐日和逐月平均的再分析资料,分析研究西北太平洋热带气旋(TC)的年代际变化及其与MJO之间的关系。结果表明,相比1979—1997年时段,1998—2010年时段的西北太平洋TC生成频数发生显著减少的改变,且TC频数减少主要出现在MJO活跃位相(4、5、6、7位相)中。通过对1979—1997年和1998—2010年两个时段的气候背景与MJO传播进程比较分析发现,1998—2010年时段TC频数显著降低,主要由于赤道太平洋海表温度La Ni?a型的冷却,导致该时段Walker环流增强,从而使得西北太平洋地区产生底层东风异常、负相对涡度增加、海平面气压升高、垂直风切变加大等抑制TC生成的大尺度环流条件。同时,在此气候背景下的MJO周期缩短、活跃持续日数减少、部分活跃位相低频风场出现东风异常和对流活跃面积收缩,也可能进一步导致TC频数在上述两个时段的较大差异。      

两类El Niño型对西北太平洋季风槽及热带气旋生成的可能影响

通过对1948~2015年不同El Ni?o事件下西北太平洋季风槽变化和热带气旋(tropical cyclone,TC)生成进行分析,初步探讨了不同El Ni?o型事件对季风槽及其对TC的可能影响。分析结果表明,较东太平洋增暖(eastern Pacific warming,EPW)年,中太平洋增暖(central Pacific warming,CPW)年季风槽偏弱,位置相对偏西、偏北。在CPW年,中(西和东)太平洋海温增暖(降低)引起了从中到西太平洋热带地区的西风异常和中太平洋地区上升运动及对流活动加强,使得季风槽加强东伸,同时西太平洋副高偏弱、偏北,季风槽向北推进;而在EPW年,赤道东(西)太平洋海温增暖(降低)使得赤道地区西风异常显著加强东扩,异常Walker环流的上升支东移至东太平洋,季风活动加强,副高偏强、偏南,这使得季风槽较CPW年相比更强、更偏东。利于TC生成的大尺度环境因子随季风槽强度和位置的变化而发生改变,在CPW年,低层气旋性涡度、高层辐散、高的中层相对湿度以及低垂直风切变区随着季风槽向北移动;而在EPW年,这些因子随季风槽向南、向东偏移。这些大尺度环境因子的变化使得西北太平洋TC生成的位置在CPW年比EPW年更加偏北、偏西。     

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     

南海季风槽影响下热带气旋暴雨增幅的研究

使用NASA的热带测雨卫星TRMM资料、常规气象观测降水资料、NCAR/NCEP-2再分析资料及NCEP全球数据同化系统(GDAS)资料,分析研究南海季风槽伴随热带气旋登陆华南而导致热带气旋暴雨强烈增幅的事实,并根据观测事实提出季风槽伴随热带气旋登陆华南的定义.结果表明:(1)南海季风槽伴随热带气旋登陆导致热带气旋降水强烈增幅的天气现象发生在盛夏季节;(2)环流背景表现为副热带高压带状西伸,稳定控制华中一带;同时,西南季风活跃,南海季风槽位于南海北部之时;(3)热带气旋登陆后的填塞消亡时间因为季风槽的伴随而大大延长,热带气旋云系有再生、加强和扩展现象;(4)伴随登陆的季风槽对热带气旋暴雨无论是空间,时间,还是强度上均有强烈增幅作用,热带气旋暴雨在季风槽南侧延伸,尺度可达1500～2500km.     

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。     

季风槽内热带气旋生成的基本特征分析

利用美国关岛联合台风警报中心(JTWC)所提供的热带气旋(TC)、热带扰动、TBB、QuikSCAT观测风场和NCEP再分析风场等资料,统计了生成于季风槽内的TC(MTC),归纳了与MTC生成有关的季风槽主要模态,并进一步分析了不同季风槽模态下MTC生成的基本规律及其生成过程中中尺度对流系统(MCS)活动的时空特征.结...     

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。     

2008年西北太平洋热带气旋活动特征分析

对2008年西北太平洋及我国南海热带气旋的活动特征进行总结,并从多方面分析其成因.结果指出:2008年西北太平洋热带气旋活动的主要特征为生成总数少,源地集中,位置偏西;登陆数多、时间早;登陆地点偏南、时间集中等.其原因主要在于:在热带气旋的多发期副热带高压面积偏大、强度偏强、西伸脊点异常偏西,且脊线偏南,造成西北太平洋热带地区盛行偏东风,不利于热带扰动的生成和发展;同时,也使得在其南侧生成的热带气旋易在偏东气流的引导下登陆我国南方.另外,季风槽、垂直风切变、海表温度和热带辐合带上的对流活动等因子的异常分布都不利于热带气旋在西北太平洋东部海域生成,直接导致这一年热带气旋生成总数明显偏少,源地显著偏西.     

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...     

西北太平洋热带气旋强度的年际变化特征及其大气环流背景场分析

利用上海台风研究所整理的1949—2007年CMA-STI热带气旋最佳路径资料,对1949—1975年、1976—1987年、1988—2007年这三个时段7—10月强度达到热带风暴及以上的热带气旋(简称为TC)强度的年际变化特征进行了分析比较,对TC活动强、弱年的大气环流背景场做了合成分析,并对各年TC强度与对应的西北太平洋副热带高压(简称为西太副高)、东亚副热带西风急流、热带东风急流、季风槽各特征指数做了相关分析,揭示了西北太平洋TC强度年际变化的机理。结果表明:(1) 这三个时段TC强度都有明显的年际变化特征;(2) 当TC强度偏大时,西太副高减弱东退,东亚副热带西风急流位置偏南,热带东风急流强度偏大,位置偏东,南半球冷空气活动偏强,越赤道气流偏强,季风槽较活跃、位置偏东,倾斜指数偏小;反之亦然;(3) 当越赤道气流偏强,季风槽较活跃时,有利于TC生成源区热带低压扰动的发生发展;而西太副高减弱东退,热带东风急流位置偏东时,TC生成源区850 hPa低空为正相对涡度异常,200 hPa高空为正散度异常。这样,低层水平辐合强、高层水平辐散强的配置使得该地区辐合上升运动、高层气流的辐散流出得以维持,且TC生成源区垂直风切变偏小,从而有利于TC的发生发展,TC强度偏大;反之亦然。      

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。