热带气旋-海洋的相互作用对南海一个强热带气旋过程影响的数值模拟

采用中尺度海-气耦合模式MCM v1.0对南海强热带气旋“黄蜂”(No.0214)进行了数值模拟试验,并就热带气旋-海洋的相互作用对热带气旋的影响进行了定量分析。结果表明,耦合试验中热带气旋后期路径有显著改善,36h和48h路径误差分别减小22km和110km,登陆点位置误差减小22km;气旋强度与非耦合结果基本一致,36—48h气旋强度减弱得更快;热带气旋中心大风区地面风速增大1—3m.s-1,眼区附近风速减小2—5m.s-1;近地层(取925hPa)气温降低1℃以上,且气温降温区与较大的SST下降区域大致吻合;改进了热带气旋暴雨的落区及降水强度,且主要落区误差的修正位于热带气旋移动路径的右侧并同主要的SST降温区相关;热带气旋-海洋相互作用通过SST下降减少向上的热通量,潜热通量的减少对SST的下降更敏感。     

岛屿地形对热带气旋强度影响的数值模拟研究

本文用理想数值模拟分析的方法,在MM5模式中构造对称初始涡旋,在理想的环境场中发展为成熟的TC并移动经过从台湾岛抽象出的岛屿地形,揭示岛屿对TC强度和结构影响的机理。结果表明,理想模拟试验的方法对TC强度及结构变化的模拟具有很好的可靠性和客观性;TC中心登岛至到达岛屿山顶过程中,由于岛屿地形的抬升作用使得垂直方向上产生了局地的狭管收缩效应,使得TC在通过时强度短暂加强;TC在过岛过程中,风速垂直结构以及暖心结构的对称性会因地形的抬升和扰动影响而破坏,同时二者的大值区范围缩小;TC在过岛时,暖心结构在中高层分裂成一大一小2个部分,低层暖心偏离TC低压中心而伸向地面,TC由准正压系统变为斜压系统,使得TC整体强度减弱;次生低压对翻山后的TC中心的吸引融合加速了其过山后的北折过程;TC过岛后强度减弱十分明显,这是由于岛屿地形对环流摩擦阻力较大,对水汽供应的减弱和阻断,以及对TC对称结构的破坏。     

海洋中暖涡对热带气旋强度的影响

采用中尺度大气模式MM5和区域海洋模式POM构造了中尺度海气耦合模式,利用该耦合模式模拟了台风Chanchu(2006)从热带低压发展到台风再逐渐衰减的全过程;再以该耦合试验作为对比试验,同时设计一个敏感性数值试验来考察海洋中暖涡对TC强度的影响。试验结果表明暖涡的存在并没有使得TC更快速增强,但抑制了TC的衰减,使得TC增强的时间延长,暖涡的存在使得TC增强,中心气压减少了15 hPa。分析表明,由于暖涡处的混合层很深,阻止了温跃层的冷水挟卷到混合层中,使得TC引起的海面降温较小,因此抑制了TC的衰减。     

西北太平洋热带气旋强度的若干气候特征

本文就我国出版的《台风年鉴》中最大风速历史资料２０世纪５０～６０年代比７０～８０年代偏大的现象进行了订正。在此基础上对西北太平洋热带气旋强度的气候状况做若干统计，并将订正前后两种不同统计结果进行了比较，可供热带气旋气候分析，防台抗灾，工程设计等参考使用。     

热带气旋尺度和结构的影响因子和理论探索

热带气旋是地球上最主要的自然灾害之一,其结构和尺度不仅直接影响其致灾范围,还间接影响其强度和移动路径。对热带气旋结构和尺度的科学认识有助于其强度和路径预报能力的提高,本身也是重要的科学问题。热带气旋的尺度通常用最大风速半径和外围半径刻画,而结构通常指最大风速半径和外围半径的相对大小。自然界中热带气旋的尺度和结构可以有很大的差异,在其发展过程中尺度和结构也可以发生明显的变化,从而影响强度和路径。本文从观测、模拟和理论三方面简要回顾了热带气旋结构和尺度方面的相关研究,重点介绍了Emanuel-Rotunno台风结构模型的理论推导,并展望了未来可能的研究方向和思路。     

黑潮影响热带气旋强度的统计分析

本文利用东京台风中心(Tokyo-Typhoon Center)发布的热带气旋(Tropical cyclone, TC) best-tracks资料,统计了1979—2019年经过黑潮关键区热带气旋的强度变化特征,并进一步分析了其中的物理机制。统计结果显示,黑潮对不同强度TC的加热效果不同,整体而言,TC外缘靠近黑潮关键区至TC中心进入关键区阶段,TC风速显著增强;TC中心进入关键区后,风速数值的分布范围较集中,黑潮暖水对TC风速的影响与TC当前强度有关,强度较弱的TC风速增强,而强度较强TC的风速下限略增大但其风速均值减小。黑潮暖水通过增加海表面的热通量,造成低层水汽辐合,对流层中层湿度增大,水汽上升至高空释放凝结潜热增多,导致TC暖心增强,垂直速度增大,对流增强,从而增强TC强度。TC暖心变化较低层水汽通量的变化滞后约12 h,导致TC中心移出关键区后强度不会迅速减弱。     

0214号热带气旋强度突变的研究

本文通过对0214号“黄蜂”强度变化的研究表明,弱冷空气、中尺度涡旋及副高加强西伸相互作用,导致其周围风场、物理量场、能量场、云系均出现有利结构,从而使其强度发生突变。     

黄渤海热带气旋强度变化特征分析

本文对１９４９年以来进入黄渤海（３０°Ｎ以北,１１５°～１３０°Ｅ）的９６个热带气旋的强度变化进行了统计分析,给出了不同的变化强度标准,分析了影响黄渤海热带气旋的增强、减弱以及移动速度的分布特征,以期对该海区热带气旋的预报、研究及其防范有所帮助。     

南海热带气旋的气候变化及强度预测方法研究

建立南海海域1949～2007年6～10月份热带气旋（以下简称TC）年、月频数和TC中心强度的历史资料统计文件,分析TC的年月变化。结果表明：近50年,TC具有10a左右的周期变化,1964～1974年和1985～1995年为南海两个强台风以上级别频发期,1997～2006年为TC频数少且强度弱的时期。同时TC强度的空间分布分析结果表明,中沙北部海域和东沙西部海域为强台风多发生区,各月TC强度分布特征明显不同,且其加强通道具有南-北-南阶段性变化。另外,通过分别对1949～2007年北半球500hPa高度场及海温场的格点资料和TC强度历史资料的相关计算,选取高相关格点,根据相关权重组成组合因子,构建二次型预测方程,做年月TC强度预测。预测检验结果显示,冬季的高度场和海温场对次年的TC强度预测效果良好。     

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 Nino3.4指数以及英国Hadley中心HadISST1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.     

20世纪50年代以来登陆中国热带气旋的变化特征分析

基于1951—2017年西北太平洋热带气旋路径资料,利用趋势分析、R/S分析以及周期分析等方法对近67年来登陆中国热带气旋的个数、频次、强度以及登陆位置等热带气旋活动特征进行深入分析,结果表明:(1)近67年登陆中国热带气旋的个数和频次均呈下降趋势,下降幅度分别为0.003个/a和0.008次/a,但变化趋势均不显著,未来一段时期热带气旋登陆个数、频次将呈缓慢增加趋势。(2) 6—10月是热带气旋发生和登陆的高频期,其中,8月份热带气旋的发生次数和登陆中国的次数均最多。(3)历年最低中心气压、平均中心气压均呈增加趋势,且最低中心气压通过了M-K显著性检验;热带气旋登陆强度总体呈减弱趋势,且未来一段时期将继续呈减弱趋势,但高强度热带气旋呈显著增加趋势。(4)广东、台湾、海南、福建和浙江是热带气旋的主要登陆地;热带气旋的登陆位置呈向东、向北偏移趋势,且未来时期该偏移趋势仍将持续。利用热带气旋路径数据分析1951—2017年登陆中国热带气旋的数量、强度等变化,旨在深入认识影响中国的热带气旋活动的特征及规律,为热带气旋的预报、预警及防灾减灾工作等提供科学参考。     

Importance of tropical cyclone heat potential for tropical cyclone intensity and intensification in the Western North Pacific

Which is more important for tropical cyclone (TC) intensity and intensification, sea surface temperature (SST) or tropical cyclone heat potential (TCHP)? Investigations using best-track TC central pressures, TRMM/TMI three-day mean SST data, and an estimated TCHP based on oceanic reanalysis data from 1998 to 2004, show that the central pressure is more closely related to TCHP accumulated from TC formation to its mature stages than to the accumulated SST and its duration. From an oceanic environmental viewpoint, a rapid deepening of TC central pressure occurs when TCHP is relatively high on a basin scale, while composite distributions of TCHP, vertical wind shear, lower tropospheric relative humidity, and wind speed occurring in cases of rapid intensification are different for each TC season. In order to explore the influence of TCHP on TC intensity and intensification, analyses using both oceanic reanalysis data and the results of numerical simulations based on an ocean general circulation model are performed for the cases of Typhoons Chaba (2004) and Songda (2004), which took similar tracks. The decrease in TCHP due to the passage of Chaba led to the suppression of Songda’s intensity at the mature stage, while Songda maintained its intensity for a relatively long time because induced near-inertial currents due to the passage of Chaba reproduced anticyclonic warm eddies appearing on the leftside of Chaba’s track before Songda passed by. This type of intensity-sustenance process caused by the passage of a preceding TC is often found in El Niño years. These results suggest that TCHP, but not SST, plays an important role in TC intensity and its intensification.     

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。     

西北太平洋热带气旋的闪电特征及其与强度关系的初步分析

使用TRMM卫星搭载的闪电成像传感器测得的1998-2005年间的闪电信息,结合热带气旋的活动特征,提出了一种识别热带气旋闪电的方法,进而分离了1998-2005年西北太平洋热带气旋的闪电信息,并在此基础上,对西北太平洋的热带气旋闪电特征进行了初步分析.结果表明:西北太平洋热带气旋的眼壁附近(距热带气旋中心约30~50km)、内雨带(热带气旋中心外约60~100km)和外雨带(热带气旋中心外约130~610km)内普遍存在闪电现象,而且各月均有发生,并以7-8月较频;我国东南沿海地区,特别是台湾岛-台湾海峡-福建沿海地区、珠江三角洲的近海海域,是最易发生热带气旋闪电的两个区域,而日本岛东南方向广阔的西北太平洋洋面上的热带气旋,则较少有闪电发生.此外,闪电与热带气旋的强度及其变化有一定的关系,利用发生在热带气旋不同区域的闪电信息可对热带气旋的强度进行估算,估算的误差与目前的业务定强误差接近.     

热带气旋进入广西影响区强度突然加强的环流特征及物理量诊断分析

本文对1960~2002年进入广西影响区的热带气旋进行统计分析,发现平均每年有4.3个热带气旋进入广西影响区,强度突然加强的平均每年有0.3个,发生在6~10月,其区域分布主要集中在海南岛东北部近海至粤西近海区域和北部湾海域。利用《台风年鉴》和《历史天气图》以及欧洲中心NCEP再分析资料,对这类热带气旋进行环流特征诊断分析,得出了一些结论,有助于更好地做出这类热带气旋的风力和降水预报。     

中尺度暖涡对热带气旋强度变化的影响及作用机制

基于两组理想化数值试验,对比研究了分布于热带气旋不同位置处的海洋中尺度暖涡所引发的热带气旋强度变化的时空特征。研究发现,热带气旋中心附近的暖涡对热带气旋强度有增强作用,而位于热带气旋外围的暖涡则会抑制热带气旋的发展。本研究将暖涡增强（减弱）热带气旋强度的区域称为内（外）区。随着时间的推移,内（外）区暖涡对热带气旋强度的增强（减弱）幅度逐渐减小（增大）,区域范围同步减小（增大）。内区暖涡增强了热带气旋的次级环流和结构对称性、增加了海气界面热通量,同时减弱了外围螺旋雨带,进而导致热带气旋强度增强;若暖涡在外区,其对热带气旋的作用相反,导致热带气旋强度减弱。由于理想化试验中热带气旋静止不动,因此研究结果可能只适用于传播速度较慢的热带气旋。本研究结果有助于更好地理解热带气旋和海洋中尺度暖涡之间的相互作用,并通过引入热带气旋外区暖涡的影响助力提高热带气旋强度预报工作。