基于不同资料的影响南海热带气旋环流背景对比

利用1981—2020年中国热带气旋最佳路径数据集、中国大气再分析资料(CMA-RA)、欧洲中期天气预报中心ERA5及美国NCEP/NCAR再分析资料(NCEP-Ⅰ),对比不同资料在表征影响南海热带气旋活动环流背景的能力,探讨CMA-RA的适用性。结果表明:不同资料基本刻画出与热带气旋活动密切相关的环流特征,包括南方涛动、菲律宾至南海低层纬向风、热带低层纬向风反向分布型、菲律宾至南海中东部低层涡度、热带西太平洋垂直风切变及南海至菲律宾以东海域中层湿度。它们对南方涛动、关键区纬向风和中层湿度的刻画较相似,CMA-RA和ERA5对南方涛动、低层纬向风及其与热带气旋关系的描述一致性高,较NCEP-Ⅰ密切,但低层经向风、关键物理量差异较大。对极端年环流具有相似的表现能力,但异常程度存在差异,海平面气压、低层纬向风高度一致,以CMA-RA与ERA5最接近;中层湿度CMA-RA与ERA5接近,较NCEP-Ⅰ偏小;关键物理量差异较大。CMA-RA对南海热带气旋环流的刻画具有与ERA5和NCEP-Ⅰ相当的性能,并与ERA5一致性较高,可为相关工作提供可替换的再分析资料集。

南海-西北太平洋季风槽及其与热带气旋的关系:不同再分析资料对比

利用1981—2020年中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集、CMA大气再分析资料(CMA-RA)、欧洲中期天气预报中心再分析资料(ERA5)及NCEP/NCAR再分析资料(NCEP-I),对比CMA-RA与ERA5、NCEP-I对南海-西北太平洋季风槽及其与南海热带气旋活动关系的表现能力,探讨CMA-RA的适用性。结果表明:不同资料均表征出南海和西北太平洋西段槽区低层气旋式涡旋明显、东段均匀的特征,CMA-RA和ERA5对低层涡度场描述的差异较小。两两资料间得到的季风槽强度的相关性较高,且为CMA-RA>ERA5>NCEP-I,对南海槽区的描述差异最大;对东伸点的刻画具有较高一致性,CMA-RA较ERA5和NCEP-I偏西;但对南北位置的刻画一致性较差,其中CMA-RA与ERA5的差异较小。所有资料均刻画出季风槽区中、低层强辐合、高层强辐散的结构,沿105°~160°E平均的涡度垂直剖面差异以CMA-RA与ERA5最小、CMA-RA与NCEP-I最大。CMA-RA季风槽与热带气旋频数关系最密切,ERA5次之,ERA5季风槽强度与热带气旋强度关系最密切,ERA5和CMA-RA季风槽东伸点与热带气旋强度关系较NCEP-I密切。总体来看,CMA-RA对季风槽及其与南海热带气旋活动关系的刻画具有与ERA5和NCEP-I相当的表现能力,且与ERA5的一致性高。

盛夏海南岛防区台风累积动能气候异常特征分析

利用1981—2018年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料和OA Flux3潜热通量数据,分析了盛夏海南岛台风累积动能(Accumulated Cyclone Energy,ACE)气候特征及异常年大气环流形势和相关物理量特征。结果表明:1981—2018年盛夏海南岛ACE呈先下降后上升的变化趋势,同时具有明显年代际特征,2010年后存在准2 a显著周期。盛夏ACE偏高(低)年,西太副高偏大(小)偏强(弱)偏西(东),其南侧伴有偏强(弱)的季风槽,台风北侧对流(不)活跃;低层防区内存在异常气旋式切变(反气旋式环流),海南受偏东(西)异常气流影响,有利(不利)于对流、水汽等向台风环流并入而加强(削弱)台风,120°~130°E越赤道气流(不)活跃;菲律宾以东至南海高空抽吸作用偏强(弱),盛行异常上升(下沉)运动,且环境风垂直切变偏小(大);东海—日本海潜热通量偏小(大),热带西太平洋及南海低层为水汽辐合(散)区。

海南岛新旧气候态下气候的差异及其影响

利用1966—2022海南岛18个国家气象观测站的气温、降水和日照观测数据,对比了新气候态(1991—2020年)和旧气候态(1981—2010年)下海南岛的气温、降水及日照时数的差异特征,并分析了气候态更替对气候业务的影响.结果表明:(1)新气候态下海南岛各地较旧气候态偏暖,年平均气温增幅呈北半部高南半部低的空间分布,年平均最低/最高气温也偏高,其中平均最低气温的增幅最大,各月气温一致性偏高,不同阈值高温日数均增多;(2)新气候态下大部分地区的气候较旧气候态下的气候偏湿,新旧气候态差异呈月际非均一性和空间不一致性特征,冬季和夏季偏湿,夏季增湿最显著,春季和秋季偏干,新气候态下海南岛的暴雨、大暴雨及以上等级的极端降水发生概率增加;(3)新气候态的年日照时数总体少于旧气候态的年日照时数,且各月变化分布不均匀;(4)气候态更替对海南岛气候影响评价、气候预测业务以及服务都造成一定影响,尤其对于差异较大的地区和月份.

海南岛最高和最低气温的非对称变化

利用海南岛具有46年资料的13个站点1959-2004年1月、4月、7月、10月及年平均温度、平均最高最低温度、极端最高最低温度,研究海南气温变化的气候特征,结果表明,海南岛最高最低气温变化在空间分布,线性增温趋势的稳定性、倾向率和突变现象均有明显的非对称性特征:最高气温变化的空间分布表现为北高南低,而最低气温变化的空间分布表现为南高北低;各季节的平均最低气温的线性趋势均稳定,极端最低气温在冬季和夏季线性增温趋势稳定,而各季的平均、极端最高气温增温趋势均不稳定;最低气温的倾向率在各个季节或年平均上比最高气温的倾向率大得多,冷季的线性倾向率明显大于暖季;平均最高气温在四季均不存在明显突变,而平均最低气温则均有突变。

中国夏季降水与太平洋SSTA年代际变化关系的初步研究

利用1951～2001年逐月NCEP再分析高度场、风场资料,COADS海表温度资料及中国147个台站逐月降水资料,运用SVD分析、SVD与回归分析相结合等方法,研究了太平洋SSTA与中国夏季降水年代际变化的相互关系,发现热带西太平洋是影响中国华南降水年代际变化的关键区,1950年代～1970年代后期,该海域SSTA为正,对应中国长江以南地区的夏季降水偏多,而长江以北则偏少;1970年代以后反之;影响中国长江中下游地区及其两侧降水年代际变化的关键区在中纬中部北太平洋,1970年代后期～1990年代前期,该海域SSTA为负,对应长江中下游夏季降水偏多,其两侧降水偏少;影响中国东北降水年代际变化的关键区是低纬中太平洋,1970年代～1980年代前期,低纬中太平洋SSTA为负,与之对应,中国东北夏季降水偏少;1950年代～1960年代中期、1990年代前、中期则反之。进一步对太平洋SSTA年代际变化影响中国夏季降水年代际变化的可能机制作了初步的研究。

海南热带气旋降水的气候特征

整理出海南1962-2004年的热带气旋的降水资料,我们分析了海南省热带气旋降在海南省总降水中的地位及其变化特征,结果表明:海南热带气旋降水平均占年总降水量30%,但呈每10 a 3%的显著线性下降趋势;海南热带气旋降水与年总降水相关显著,年总降水显著偏少的年份,热带气旋降水偏少;热带气旋降水显著偏多的年份,年总降水量偏多;海南热带气旋降水变化的空间特征表现为明显的一致型,时间特征表现明显的周期性:高频的年际变化周期70年代前期以前为3 a周期为主,80年代中期以后以2 a的周期为主;低频的年际变化周期80年代以前以8—9 a为主,80年代以后以准6 a为主;年代际变化则以准17 a的周期为主。

近44a中国冬夏气温变率及其对区域变暖性的影响

利用近 4 4a中国 85个测站冬夏季逐日平均、最高和最低气温序列 ,研究冬夏季温度季节变率及其时空演变特征 ,探讨其对区域变暖稳定性的影响。结果表明 :冬季 ,除高原、西南、东北以外的中国大部分地区 ,温度的季节变率存在显著下降趋势 ,是近期变暖的稳定区 ,其中变暖最为稳定、显著的区域是西北、华北地区 ,东北北部虽变暖幅度很大 ,但稳定性最差 ;夏季 ,长江中下游及其江南地区温度变率存在显著上升趋势 ,2 0世纪 70年代后年际变幅明显增大 ,表明该地区 80年代降温的稳定性差。

夏季西北太平洋台风生成数的敏感性因子

比较了台风生成参数中各因子与西北太平洋7—9月台风生成数(WNPSTYN)的相关关系,也比较各因子在北半球台风主要源区的纬向距平分布特征,发现涡度因子与WNPSTYN的关系最好,在台风生成条件中相对富有但不特别富足的特性决定了其是WNPSTYN年际变化的敏感性因子。同时还分析了西北太平洋关键区涡度因子年际变化的来源和表征台风生成数的优越性,发现关键区涡度因子年际变化与南方涛动、南极涛动和澳洲东部高度场的年际变化有关,体现了南半球两大系统和ENSO对WNPSTYN的影响;涡度因子与WNPSTYN的显著相关区与台风生成源地集中区一致,表征台风年际变化有明显的优越性。这些特性对关于WNPSTYN的影响机制研究和气候模式模拟有非常重要的意义。

西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

比较分析中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心(JTWC)和日本RSMCTokyo台风中心(JMA)台风资料频次的年际、年代际变化和周期变化特征,结果表明,不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异,热带气旋生成数的差异较为明显,台风生成数的差异相对要小,CMA资料中热带气旋、台风生成数相对偏多;CMA与JTWC间热带气旋生成数年际间变化差异显著而难以忽略,其差异主要来自TD生成数的明显不同;三个中心关于台风生成数的一致性比较好,其中JMA台风资料与另外两个中心资料间的一致更好;CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异,但年代际间变化有明显差异,主要表现为1990年代的反位相;台风生成数资料可能在1960年代后期存在非均一性。

南海和西北太平洋台风潜在破坏力的气候特征初步研究

本文在定义台风潜在破坏力(TYDP)、台风破坏时间(TYDT)和台风潜在破坏强度(TYDS)基础上,利用中国气象局上海台风所整理的最优路径数据集资料,分析了南海和西北太平洋上三者的分布特征和变化特征。结果表明:台风破坏力和破坏时间主体分布在南海中北部、台湾岛和菲律宾以东的西北太平洋;主要集中在下半年,高峰月主要分布在9月、8月或10月,南海各区台风活动期长度和高峰月有明显差异;南海和西北太平洋区域台风潜在破坏力、破坏时间及破坏强度主体呈减小(少、弱)趋势,但存在一定的空间差异;台风破坏强度减弱倾向的空间一致性较好,南海和西北太平洋区域的东西两侧呈微弱的增强趋势。

基于ANN架构的新能源发电预测模型的研究

以风能和太阳能为代表的新能源具有随机性、间歇性和波动性,对新能源发电功率进行预测是有效解决以上问题的途径。为解决可再生能源(Renewable Energies,REs)在电力网络中不断整合对电力供应系统去中心化带来的问题,提出了一种基于神经计算的预测模型。首先,获取不同的数据集,并介绍了数据使用方法;其次,对不同的人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)架构进行了深入研究,同时探讨了不同的输入特征,以及对预测结果不确定性的评估方法;最后,通过模拟实验表明在光伏发电方面,本模型的预测相对平均绝对误差(Relative Mean Absolute Error,RMAE)可以在夏季达到2.5%,在冬季达到0.5%。而在整个年度内,通过使用输入类别特征的减小均值,光伏和风力发电的RMAE分别可以达到1.7%和4.9%。这一方法的实施为地区可再生能源的集成提供了有力支持,同时也为应对可再生能源的波动性和不可控性提供了新的解决思路。

非汛期影响海南热带气旋的活动变化特征

根据1949～2002年共54年的台风资料对非汛期(10月～次年4月)西北太平洋台风活动的气候特点进行了统计分析,指出:非汛期内影响、严重影响海南的热带气旋频次均无明显的减少趋势,其频次存在准10年、15～20年的主周期,其年代际变化表现为1950年代中期～1960年代后期偏少,1970年代前期偏多,1970年代后期偏少,1980年代偏多,1990年代偏少;非汛期内严重影响海南的较强的热带气旋主要出现在拉妮娜年且其年代际变化也存在15～20年的主周期,1950年代后期到1960年代前期活动的热带气旋偏弱,1960年代后期～1970年代前期偏强,1970年代后期偏弱,1980年代偏强,1990年代又偏弱;较强的热带气旋(中心极值940hPa以下)均生成于135°E以东的洋面,而其源地越西,其强度越小;非汛期登陆海南的热带气旋的登陆点均处于海南岛的东侧海岸线上,1970年代中期以后,登陆点有南移趋势,且均以台风形式登陆。

海南岛强台风事件的气候特征

利用1949—2018年台风资料、海南历史灾情资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用观测分析、正交函数分解等方法,综合台风强度和灾情,识别出1949年以来共24个影响海南岛的强台风事件(以下简称HNVTE),并从时间分布、源地路径、发展变化与破坏潜力以及海温背景4个方面分析其气候特征,结果显示:HNVTE在总体呈减少趋势的基础上,存在明显的年代际变化特征,同时还存在集中发生活跃期和长期沉寂间歇期的年际变化特征;HNVTE发生在下半年,高发月份是9月和10月,但10月发生概率有明显减少趋势;HNVTE中TC主要源自西北太平洋,大体在菲律宾以东海面生成后,先西行至菲律宾中部群岛再西北行自海南岛,或先西北行至菲律宾北部再西行至海南岛,主要登陆点是文昌,但其影响也有南移倾向;HNVTE中TC需在南海继续加强,特别是1971年后需在南海有快速发展,潜在破坏力极值随时间有增大趋势,振幅在1980s年代后有变大趋势;HNVTE与海温的联系有明显的年代际差异,1987年前中东太平洋冷状态和南海-西太平洋偏暖有利HNVTE发生,而1987年之后中东太平洋弱的暖状态有利于HNVTE的发生,但由于南海-西北太平洋海温突变式升高导致HNVTE发生概率显著降低。对这些特征规律的认识可为HNVTE预测提供有力的帮助。

儋州市春季雷雨大风的天气气候特征

对2010—2019年儋州市国家基本气象站及区域自动站数据统计分析表明:儋州市南部最常出现雷雨大风天气,春季年平均出现1.36 d,西部雷雨大风局地性较强。儋州市年均雷雨大风天数呈现出双峰型,3—5月雷雨大风天数逐月增多,下午为雷雨大风出现的高峰时段。儋州市雷雨大风风力以7级为主。根据500 hPa的天气形势,将儋州市雷雨大风分成南海低槽型、变暖高压脊型、副高型、西南热低压型、冷空气偏东下型、冷空气偏西下型,其中西南热低压型出现最多,每年春季平均出现10.9 d。

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。

海南岛气候特征分析

为了更全面系统地了解海南岛的气候特征,更好地服务于经济和社会,利用海南岛18个市县气象站1951—2020年的逐日和逐月气象观测资料,从气候态、极端态和灾害态对海南气候进行了分析,结果显示:海南各地年平均气温均高于23℃,中部山区低东南沿海高,月际变化呈近似对称的单峰型分布,6—7月达最高;年雨量900 mm以上,东西差异大,五指山脉东部和东南迎风侧降水高值中心可达2000 mm以上,月际变化呈阶梯状、非对称单峰型分布,高峰月在9月;年日照时数在1700 h以上,沿海高于北部内陆和中部山区,月际变化呈双峰型分布,主峰在7月、次峰在5月、低谷在2月,显示出明显的雨、热、光同季特征。海南岛北部极端最高气温高于南部,两者均在38℃以上,高值中心可达41.1℃;中部山区极端最低气温低于四周,最低值达−1.4℃;各地最多年雨量在1500 mm以上,最少年雨量少于1500 mm;最长连续雨日在26 d以上,多出现9—10月,最长连续无雨日接近或超过30 d;各地最大日雨量超过300 mm,最大过程雨量在600 mm以上。海南岛高温集中在5—7月,全岛平均高温日约20 d,呈北多南少分布;五指山以北地区低温阴雨较为常见,年均低温阴雨过程1~2次,低温阴雨日数约10 d,五指山以南相对罕见;暴雨日数东多西少,全岛平均年暴雨日约8 d,月际分布呈非对称单峰型,5—10月平缓增多,10—11月断崖式下降;暴雨灾害以单站暴雨为主,半岛范围暴雨是小概率事件,全岛性暴雨非常罕见,均出现在2000年后;气象干旱常见,西部和南部沿海冬春连旱频繁,在秋季台风降雨少时,其他地区也易见冬春连旱。

海南岛气温年际变化与海温的关系

利用1966～2007年海南岛18个市县逐月平均气温和NCEP再分析海表温度资料，对海南各季平均气温年际变化的时空特征及其与不同海域海表温度的相关关系进行了较细致的分析，结果表明：海南各季节气温年际变化的空间分布呈现出很好的一致性；西北太平洋西部是影响海南省冬季气温年际变化的关键区，受海温影响最显著的是中部山区；热带印度洋是影响海南省春季气温年际变化的关键区，受该海域表面温度影响最显著的是南部地区；南海海域是影响海南省夏季气温年际变化的关键区。受该海域表面温度影响相对较弱的是东南少部分地区；热带东太平洋是影响海南省秋季气温年际变化的关键区，受该海域海表温度影响相对较弱的依然是东南的少部分地区。

海南21世纪气候变化预估分析

利用RCP4.5和RCP8.5情景下区域气候模式RegCM4.0单向嵌套BCC_CSM1.1全球气候系统模式输出结果中海南岛区域的格点进行站点插值后的预估数据,分析了海南本岛21世纪气候变化情景,结果表明:21世纪海南岛总体呈变暖、变湿趋势。在RCP4.5情景下,年增暖倾向率为1.4℃/100a,在RCP8.5情景下,年增暖倾向率为3.4℃/100a。RCP4.5情景下,增温幅度最大的是冬季;RCP8.5情景下,前期增温幅度最大的是冬季,中期增温幅度最大的是夏季,后期增温幅度最大的在秋季。21世纪年降水距平百分率的变化有明显的阶段性变化。RCP4.5情景下前、后期降水增多不明显,中期增多明显;RCP8.5情景下前、后期的降水增加幅度比中期更明显。21世纪冷季降水可能减少,秋季可能更明显,冬季次之;暖季降水可能增加,夏季可能更明显。

南海区域对流活动的气候特征及其与ENSO的关系

利用1979—2013年NCEP再分析向外长波辐射、降水率和ENSO指数资料,运用联合经验正交函数等诊断方法,分析了南海区域各季对流活动年内、年际尺度变化特征和年际变化与同期ENSO指数的关系。结果表明:南海南部对流活动各月之间少变,南海中北部区域对流被抑制期和活跃期均较为持久,对流活跃区5月中旬中期跳跃北扩,9月后由北向南缓慢撤退;南海区域秋、冬和春季变化表现出良好的全区一致性,冬季对流活动较好地保留了上年秋季的异常状态,并进一步稳定地持续到春季;秋、冬和春季活动的年际变化很可能受ENSO调制,厄尔尼诺状态下,南海对流活动受抑制,拉尼娜状态下相反;夏季对流活动表现出南北反向型和全区一致型的两类重要年际变化形态,前者可能受ENSO的调制,厄尔尼诺抑制南端对流而使北端对流更活跃,后者有明显的线性趋势,气候变暖使夏季南海上空对流更活跃;春季对流的异常状态很难持续到夏季。