秋季西北太平洋热带气旋累积能量的年际变化及其预报

秋季是西北太平洋热带气旋平均强度最强的季节,热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)是热带气旋平均强度的表征指标,基于1979—2015年日本气象厅最佳路径热带气旋数据集,以及美国冰雪中心海冰数据和哈得来环流中心海温数据,利用回归分析和多元逐步回归等方法,对秋季西北太平洋ACE指数进行了分析和预报。研究表明:秋季西北太平洋ACE指数具有显著的年际变化特征,与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关,最大和最小值分别出现在1991年的厄尔尼诺年和1999年的拉尼娜年,在厄尔尼诺发展年的秋季ACE一般较强,而在拉尼娜衰减年的秋季热带气旋强度则较弱; ACE指数变化受来自北极海冰变化强迫中纬度异常波列的影响及其受到厄尔尼诺海温模态的调制;由于海冰在波弗特海的异常增多,强迫对流层高层夏季出现类似北半球环球遥相关型异常波列,波列正压下传,使得夏秋季西北太平洋副热带高压东退北移;副热带高压活动的变化和太平洋海温的异常分布影响了局地的环流,热带气旋生成源地弱的垂直风切变区域偏东和涡度显著增大有利于热带气旋在暖海洋上发展强盛。最后进行建模预报,预报效果为0.69。若单独使用海温或海冰作为唯一要素来预报,预报效果将大大降低。

西北太平洋7~8月热带气旋累积能量的统计预报

本文主要利用信息流特有的因果关系,从海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)场和各种海—气指数中挑选引起西北太平洋(Western North Pacific,WNP)1979~2020年7~8月份热带气旋累积能量(Accumulated Cyclone Energy,ACE)主导模态年际变化的因子,利用多元线性逐步回归方法进一步筛选预报因子并建立预报方程。由经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解得到的7~8月ACE前两个主导模态分别是海盆一致型和偶极型,海盆一致型主导模态对应的主成分时间序列(Principal Component,PC)预报因子为:超前3个月的海洋性大陆和北太平洋中部SST、超前5个月的准两年振荡(Quasi-biennial Oscillation,QBO)指数以及超前11个月的热带印度洋偶极子(Tropical Indian Ocean Dipole,TIOD)指数;偶极型主导模态对应的PC预报因子为:超前2个月的北大西洋北部SST、超前12个月的日本海沟SST、超前7个月的大西洋经向模(Atlantic Meridional Mode,AMM)指数和超前8个月的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数。根据这些预报因子建立PC预报方程,预报的PC和观测PC的相关系数分别达到0.75和0.77,均通过0.01显著性水平的显著性检验。进而运用交叉验证法检验预报模型的后报技巧及稳定性,发现所建的两个模型预报效果较好。1980~2020年间预报和观测的WNP区域平均ACE距平值的时间相关系数达到0.76,WNP范围内ACE距平场的空间相关系数平均达到0.35,预报模型对主导模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。

西北太平洋累积气旋能量的年代际变化

利用1949—2011年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,分析了西北太平洋累积气旋能量(ACE)的年代际变化特征。结果表明,西北太平洋热带气旋(ACE)的年代际变化主要分为1957—1967高值期、1976—1986过渡期和1998—2008低值期。其中强热带风暴(STS)、台风(TY)和超强台风(SuperTY),特别超强台风是决定成分。副热带高压偏弱,垂直风切变偏小,低纬度低空正涡度异常偏东以及低纬度海表面温度(SST)正异常偏东等背景场的年代际特征,有利于形成ACE的年代高值期。

西北太平洋热带气旋累积气旋能量时空特征分析

利用1949～2011年CMA-STI热带气旋(TC)最佳路径数据集,分析了西北太平洋各个等级热带气旋累积气旋能量(ACE)的时空分布特征。结果表明,各等级热带气旋ACE的年际时间序列中,热带风暴(TS)一直呈现缓慢发展趋势,其他等级则经历数个峰值,但其趋势不同;各等级热带气旋的平均ACE的年际时间序列中,热带风暴和台风(TY)呈现先减小、再增加、又减小的趋势,强热带风暴(STS)则呈缓慢增长的趋势,强台风(STY)则呈现10年左右的周期变化,而超强台风(SuperTY)则主要呈下降趋势。各月ACE分布中,TS、STS、TY、STY 4个等级的热带气旋均在9月达最大值,SuperTY在9月达最大值。TS、STS、TY的ACE空间分布的高频中心位于南海,STY和SuperTY的高频中心位于125°～135°E、15°～25°N的区域。

基于改进的累积气旋能量指数评估西北太平洋TC活动与ENSO的关系

采用1977—2008年日本气象厅(JMA)TC最佳路径集资料和美国气候预测中心(CPC)的ENSO资料,设计了一个考虑热带气旋(TC)尺度信息的累积气旋能量指数(SACE),据此分析了西北太平洋TC活动与ENSO之间的关系。结果表明:相比于不考虑尺度效应的ACE,引入TC尺度信息的SACE增加了较大强度、较大尺度TC活动水平的权重,能够更加准确地刻画TC强度及其影响,其与Ni1o指数的相关性进一步增强。SACE能够更好地表征西北太平洋TC活动与ENSO年际变化的关系,其对ENSO位相的依赖性相对于ACE更为敏感,是一个能更好预测ENSO状态的因子。TC强度、生命史、频数以及尺度均对SACE有一定的贡献,但生命史的贡献最大,这一方面说明ENSO主要通过调制TC生命史来影响SACE,另一方面也说明相对于强度、频数和尺度而言,TC生命史更能影响SACE中的ENSO信号。

ENSO事件对西北太平洋热带气旋影响的分级研究

采用1951—2006年联合台风警报中心(JTWC)最佳路径数据集和气候预测中心(CPC)ENSO资料,分析了西北太平洋不同等级热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)与ENSO指数之间的关系。结果表明:ACE与ENSO指数间存在正相关关系;分级热带气旋中,ENSO事件主要通过超强台风(Super TY)的活动与ACE指数联系起来的,超强台风频数在El Nio期间多于La Nia期间,同时持续时间也更长;ENSO指数和热带气旋活跃季超强台风ACE指数的滞后相关(ENSO指数滞后5个月内)与它们的同时相关大小相当。此外,还研究了分级热带气旋持续时间、强度和频数分别对ACE指数的贡献,结果显示超强台风频数的贡献最大。接下来,利用1951—2006年不同EN-SO位相情况下NCEP再分析资料,分析了ENSO影响超强台风发生发展的物理机制。主要结论为:西北太平洋存在一些SuperTY频数与源地分布在ENSO年与平常年相比有明显差异的关键区;EN-SO事件改变关键区低层相对涡度以及海表温度是其影响SuperTY源地及频数变化的重要途径。

西北太平洋热带气旋发源特征与突变初步分析

采用日本气象厅东京台风中心最佳台风路径数据集1977-2011年共35年的资料对西北太平洋热带气旋的发源情况和突变进行了研究分析。结果表明:(1)热带气旋发源地主要集中在两个地方,一个是菲律宾以东海域125-134°E、11°-21°N范围内,另一个是南中国海北部海域111°-119°E、14°-21°N范围内;(2)热带气旋的等级越高,其生成的经度越大,纬度越低;(3)热带气旋生成最多的月份是8月,热带风暴、强热带风暴和台风均以8月份最多,而强台风生成最多的月份是9月,超强台风生成最多的月份则是10月;(4)热带气旋的生命长度、累积气旋能量和功耗指数均与其生成经度成正比,密度峰值均在马绍尔群岛170°E附近;(5)通过对时间序列的热带气旋个数、生命长度、累积气旋能量和功耗指数进行滑动t检验,发现在1995年和1998年均存在突变,从1995年至1998年为热带气旋趋势突变的时间区间。

阿拉伯海热带气旋生成特征分析

利用印度气象局(India Meteorological Department,IMD)、国际气候管理最佳路径档案库(International Best Track Archive for Climate Stewardship,IBTrACS)提供的1982—2020年阿拉伯海热带气旋路径资料,美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料,对近39 a阿拉伯海热带气旋源地和路径特征、活跃区域、频数及气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)指数的季节特征和年际变化特征进行分析,并结合环境因素,说明其物理成因。结果表明:阿拉伯海热带气旋多发于10°~25°N,65°~75°E海域,5—6月、9—12月发生频数较高且强度较强,1—4月、7—8月发生频数较低且气旋近中心最大风速均小于35 kn;频数的季节变化主要受控于垂直风切变要素;阿拉伯海热带气旋发生频数和ACE近年有上升趋势,年际变化主要受控于海面温度(sea surface temperature,SST)和850 hPa相对湿度要素。

1979—2019年影响中国沿海的热带气旋与ENSO变化关系初探

采用1979—2019年热带气旋最佳路径资料,分析影响中国沿海的热带气旋的时空演变特征,并结合Ni?o3.4指数、海表温度和海洋上层热容量资料,对热带气旋与ENSO变化关系进行初步探讨。结果表明,近40年来影响中国沿海的热带气旋经历了1990年代减弱,2000年代增强的变化过程,且在2000年以后呈现显著向岸迁移趋势。影响中国沿海的热带气旋与表征ENSO的Ni?o3.4指数的相关关系在2000年发生突变,具体表现为ACE与Ni?o3.4指数在2000年前呈显著正相关,2000年后二者相关性明显下降。通过将ACE分解成平均强度ACE;、持续时间ACE;和频数ACE;这三个分量,发现2000年前Ni?o3.4指数与平均强度ACE;呈显著正相关,但2000年后Ni?o3.4指数与ACE;相关关系减弱,这可能是导致ACE与Ni?o3.4指数的相关关系在2000年左右发生突变的主要原因。持续时间ACE;与Ni?o3.4指数一直保持显著正相关,频数ACE;则与Ni?o3.4指数不存在显著线性相关关系。分析影响中国沿海的热带气旋活动与海表温度异常和海洋上层热容量异常在空间上的相关性,所得结果可以证实以上结论。

1951—2016年影响我国热带气旋的强度变化特征及其与ENSO的关系

利用1951—2016年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集、美国气候预测中心CPC Ni?o3.4指数以及英国Hadley中心Had ISST1海温资料,对影响我国热带气旋的强度变化特征及其与ENSO的关系进行了统计分析与相关性研究.结果表明,近年来影响我国热带气旋的强度总体呈上升趋势,其中强台风以及超强台风的强度上升趋势显著,现阶段影响我国的热带气旋正处于研究年限内的一个偏强时期,其强度仅次于20世纪50、60年代.在厄尔尼诺年的8月以及拉尼娜年的10月,热带气旋的强度特征指标较正常年增幅最大,其原因可能与ENSO事件年海水表面温度等海气要素的异常变化有关.

南海台风活动特征及其对渔业活动的影响

为获知台风在南海渔场的活动规律,满足我国南海渔业生产安全及渔场环境监测工作的需要,利用1959-2014年中国气象局提供的热带气旋最佳路径资料,分析了56年间影响南海渔场的台风活动特征。结果表明,影响南海渔场的台风生成源地为西北太平洋和南海,其中67. 2%的台风来自于西北太平洋。台风的主要移动路径由西北移进入南海中北部和西移进入南海大部海域,并存在明显的季节变化。年均台风频数约有10个,研究期内台风频数呈现小幅振荡,年累积气旋能量(ACE)呈下降趋势并存在周期性变化,影响南海的台风数量或强度呈增大趋势。6~11月是南海台风盛行期,月平均ACE逐月上升,极值出现在10月。北部渔区和中部渔区北部是受台风影响较严重的区域,其中中沙东部渔场和东沙渔场附近海域是台风活动的高频中心,南部渔区受台风活动影响较小。南海渔场台风活动对捕捞生产和渔业设施存在较大影响,基于南海台风活动规律和影响范围角度考虑,认为2017年南海伏季休渔制度规定合理。

西北太平洋热带气旋极端事件对比分析

本文选取2004年和2017年西北太平洋生成的热带气旋开展研究,两个年份的热带气旋数量和登陆数量基本一致,但登陆地点分别集中在华东、华南两个不同位置,且气旋累积能量相差极大。对热带气旋的路径模式、登陆地点、强度及相关环境因素的研究发现,西北太平洋热带气旋活动受区域性海表面温度异常、厄尔尼诺-南方涛动以及青藏高原积雪异常的影响较强。热带气旋的生成数量在区域性海表面温度高的海域明显增多,其生成位置的变化又会使路径模式发生改变,最后改变登陆地点和频率。青藏高原积雪通过积雪面积大小来影响副热带高压的强度和位置,进而影响热带气旋的路径模式,最终改变登陆地点和频率。由于大陆的阻挡,生成位置远离(靠近)大陆的热带气旋的气旋累积能量偏高(低),同时偏好弧线型路径模式(寿命长)的热带气旋的气旋累积能量偏高,偏好直线型路径模式(寿命短)的热带气旋的气旋累积能量偏低。气旋累积能量与热带气旋的生成位置、路径模式的年际变化有一定的联系。