海南井水位对热带气旋响应特征分析

2001——2010年, 海南省地下流体观测台网记录到多次热带气旋引起的井水位抖动现象．本文以2003年7月21日强热带气旋ldquo;天鹅rdquo;和2005年9月27日台风ldquo;达维rdquo;为例, 系统地研究了这两次热带气旋引起的水位抖动变化的特征．结果表明, 经过高通滤波, 水位抖动变化图像更加明显;通过频谱分析,得知热带气旋引起的水位抖动周期为100——101 min;井水位抖动的起始时间、 幅度最大值的时间与热带气旋通过海南岛陆的时间一致, 且与热带气旋的结构特点、发展和运动过程密切相关,与井孔自身的井-含水层系统对微动态信息响应的能力也有关系．分析认为,气压振荡式升降变化和摩擦是热带气旋引起水位抖动的原因．      

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在"威马逊""海鸥""莎莉嘉"等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度.比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度.结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据...     

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在“威马逊”“海鸥”“莎莉嘉”等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度。比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度。结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据的速度与加速度具有较好的一致性,均有明显扰动,波形形态基本一致。但PET重力仪的最大扰动幅度均小于CTS-1EF地震计,热带气旋的信号主频段为0.15—0.25 Hz。     

冷空气入侵对热带气旋发生发展的影响

本文从梯度风方程出发,证明温度梯度增强对涡度起到增强作用.因此当冷空气侵入热带气旋外围时,只要没有破坏热带气旋的暖心结构,就会引起温度梯度的增长,从而促进热带气旋的发生发展.本文采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM5,研究北半球冷暖空气入侵在热带气旋形成和加强过程中的作用.通过研究冷暖空气对热带气旋发展影响的试验发现,冷暖空气在入侵热带气旋外围时,最主要改变的是外围的环流场.北半球冷空气的入侵将会增强热带气旋北面的北风,形成指向热带气旋中心的推力,即辐合增强,暖空气入侵减弱北面的北风,形成背向热带气旋中心的拉力,即辐合减弱.由于拉力作用,一方面把边界上由于冷空气入侵而生成的能量往热带气旋中心输送,另一方面导致温度梯度的增加.因此从天气学形势来看,在热带气旋发生发展的过程中,北方的冷高压将会增强热带气旋北面的风速,从而导致热带气旋的增强;南半球澳高的增强,将使越赤道气流增强,热带气旋南面的风速也因此增强,从而引起热带气旋的增强.     

热带气旋Rossby波能量频散问题研究进展

热带气旋是发生在热带洋面上的强烈气旋性涡旋.由于地转涡度梯度的存在,热带气旋在移动过程中不断发生Rossby波能量频散,并在热带气旋运动方向的后部激发出反气旋和气旋交替排列的Rossby波能量频散波列.多热带气旋共存和热带气旋的异常运动是当前国际热带气旋研究领域的热点问题,热带气旋Rossby能量频散被证实与多个热带气旋连续生成和异常运动密切相关.本文从热带气旋能量频散及波列特征、主要影响因子、反馈作用等方面,回顾总结了国内外关于热带气旋Rossby波能量频散的相关研究进展,并提出当前亟待解决的一些科学问题.目的是为深入研究热带气旋Rossby波能量频散及其影响提供基础和参考,以期使更多的研究学者关注热带气旋能量频散问题,从而进一步揭示热带气旋生成、发展和异常运动的动力学机理.

     

近50年影响中国热带气旋的气候变化特征

本文用CMA-STI整编的热带气旋最佳路径和大风、降水观测资料,用分位数回归拟合法分析了过去50年热带气旋对我国及四个区域（华南、华东、东北和内陆地区）的风雨影响趋势.分析表明,在过去50年间,影响我国及各区域的热带气旋频数基本不变,但对全国及东北地区而言高频年份有显著减少.影响的热带气旋在南海西北部及广东和山东半岛一带的活动有显著减少.过去50年热带气旋影响季节特征最主要的变化是内陆地区的影响日数在分布的主峰区有明显变化,影响日数少的年份显著减少.过去50年间,热带气旋所致的大风在全国及各区的平均风速的大值一致减少,但阵风风速的趋势出现分化,且各区也不相同.而热带气旋的降水影响,最大过程降水量和最大1小时降水量虽有变化但趋势不显著.     

热带气旋边界层关键结构研究进展

边界层的动热力结构在很大程度上决定了热带气旋(TC)的发生发展,首先,TC边界层是触发TC对流的源地,并作为海-陆-气能量交换的主要中介,提供TC发生发展的重要能源;其次,边界层是TC对流发展所需水汽的主要输送通道;第三,TC登陆时,陆地下垫面摩擦直接作用于边界层,加强辐合、对流和湍流输送.对这些特征的了解有利于从根本上掌握TC发展变化的规律,为提高登陆TC分析和预报水平奠定基础,具有重要的科学价值和实际意义.本文在前期TC边界层研究工作的基础上,从热力学和动力学的角度,介绍了近年来国际上关于TC边界层风场、湍流交换、卷涡、能量和水汽输送等关键结构特征研究的主要进展.阐述了边界层入流对于TC能量平衡、水汽输送的重要作用,揭示了边界层超梯度风现象存在的机制和成因,以及边界层卷涡与边界层动量输送和TC强度发展的关系.这些认识有助于加强TC边界层关键结构对TC发展作用的理论认识.在此基础上,指出了目前TC边界层研究中存在的核心难点问题,并建议将TC边界层研究与数值预报方法相结合:除了将边界层观测通过资料同化应用于TC数值模式初始化,还可研究优化与TC涡旋结构相关的边界层参数化方法,实现TC数值模式初始化与边界层物理过程的衔接,探索可切实改进TC预报的有效途径.     

热带气旋年潜在影响力指数

研究了热带气旋年潜在影响力指数（YTCPI）与我国热带气旋活动、灾害损失以及主要背景场的关系,结果表明,1971～2010年,登陆我国以及在24h警戒线内活动的热带气旋频数与YTCPI的相关系数分别为0．58和0．56（显著性水平达到99．9％以上）,一年中热带气旋活动点次和平均风速的乘积以及参考目前常用的热带气旋综合指数定义的平方和指数、立方和指数与YTCPI的相关系数分别为0．75,0．82和0．78,1994—2009年修正的直接经济损失与YTCPI的相关系数为0．57（显著性水平达到95％以上）,这表明YTCPI可以反映热带气旋影响我国的活动情况以及潜在影响程度．1971～2010年前期冬季平均的海表温度场、850和500hPa高度场的EOF第一模态空间分布型的中心与相应的YTCPI高相关区分布较为一致,且第一模态的时间序列与YTCPI指数的相关系数分别为0．46,0．44和0．4,显著性水平达到99％以上,表明主要环境场的信息能够较好地反映在与YTCPI的相关关系之中．总的来说,YTCPI作为一个综合指数,比登陆或影响频数作为预测对象更具优势,应用价值较高．     

热带气旋路径预报概率圆应用

热带气旋路径预报采用预报概率圆可以有效减少不可避免的预报错误,在2004～2007年中央气象台主观路径预报资料的基础上,使用统计方法并根据预报误差与热带气旋预报移动速度和移动方向的相关关系分类,分别计算了相应的24、48、72 h路径预报的70%概率圆半径,修改了原来业务中使用的概率圆半径,以期替代原来在业务中使用的概率圆半径。同时应用修改后的概率圆半径对近5年的路径主观预报进行了分析,给出了2004～2007年预报误差分布特点以及较大预报误差热带气旋个例的误差产生原因,并讨论了该方法改进的可能性。     

热带气旋集合预报中的不确定性研究

综合考虑了数值天气预报过程中的两种不确定性：初值和模式的不确定性,建立了一个拥有20个成员的中尺度集合预报系统来模拟1997年热带气旋Danny的路径和对流系统.发现模拟气旋路径的集合平均误差在12 h以后比所有成员的误差都小.通过考察模拟结果对各种不确定性的敏感性,发现两种不确定性在模拟中都很重要,但不同的不确定性对模拟结果的贡献是不同的.初值的不确定性主要影响模式积分的前12 h,模式的不确定性在整个积分过程中始终存在.不确定性最敏感的区域主要分布在气旋附近的强天气区.     

由热带气旋MATTHEW引起的非潮汐负荷效应影响

热带气旋能在短期内造成海水和大气质量的重新分布,使得近海地表受力发生变化,进而产生非潮汐负荷形变,对现今高精度大地测量的影响已不容忽视.为了保证空间大地测量结果的精度和稳定性,热带气旋引起的地表形变必须进行有效的估计.因此本文联合NOS、GLOSS验潮站数据与海潮模型,通过获取非潮汐残余量分析了热带气旋"MATTHEW"引起的风暴潮.利用ECCO海洋环流模型、ERAin大气再分析模型、HUGO-m海洋动力学模型,分别估计了"MATTHEW"引起非潮汐海洋负荷、非潮汐大气负荷、动力学响应下非潮汐海洋负荷对地表位移的影响,结果表明热带气旋影响下的广大区域地表都不同程度受到非潮汐负荷的作用,最大位移分别达到-9.13 mm、3.31 mm、-6.11 mm,并且加入动力学响应的非潮汐海洋负荷要普遍大于IB（Inverted Barometer）响应下的结果.在对比不同位置站点所受负荷差异时,发现"大陆站"非潮汐海洋负荷形变普遍大于"岛屿站",而"岛屿站"更易受非潮汐大气负荷的影响.     

热带气旋风场模型构造及特征参数估算

探讨了利用气旋风场分布的经验模型估算热带气旋尺度(8级大风圈半径)的方法.用美国联合台风警报中心整编的2001年西北太平洋热带气旋的“最佳尺度”资料,确定了各模型的经验常数,并计算了各模型的估算精度.结果表明,“VBogus”模型能获得热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)尺度的较好估算.基于“VBogus”模型,通过拟合热带气旋尺度的非对称分布,构造了能描述热带气旋非对称风场的"修正VBogus"模型,并估算了该模型中各参数在不同季节和不同地理区域的取值,为热带气旋尺度变化和非对称结构机制等问题的研究和应用提供新依据.     

热带气旋路径预报的遗传算法客观综合决策研究

研究了一种采用遗传算法(GA)用于台风移动的多预测结论的客观综合决策方法. 通过对1884~2002年的台风数据超大样本训练学习, 设计了用于台风路径预测的遗传学习人工神经元网络(GLANN), 可以把台风移动的预测转化为在其移动中对运动环境动态变化的适应. 采用GA进行网络结构描述, 提出一种遗传选择适应度函数设计, 并给出获得适应度最高(误差最小)的计算方法. 采用人工神经元网络遗传算法与其他方法, 对近年来异常路径台风进行了预报能力的平行对比分析. 参加对比试验的台风有多种类型, 包括海、陆生命史较长, 且登陆影响严重的9711号台风(Winnie), 20世纪90年代以来登陆并影响我国的10个疑难路径台风, 1998年登陆及影响我国的台风, 以及2000年在西北太平洋和南中国海生成的台风24~48 h预报. 试验结果表明, GA方法优于其他方法, 对异常路径台风表现出明显的预报能力.     

印度洋偶极子对北印度洋热带气旋活动的影响研究

利用JTWC提供的1981～2010年北印度洋热带气旋路径资料,NECP提供的风场、OLR场等资料,以及NOAA提供的SST资料,使用统计诊断方法研究了北印度洋热带气旋活动时空分布特征及其与印度洋海温的关系.结果表明：北印度洋热带气旋活动频次EOF1占总方差贡献的比例为16%,反映了北印度洋整个海盆尺度热带气旋活动频次变化基本一致的分布形态,但是其空间分布具有不均匀性,表现为以孟加拉湾热带气旋偏西路径变化为主的特征;小波分析表明EOF1模态有显著的准5年变化周期.印度洋偶极子对北印度洋热带气旋活动年际变化影响显著,其影响机制概念模型为：印度洋偶极子处于正（负）位相模态时,印度洋海温异常呈显著的西暖东冷（西冷东暖）型分布,造成北印度洋上空对流减弱（加强）、低层有反气旋（气旋）式环流异常,不利（有利）于热带气旋在北印度洋生成,北印度洋热带气旋活动频次偏少（多）;且可造成孟加拉湾上空西风引导气流加强（减弱）,进一步使得出现在孟加拉湾90°E以西的偏西路径热带气旋偏少（多）.     

热带气旋引起的震颤波

宽频地震观测技术提供了前所未有的更丰富的地球物理信号,对其新信息的探索和应用研究是一个正在挖掘的领域。目前宽频地震观测中的小振幅震颤和低频的微震动越来越受到国际上的广泛关注,并成为一个研究热点。不同地区观测到的震颤在性质上很不相同,而且震颤的产生原因也是多样的,因此,对震颤的观测和认识（特别是和地震的关系）还在丰富之中。     

海南井水位对热带气旋响应特征的分析

大量观测资料及实验研究证实,地下水对地壳应力-应变的响应频率较宽,可记录到地震波中的瑞利波(10～20 s)、潮汐波动(1/3～1/2 d)、气压波动(儿小时至几十天)等.在文献中,已见热带气旋引起地震仪的震颤波,倾斜仪和重力仪的“脉动加粗”等方面研究成果,但井水位对大气环流、雷暴高压、热带气旋等的响应,则未见报导.     

热带气旋引起的震颤波

在中国地震台网的宽频数字地震计和倾斜、重力仪的观测中,记录到来自西太平洋热带气旋（热带风暴、台风）引起的震颤波.通过对2006年来自西太平洋的全部热带气旋的分析,以及所观测到的震颤波与气旋运动过程中强度的变化、运动路径、观测点与其之间的距离变化等方面的分析研究得到以下结论：震颤信号的持续时间与热带气旋的生命过程基本相符,其中出现强震颤的时间大多为2～3天,特征为信号的包络线呈纺锤状叠加在观测背景上,震颤波的主要频率范围为0.13～0.33 Hz（周期：3～7 s）.我国内陆大部分区域内的宽频地震计、重力仪、倾斜仪等都能清晰记录到这类由热带气旋引起的震颤波.震颤波的强度主要与热带气旋的强度、运动路径以及气旋中心到地震观测台站的距离这几个因素直接相关;而震颤波的变化过程与热带气旋的运动和变化过程密切相关,其中强震颤波的出现时间与气旋过大陆板块边界进入大陆架的时间一致.经对热带气旋的结构、运动规律及动力学特点的了解分析,初步分析认为其主要源于热带气旋运动过程中与浅海区大陆架及陆地表面的摩擦、气压载荷变化以及由此产生的海浪对地壳板块的冲击,及板块边界断层对气旋扰动的响应.此外,我们对北印度洋孟加拉湾生成并在缅甸登陆的热带气旋也进行了实例分析.结果表明：与西太平洋相比,北印度洋热带气旋引起的震颤波对我国大陆的地震观测而言信号较弱.     

斜压大气中热带气旋运动特征的动力分析

从绝热、无摩擦、无环境场作用条件下的原始方程组出发,讨论了热带气旋的动力平衡特征,并分别导出了正、斜压大气中综合描述热带气旋中心强度变化的物理量(dI/dt)及其动力平衡关系式,进而分析了正、斜压大气中的热带气旋强度变化及移动的特征.结果表明:热带气旋的定常运动具有"相当地转风平衡”的特征,其等"压能”线和等位涡线均与流线重合;"β涡旋对”及由高(低)层水平风正(负)垂直切变产生的"切变涡旋对”之间的"通风气流”均使热带气旋的强度减弱,高(低)层涡度的负(正)垂直平流则增强热带气旋的强度;热带气旋的中心有向极、向高(低)层涡度垂直平流的梯(升)度方向移动的趋势,垂直运动及高、低层水平风速垂直切变的非对称结构对热带气旋的移动有影响;"γ效应”则是"通风气流”牵引热带气旋移动的动力机制之一.     

西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析

本文使用西北太平洋累积气旋能量（ACE）月尺度异常序列,对850 hPa相对涡度、地表纬向风、柱水汽含量、OLR、降水和SST等大尺度环境场变量进行时滞回归分析,讨论了月尺度TC活动对大尺度环境场的影响及其与周尺度的区别和联系.结果表明：（1）月尺度ACE回归出的纬向风无论是强度还是范围都要明显大于周尺度ACE回归结果,TC的频繁发生,尤其是强度大且持续时间长的近赤道TC,对于激发或加强TC活动区域南侧的低纬地区西风异常有一定的积极作用,持续并且强度较大的西风异常可能导致西风的爆发,而西风爆发会在很大程度上影响ENSO事件的发生和演变.（2）在月尺度上,OLR、柱水汽含量、降水和SST等物理量均呈现出较为明显的El Niño型分布,而在周尺度上,仅SST呈现出明显的El Niño型分布,这在一定程度上反映了月尺度TC活动和太平洋ENSO信号之间存在更密切的关联.（3）在TC发生后1-2月,TC的主要生成区域柱水汽含量减少、OLR增大,这会在一定程度上降低该区域生成TC的潜能.虽然TC所引起SST降低的空间尺度很小,但其通过大气和海洋的传导会扩大到更大尺度上,由于这种反馈具有一定的滞后性,所以月尺度TC对大尺度环境场影响的信号更为显著.

     

斜压大气中热带气旋运动特征的动力分析

从绝热、无摩擦、无环境场作用条件下的原始方程组出发,讨论了热带气旋的动力平衡特征,并分别导出了正、斜压大气中综合描述热带气旋中心强度变化的物理量(dI/dt)及其动力平衡关系式,进而分析了正、斜压大气中的热带气旋强度变化及移动的特征.结果表明:热带气旋的定常运动具有"相当地转风平衡”的特征,其等"压能”线和等位涡线均与流线重合;"β涡旋对”及由高(低)层水平风正(负)垂直切变产生的"切变涡旋对”之间的"通风气流”均使热带气旋的强度减弱,高(低)层涡度的负(正)垂直平流则增强热带气旋的强度;热带气旋的中心有向极、向高(低)层涡度垂直平流的梯(升)度方向移动的趋势,垂直运动及高、低层水平风速垂直切变的非对称结构对热带气旋的移动有影响;"γ效应”则是"通风气流”牵引热带气旋移动的动力机制之一.