1.评估ENSO对西太平洋热带气旋盛行路径的影响(ZHAO Haikun))

2.气象上的强迫场是什么意思

什么是气候态定义_气候状态、气候态、气候三者的关联和区别

黄 磊 高红芳

(广州海洋地质调查局 广州 510760)

第一作者简介:黄磊(-),男,硕士,助理工程师,主要从事海洋地质和海洋水文研究,E-mail:1ei841004@163

摘要 对2009年5月中沙群岛附近海域的水文观测资料,运用垂向梯度法,计算了中沙群岛海区温度及盐度两种跃层所处的深度及各自的厚度和强度,并进行了相应的分析。结果表明,夏季风转换期间海洋表、底层温度分布南高北低,表、底层盐度分布较为均匀;垂直结构上温度跃层比较稳定,无逆跃层出现;盐度跃层基本为单跃层,但在研究区南部混合层以下出现两种盐度异常水体。

关键词 季风转换 温跃层 盐跃层 盐度异常

海洋要素跃层的时空分布规律是物理海洋学的重要研究内容[1],其分布和变化不仅关系到水团垂直边界的划定,而且直接影响到潜艇活动和水声仪器的使用以及海洋渔业的发展。因此国内外对跃层的研究,不论是关于大洋跃层的理论,还是浅海跃层的分析与诊断都非常活跃,特别是有关中国陆架海区跃层分析与诊断方面的研究更是成果颇多,如毛汉礼等人对黄海、东海温、盐、密跃层的分布和消长变化规律进行了详细的阐述[2];邹娥梅等对黄海、东海温跃层在成长、强盛、消衰和无跃期的各特征值的分布特征及季节变化作了探讨和分析[3];吴巍,贾旭晶等分别针对南海跃层几种不同的计算方法进行了讨论[4-5];邱春华等利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征,讨论了季节及年际变化尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响[6]。但以上研究大多是对大范围海域内温盐特征进行分析,针对某一特定区域进行详细分析对比的研究还较少,本文以2009年5月广州海洋地质调查局在南海中沙群岛海域观测的温盐深(CTD)资料,分析了春夏季风转换期间该区水体的温、盐特征,探讨了近表层盐度异常水体的来源和盐度逆转现象形成的可能机制。

1 温盐的水平分布特征

中沙群岛附近海域位于南海中北部,主要跨越了陆坡(岛坡)和深海盆两大地貌单元。该区域属于亚热带季风气候,特点是高温多雨,盛行季风,偶有热带气旋活动。由于该海域受冷空气、南海高压、副热带高压、辐合带及热带气旋环流等多种因素的综合影响,导致该海域水文气象条件较复杂且明显随季节变化而变化。

2009年5月14日~6月1日,广州海洋地质调查局“海洋四号” 综合科学考察船在南海中沙群岛海域进行了为期15天的CTD观测。共设置CTD测站19个(图1),取样时处于南海夏季季风转换期。

图1 研究区位置及CTD取样站位分布图

表层海水的温、盐分布明显受季风、太阳辐射等因素的影响,从图2a可以看出,表层温度分布具有南高北低的特点,即北部陆坡区温度较低,在28℃以下,最北端CTD5表层海水温度为26.248℃;由北向南至深水区,温度逐渐上升到28℃以上,最南端CTD19表层海水温度为29.477℃,南北两端温度相差3℃左右。由于南部处于开阔海域,能吸收更多的太阳辐射,表层增温较快,所以温度普遍比北部高。而海底底层水温的变化明显受海水深浅的影响,水深深的地方底层温度低,在海盆区最低可达2.372℃;水深浅的地方底层温度较高,在中沙海台海底温度为11.025℃。从图2b可以看出,海底底层水温在调查区西南部较高,西北部和海盆区较低。

图2a 表层海水温度的水平分布

图2b 底层海水温度的水平分布

图2c 表层海水盐度的水平分布

图2d 底层海水盐度的水平分布

研究区的表、底层海水盐度分布相对比较均匀,从南到北仅有微小的变化。表层海水盐度变化范围在33.1~33.9之间,其中最低值位于CTD18,盐度值为33.150,最高值位于CTD6,盐度值为33.886。从整体趋势来看,表层海水盐度在调查区南部相对北部较低(图2c),原因是南部海域较北部陆坡区更为开阔,上层海水受季风及蒸腾作用的影响,海水混合程度较高,因此盐度值普遍比北部低。底层海水盐度变化范围在34.4~34.7之间,其中最低值位于CTD18,盐度值为34.458,最高值位于CTD15,盐度值为34.631,二者相差并不大(图2d),原因是底层水体盐度的变化跟海水的深浅有关,水深深的地方压强大,海水密度大,盐度值较高,水深浅的地方压强小,海水密度小,盐度值较低。

2 温盐的垂直分布特征

2.1 跃层特性

依环境参数的不同,跃层可有温跃层、盐跃层等,它们的形成原因不尽相同,但形成过程之间却有一定的联系。跃层的示性特征用跃层的深度、厚度和强度表示。分析研究区跃层的示性特征是用CTD提供的标准层资料。确定跃层的方法是先选定某一水文要素跃层强度的最低指标值,然后对这一水文要素的标准层资料求其变化率,即垂向梯度。把该水文要素垂向梯度值大于、等于最低指标值所在深度范围称之为跃层;跃层上、下端点所在深度分别为跃层上、下界深度;跃层下界深度与上界深度之差为跃层的厚度;跃层上、下界深度对应的水文要素值之差除以跃层厚度所得的结果为跃层强度。跃层强度最低值的选取依据海洋调查规范[7]给出的最低标准(表1)。

表1 跃层强度的最低标准

2.2 温跃层

研究区地处亚热带季风区,这里海域广阔,海水较深,大部分海区的跃层具有低纬深海大洋的跃层性质。其跃层类型主要包括浅跃层和深跃层。浅跃层一般分布在近海陆架区及外海深水区的上层,其主要特征是上界深度浅、厚度薄、强度大,且具有明显的季节变化;深跃层比较稳定,终年存在,为永久性的,其主要特征是上界深度较深,厚度较大,强度较弱,季节变化不明显[8]。中沙群岛属于外海深水区,这里浅跃层较弱,其底界深度较深,有时与下面的深跃层上界深度间隔较小,因此在这里将浅跃层与深跃层合二为一作为单跃层处理。例如CTD9和CTD14位于海盆区,水深都接近4000 m,从图3和图4可以看出,浅跃层深度在25 m左右,深跃层深度约为50 m,浅跃层底界深度跟深跃层顶界深度之间的间隔距离很小,因此在分析跃层深度和厚度时将其当做一个跃层进行处理。

在跃层的分析中没有发现逆跃层的现象。根据张勐宁,刘金芳等[9]对南海温跃层的研究,在南海逆跃层主要出现在北部近海,即粤东、粤西近海和北部湾及越南岘港附近海域,且多出现在1月到4月份,其他月份只有10月份出现局部范围的逆跃层,这与我们的分析结果是相符的。另外需要特别指出的是,CTD13和CTD18分别位于中沙北海岭和中沙海台,水深分别为2340 m和360 m,受复杂的海底地形和海流的影响,多跃层的现象较明显(图5,图6),跃层深度、厚度和强度的判定用邱章,徐锡祯等[4]的分析方法,取第一个跃层的上界深度为跃层顶界深度,最后一个跃层的下界深度为跃层的底界深度,如果由此定出的跃层其强度达不到最低指标值,则对多个跃层依其深度进行适当的组合,最后从中确定的跃层,其强度不但满足最低指标值,而且较强,同时其厚度也尽可能的大。

图3 CTD9温度梯度变化曲线图(注:400 m水深以下曲线变化幅度很小,未在图中表示,以下同)

图4 CTD14温度梯度变化曲线图

通过对温跃层深度、厚度、强度的分析可以看出,取样时正值春夏交替,海表盛行风转为较弱的西南风,太阳辐射逐渐增强,表层海水逐渐增温,但是由于出现上暖下冷的海水现象及风力搅拌作用较弱,大部分跃层深度都在40 m以下,由于我们是将浅跃层和深跃层合并处理,故跃层厚度较厚,一般在130~150 m之间,跃层强度变化不大,一般在0.07~0.09℃/m之间。

图5 CTD13温度梯度变化曲线图

图6 CTD18温度梯度变化曲线图

2.3 盐跃层

在热带海域的上层海洋,气候平均的盐度值随深度呈现单调增加,温度值随深度呈现单调降低,密度随深度呈现单调增高。南海气候平均的温度、盐度和密度也符合上述规律[10]。以盐度为例,从图7a可以看出150 m深度以浅的盐度变化趋势是随深度单调增加。其跃层类型都是单跃层,顶界深度约在30~40 m,跃层厚度约在100~155 m之间,跃层强度在0.01~0.15m-1之间变化。与气候平均值相比,个别站位航测盐度在次表层出现极低盐度值,或者在次表层交替出现高-低盐度极值(图7b),同时温度和密度却符合上述一般垂向分布规律(给出对应位置温度的分布图,图7c),这种盐度的逆转显然具有特殊性。参照对应的混合层深度位置以及南海气候态温跃层的分布[11],发现这种盐度在垂向上的异常基本出现在混合层底和强温跃层之间的深度位置[12]。这种盐度异常水体特点为上部混合层一般在30~40 m之间,上下水层盐度异常值相差约0.3,最低盐度值约在60~70 m之间,盐跃层强度在0.01~0.3 m-1之间变化。

通过对比两种类型的盐跃层在不同站位的分布发现:第一种类型的盐跃层主要分布在研究区北部陆坡及西南侧;第二种类型的盐跃层主要分布在研究区南部海盆区。这些盐度异常水体在春夏季风转换期间具有普遍性[7],其原因主要是南部海区热量摄入较多,有利于蒸发,并在2~3级风作用下,形成了比较浅薄的相对高盐水层,而它的下面仍为冬季遗留下来的低盐水层,从而在垂向上呈现出如图7b所示的上层盐度逆转结构。以后随着夏季季风的稳定增长,上混合层厚度加大,冬季遗留下来的低盐水层会最终变性消失。据此可以认为:在夏季季风转换期间异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的,其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。

南海地质研究.2012

图7 观测期间典型的垂向盐度和温度特征图(a为盐度随深度单调变化图;b为盐度异常变化图;c为盐度异常水体对应的温度变化图)|Fig.7 Typical temperature and salinity profiles(a:salinity with depthmonotonic changes profiles.b:salinity abnormal changes profiles.c:abnormal saline water temperature changes profiles)

3 结 语

根据上述分析结果,初步得到夏季季风转换期间中沙群岛北部附近海域的温盐分布特征:

(1)表层海水受季风、太阳辐射等因素影响,温度分布具有南高北低的特点,盐度变化幅度不大,南部相对北部较低;底层海水受地形、水深等因素影响,在调查区西南部温度较高,西北部和海盆区较低,盐度分布特征正好相反。

(2)利用垂向梯度法对温跃层进行分析得出调查区内浅跃层、深跃层普遍存在。浅跃层特征为上界深度浅、厚度薄、强度大;深跃层特征为上界深度较深,厚度较大,强度较弱。在中沙海台和中沙北海岭,受复杂的海底地形和海流的影响,多跃层现象较为明显。

(3)利用垂向梯度法对盐跃层进行分析,得出跃层类型基本都为单跃层,但个别站位混合层以下出现盐度逆转现象,这些站位都分布在南部海盆区。异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的,其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。

参考文献

[1]李风岐,苏育嵩.海洋水团分析[M].青岛:海洋大学出版社,2000,36 ~37.

[2]毛汉礼,邱道立.第四章:中国近海温、盐、密度的跃层现象[A].中华人民共和国科学技术委员会海洋组海洋综合调查办公室.全国海洋综合调查报告,第三册[C].北京:科学出版社,1964.116.

[3]邹娥梅,熊学平,郭炳火,等.黄、东海温盐跃层的分布及其季节变化[J].黄渤海海洋,2001,19(3):8~18.

[4]吴巍,方欣华,吴德星.关于跃层深度确定方法的讨论[J].海洋湖沼通报,2001,2:1~7.

[5]贾旭晶,刘秦玉,孙即霖.1998年5~6月南海上混合层、温跃层不同定义的比较[J].海洋湖沼通报,2001,1:1~7.

[6]邱春华,贾英来.南海北部深水海域温度以及盐度的季节及年际变化特征[J].中国海洋大学学报,2009,39(3):375~380.

[7]国家技术监督局.海洋调查规范-海洋调查资料处理[S](中华人民共和国国家标准GB12763.7-91).北京:中国标准出版社,1992.69~70.

[8]张勐宁,刘金芳,毛可修,等.中国海温度跃层分布特征概括[J].海洋预报,2006,23(4):51~58.

[9]邱章,徐锡祯,龙小敏.1994年9月南沙群岛调查海区的跃层特征[J].热带海洋,1996,15(2):61 ~67.

[10]王东晓,杜岩,施平.南海上层物理海洋学气候图集[M].北京:气象出版社,2002.168.

[11]杜岩,王东晓,等.南海南部混合层底盐度异常水体的结构特征[J].热带海洋学报,2004,23(6):52~59.

[12]方文东,黄企洲,等.春夏季季风转换期南海南部的异常表层水[J].热带海洋学报,2001,20(1):77~81.

Analyses on Temperature and Salinity Distributions in ZhongSha Islands Waters During Spring to Summer Monsoon Transition

Huang Lei,Gao Hongfang

(Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760)

Abstract:Based on the data collected during an investigation in the Zhongsha Islands in May,2009,using vertical grads method in thermocline and halocline calculation and discussed thecharacteristics of the transition layer.The results show that the temperature of sea water was high-er in south area and the salinity of sea water is relatively equality during spring to summer mon-soon transition.The vertical temperature stratification was stable and not existed temperature in-version.Almost vertical salinity stratification was single halocline,but two types of the abnormalsaline water were found under the mixed layer in the south part of the Zhongsha islands.

Key words:Monsoon transition Thermocline Halocline Abnormal saline water

评估ENSO对西太平洋热带气旋盛行路径的影响(ZHAO Haikun))

摘要:

诊断分析得到,SAH的西北-东南向移动是其主要年际变化特征,它与印度及东亚降水密切相关。SAH的东南向移动,与印度夏季风降水减少和长江流域(YRV)东亚夏季风区降水增多紧密相关。利用异常CM研究与亚洲夏季风降水有关的潜热异常对SAH的影响。印度半岛北部的负潜热异常与印度夏季风的减弱有关,潜热负异常同时在青藏高原上空(潜热负异常西北部)激发了异常气旋以及在中国东部(潜热负异常的东北部)的对流层上层激发了异常反气旋,它也造成了SAH的东西向转移以及YRV降雨增多。与YRV降水异常相关的正潜热释放于中国东部激发了一个向南的反气旋,对SAH产生反馈效应,并导致了SAH东南-西北方向移动。

引言:

SAH是亚洲夏季风的重要上层系统。早在20世纪五十年代,当发现了最强烈持久的反气旋于夏季北半球时,就已经揭示了它的东西振荡。SAH的纬向变化可以通过天气时间尺度的东西向移动以及气候态的双峰(西藏模态和伊朗模态)来表征,这个纬向变化与印度夏季风(ISM)和中国夏季降雨的变化皆密切相关。

在年际时间尺度上,除了ISM通过低层水汽输送对中国夏季降水的影响外,ISM自身的变率也改变了ISM的潜热释放,这导致了SAH的纬向移动,并进一步影响了亚洲季风降雨。

除了纬向移动,SAH也有沿经向的变化。SAH的季节性北移与中国上空雨带的北移非常一致。在年际时间尺度上,SAH位于南部有利于YRV雨带的维持,而位于北部则有利于北方更多的降水。前人的研究揭示了在年际时间尺度上,SAH的经向变化与中国夏季降水异常三极模式之间的密切关系。受印度洋海表温度持续变暖的影响,SAH呈现出明显的长期向南移动的趋势,这与长江三角洲降水量的增加以及中国北方降水量的减少趋势是一致的。

在上述研究中心,SAH的纬向和经向变化总是分开讨论的,两者之间的伴随变化却很少被提及。事实上,纬向和经向变化都与中国降水异常在年际时间尺度上的模式有关。然而,我们仍然不知道SAH的纬向和经向变化唉年际时间尺度上是什么关系,以及纬向和经向变化时候对EASM降雨有联合影响。与季风降雨有关的凝结加热在副热带高压的形成变化中起着重要作用。强ISM导致更多凝结潜热的释放会使SAH向西移动,YRV降雨量减少;而弱ISM导致更少潜热释放导致SAH向东移动,YRV降雨量增加。那么,YRV上的潜热释放是否也会影响SAH?该研究探讨了SAH的经、纬向变化以及SAH和YRV夏季降水间的双相互作用。

第二段简要介绍了研究中使用的数据和方法;第三段讨论了SAH在年际时间尺度上的主要特征;第四段研究了SAH与亚洲夏季风降水的关系;第五段利用了一个大气环流异常模式(CM)讨论了中国夏季降水对SAH的反馈效应;第六段是结论和讨论。

结论:

SAH的年际变化主要由其东南-西北运动控制,东移伴随着南移。

定义了一个SAH指数以预测SAH的变化,并用来诊断SAH与亚洲夏季风降水之间的关系。结果显示,SAH1和AIR1之间存在着显著的负相关,SAH1和PC1CN之间存在显著的正相关。当SAH位于东南方向时,ISM降雨量偏少,但在EASM的YRV有更多降雨。ISM降水和中国夏季降水与SAH的东南-西北向移动的关系比与SAH纬向或经向变化的关系更密切,这表明SAH的东南-西北变化可以更好的反映SAH、ISM、EASM降水三者间的关系。与YRV上层SAH东南-西北移动相关的降水异常强度和印度半岛北部的降水异常强度相当。使用CM研究了与YRV降水异常有关的潜热释放对SAH的反馈效应。理想化数值试验的结果表明,ISM降水异常产生的潜热导致了SAH的东西移动,这有利于YRV上降水的增加。YRV降水异常产生的潜热,又会激发中国东部地区对流层上层向南的反气旋,导致SAH向东南-西北方向移动,并在东北亚异常反气旋的形成中发挥重要的作用。来自YRV降水异常的潜热不仅仅有利于SAH的移动,也有助于东亚地区对流层上部环球遥相关(CGT)模式。

本文重点是SAH变异性与ISM和EASM降水的关系,以往的研究表明,ISM、EASM、SAH都受到外部强迫的影响,例如,陆面过程和海洋热条件显著影响ISM和EASM,印度洋SST影响SAH,ISM和EASM之间的关系受ENSO的调节等。本研究揭示的SAH变异性与ISM赫EASM降水之间的关系如何受到外部强迫的影响时未来研究的一个重要问题。

第二段:

ERA-40月数据、GPCP月降水数据集(0.5°*0.5°)、印度热带气象科学研究所提供的印度地区最长仪器降水系列月降水量数据、中国160站月降水数据。

1958-2002 "JJA"

AIRI(全印度降水指数):用于测量ISM的强度。

认为100°E为东亚季风区的边界,仅在中国100°E以东的降水认定为EASM降水。

使用异常CM研究高层环流异常对热源异常的响应(方法是在40°N 和 40°S以外区域的动量和温度方程中应用1天/1的强动力和热阻尼,以减弱高纬度区域的影响,本文研究区域集中在中纬度地区,所以将纬度扩展至50°S和50°N),使用σ坐标系,将大气分为垂直5层,动量方程中的瑞利摩擦,从1天/1的阻尼率(σ=0.9)线性衰减到0.1天/1(σ=0.7)。

之前已有学者将异常CM应用于检查黑潮延伸区域和印度次大陆北部上空大气对加热的响应。

第三段:SAH的变化和SAH指数的定义

北半球夏季,椭圆形的SAH位于亚热带南亚大陆。(Fig.1)

在年际时间尺度上,它的东西移动可以用指数表示

东西移动指数Iew为22.5-32.5°N,85-105°E的位势高度减去22.5-32.5°N,55-75°E的位势高度;

南北移动指数Ins为27.5-32.5°N,50-100°E的位势高度减去22.5-27.5°N,50-100°E的位势高度。

去除年代际变化后,观察发现这两个指数之间存在显著的负相关关系。两指数的相关关系为-0.44(通过99%的显著性检验Fig.2),这表明在年际时间尺度上,SAH的纬向和经向变化具有良好的相关性。SAH的向东移动常伴随着向南移动,这意味着SAH在年际时间尺度上常发生东南-西北向移动。

另外,纬向和经向位移与中国东部的热带气旋格局密切相关。Fig.3显示了中国东部地区降水异常分别与IEW和INS的回归关系。位于东部和南部的SAH会导致长江流域的降水量偏多,中国南部和北部的降水量偏少。而位于西部和北部的SAH则与三极型降水相反。因此SAH纬向和经向的变化可能会对中国降水产生协同影响。

进一步证明SAH东南-西北变化的存在,根据夏季气候态200hPa位势高度(Fig.1),将SAH按其脊线(约27.5°N)划分为四个区域,然后分别计算这个四个区域平均200hPa的标准化时间序列,并使用偏相关分析计算每个区域四个时间序列之间的偏相关系数。在偏相关分析中, 在偏相关分析中,我们通过消除SAH覆盖率变化的影响来消除所有四个地区高度的同步变化,SAH的覆盖率是由12500gpm等高线所覆盖的网格数来定义的。如表一所示,很明显,其东南地区(SE)和西北地区(NW)的SAH变化之间的相关性最显著,相关系数为-0.41(通过了99%的显著性检验),而其他方位之间的相关系数则都不显著。因此,东南-西北变化是SAH年际变化中最显著的特征。

对资料进行了去趋势和消除ERA-40对SAH十年变化的低估(减去对15-40°N,25-130°E的平均200hPa的线性回归,消除SAH强度的线性影响)的前处理后,使用EOF分解200hPa高度场,也可以证明SAH东南-西北变化的主要特征。

如EOF1(Fig.4)所示,西南-东北向的等高零线穿过SAH区域,将SAH分为了东南-西北两部分。EOF1模态表明其东南部SAH的变化与西北部的相反,说明SAH的东南-西北变化是年际时间尺度上的主要特征。

简要量化SAH的SE-NW变化,SAH指数(SAHI)是通过取20-27.5°N,85-115°E区域(Fig1中的SE区域)的位势高度减去27.5-35°N,50-80°E(Fig1中的NW区域)的位势高度。Fig.5展示了SAHI的时间序列,SAHI高代表SAH向东南移动。可以清楚的看到SAHI的年际变化,它与200hPa位势高度上的EOF1的PC1有很好的相关性,相关系数可达0.75(通过99%显著性水平)。SAHI和IEW及INS的相关系数分别为0.72和-0.78,这意味着SAHI可以很好的描述SAH的纬向与经向的协同运动。

气象上的强迫场是什么意思

结论

1. 东南向台风生成位置的转换以及受ENSO影响大尺度环流的变化导致了北纬20°以南东经130°以东的台风活动加强;

2. 西北路径的台风、可以影响到东亚、台湾、大陆、韩国以及日本的台风在厄尔尼诺年有向西移动的趋势,在拉尼娜年则有向北移动的趋势;

3.模式模拟结果也表示,台风盛行路径的改变主要是与 ENSO有关的大尺度环流变化 以及台风形成位置的改变的结果。

引言?

前人研究表明

1.厄尔尼诺年相比拉尼娜年,西北太平洋区域台风生成位置有向东南方向移动的趋势

2.主要集中于ENSO对台风登陆路径的影响

3.ENSO对台风路径的影响远低于南极涛动

4.强暖年的秋季,热带气旋数量有着recurve的向北增加5.受ENSO影响,登陆越南、菲律宾、中国乃至东亚的热带气旋的模式已经有了显著变化

5.缺乏有效的诊断工具定量判断大尺度大气环流和台风生成位置改变对热带气旋路径变化的贡献

6.近些年,由于全球变暖导致热带气旋增强引起了广泛关注。相关研究也记录了台风路径的年际变化。一些研究发现,全部台风引起的的降水在中国近十年已经减少,但是随之而来的是在长江流域洪水增加。科学家们设计了台风路径模式,以评估全球变暖对西北太平洋热带气旋路径可能的影响

7.以统计学方法,定量研究热带气旋盛行轨迹变化中热带气旋生成位置年际变化以及大尺度环境流场的作用。形成大量生成位置的样本并应用轨迹模型。

第二段 为厄尔尼诺和拉尼娜年的选择; 第三段 为西太平洋TC轨迹变化观测事实的讨论; 第四段 为TC形成位置的统计学方法以及轨迹模型的介绍; 第五段 为厄尔尼诺和拉尼娜年生成位置及环境环流对台风盛行轨迹影响的研究; 第六段 为总结。

正文

第二段:

研究时间:1950-2007? "JAS"

厄尔尼诺和拉尼娜年的定义为SSTA异常前25%的年份(SSTA>0.47℃)(<-0.47℃)各有14年;该定义与前人其他定义得到的elnino年与lanina年基本一致;

将WNP分为2.5°*2.5°的box,由所有进入该box的TC速度计算整个box的平均速度(TC平移速度和β漂移)(β漂移一般会使热带气旋相对于它们在背景潜在涡度场未受风暴干扰的情况下的运动向极地和西部移动。这种漂移速度一般为1-2米/秒左右),每个box中的样本量需要超过每年一个。

第三段:

TC的平移速度很大程度上由大尺度转向流(u850-u300)所决定;

向东的大尺度转向流异常与北纬24°N以北TC向东的平移向量一致;

在中国南海,TC平移向量的变化主要是在北部和南部分别向东南和向东,这也与大尺度转向的相应变化一致;

β漂移的变化在E年和L年差距不大,所以本研究中不涉及它的变化。

从14年E与L中的TCfrequency确定的气候态台风三条路径,一条是从热带太平洋到菲律宾海与中国南海(西向轨道)23%,第二条是从热带太平洋西北向移动到韩国和日本(西北轨道)53%,第三条是由热带太平洋向东或东北前进,然后转弯至140°E以东(重新弯曲轨道)24%。

E年生成TC181个,L年生成TC180个,总数基本相同,但1. E年轨道一略向北移动,这导致了150°E以东的TC活动相对于L年减少;2. TC的主要路径轨道2(其可影响东亚大部分地区),在E年向西移动,在L年向北移动;3. E年的TC明显多于L年。

总结来说,TC频数在北纬20°以南于E年更多。MK检验的结果也显示,TC频数突变增加是在130°E以东的热带太平洋。

第四段:

E年TC生成位置有三个大值中心,分别位于中国南海、菲律宾东部及其东部;而在L年,第三个大值中心消失了,可能的原因为E年暖SST的扩张。

而后根据观测信息构造二维概率密度函数(PDF),高斯核包括各向异性方差长度标度δ1和δ2,它们被称为PDF的带宽。

设经向与纬向的带宽相等(δ1=δ2),方程则变为

这里还引入了高斯核函数(kernels)->详见 核密度估计KDE(Kernel Density Estimation)

为了确定E与L年的最佳带宽,我们使用交叉验证的方法。

图7使用了三种不同的带宽(1.5° / 2.9° / 5°)模拟概率密度函数的结果,展示了找出最佳带宽的重要性。

1.5°模拟局部最大值过多,5°模拟TC生成位置过于平滑只有一个最大值中心,2.9°的模拟结果与观测事实最接近。

而在L年,3.4°的带宽模拟效果最好。

上述过程详见 对数似然与交叉验证

在最佳的PDF下,使用统一随机数生成器模拟台风生成位置,模拟出了十倍于观测值的TC生成位置。结果显示,模拟出的点与观测出的点分布非常一致。

考虑到TC移动由气候态β漂移与大尺度转向流所决定,参照前人的研究结果,可以使用轨迹模型模拟盛行TC的移动轨迹。可以看出轨迹模型能够很好地模拟厄尔尼诺和拉尼娜年盛行TC轨道的主要特征,该模型还可以很好地模拟厄尔尼诺年和拉尼娜年之间TC发生频率的差异。

第五段:

前人研究指出,异常walker环流的形成改变了特定区域的对流强度,从而改变了TC的生成位置和移动轨迹;E年与L年TC轨迹的变化与大规模转向流的变化显著相关,同时与异常大尺度风场相关的不同ENSO位相也导致了TC路径的不同(西,西北,北),他们是一致的。即TC生成位置变化与大尺度转向流的改变是TC轨迹变化的原因。

TC轨迹仅由两个因素控制:它们的形成位置和平移向量。后者由大规模转向流和β漂移的组成,其中又由大尺度转向流的变化决定着平移向量的年际变化。

图5中可以看到TC平均生成位置从El Ni~no年向La Ni~na年有一个西北方向的移动。进一步计算表明,平均生成位置为15°N 140°E(厄尔尼诺年份)和20°N 136°E(拉尼娜年份)(在95%的置信水平下),差异显著。但这两个因素对观测到的TC盛行轨迹变化的相对贡献是什么?设计了四次数值实验,分别为E(L)年的 大尺度转向流 和E(L)年的TC 生成位置 两两组合而成的EE/LL/EL/LE。

图10显示了实验EE和LL之间TC发生频率的模拟差异。尽管南海的模拟差异向北移动,但可以看出,轨迹模型可以成功地模拟厄尔尼诺和拉尼娜年之间TC发生频率的差异。

图11a和11b显示了在大尺度转向流保持不变的情况下生成位置变化的影响。可以看出,实验LE和LL(图11a)之间以及实验EE和EL(图11b)之间TC发生频率的模拟差异具有相似的模式,即南(北)20°N的正(负)异常。图11a和11b表明,厄尔尼诺年和拉尼娜年之间TC生成位置的变化有助于20°N南部TC活动的增强。原因是厄尔尼诺年相对于拉尼娜年,TC生成位置向东移动且平均纬度较低。

图11c和11d显示了在TC生成位置保持不变的情况下,大尺度转向流变化的影响。在实验EL(EE)和LL(LE)中,生成位置源自La Ni~na(ELNi~no)年。实验EL和LL(图11c)之间以及实验EE和LE(图11d)之间TC生成频率的模拟差异也具有类似的模式。如第2节所述,在厄尔尼诺年期间,沿着盛行轨道II的TC倾向于向西移动。图11c和11d表明,活动增强的主要原因是大尺度转向流的变化。可以看出,大尺度转向流的变化也导致南海北部和日本南部海洋上空TC发生频率的增加。后者在很大程度上被生成位置变化的影响所抵消。因此,在厄尔尼诺年和拉尼娜年之间观测到的TC盛行轨迹变化是大尺度转向流和生成位置变化的综合结果。

第六段:

尽管TC盛行路径与TC生成位置及大尺度转向流紧密相关,但ENSO对西太海域TC盛行路径的影响并未得到充分的研究,根本原因是没有很适合的工具诊断ENSO影响下该地区TC盛行路径的变化。

该研究基于挑选出的14个L年与E年,建立了模拟TC生成位置的统计模型和模拟TC移动轨迹的轨迹模型检验了ENSO对TC盛行路径的影响。

分析表明,西太海域TC盛行轨迹存在显著年际变化。

在选定的E年中,TC生成总数并未有所不同,但TC生成位置的东南向移动以及大尺度转向流的变化导致了20°N以南TC活动的增强,在130°E以东的地区,这种变化更加明显(in particular)。

对于行动轨迹为西北方向(2)的TC(会影响到东亚地区),在E年有向西移动的趋势,在L年则有向北移动的趋势。

最后,统计模式模拟TC生成位置及轨迹模型模拟台风运动轨道的结果表明,TC盛行路径的变化是与ENSO有关的大尺度转向流改变及TC生成位置改变的共同因素导致的。

这是CLM计算机气象运行模式软件的专业术语。

CLM运行所需基本数据:

1、边界场:包括植被类型,土壤类型,叶面积指数等。模式博阿奎区域范围、分辨率等,模式自带有全球几种分辨率的边界场数据,一般文件名以surface-data-为前缀。

2、初始场?初始场即为模式开始运行前所需的变量的基本值,可取气候态平均值或者前期运行的平衡态。

3、强迫场:主要是指气象强迫场,模式运行所需最基本的强迫场主要有六个,分别是:温度、气压、风速、降水、比湿和短波辐射。其具体的变量名称、单位及其描述如下:

float TBOT(time,lat,lon);

TBOT:long_name?=?"temperature?at?the?lowest?atm?level?(TBOT)"

TBOT:units="k";

TBOT:mode="time-dependent";

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