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冬/夏季西北太平洋热带气旋活动特征、机理及气候趋势研究

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声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究进展

1.2.1热带气旋活动的研究成果

1.2.2热带气旋与赤道混合Rossby重力波

1.2.3热带气旋与MJO

1.2.4热带气旋活动的气候趋势研究

1.3存在问题

1.4主要研究内容

参考文献

第二章 变暖背景下冬/夏季节西北太平洋热带气旋的活动

2.1引言

2.2资料和方法

2.3变暖背景下热带气旋的活动趋势

2.3.1 TC生成与强度变化趋势

2.3.2 TC路径变化趋势

2.4海温和大气环流异常特征

2.5变暖背景下的海温和大气环流变化趋势与热带气旋活动

2.6小结

参考文献

第三章 冬季西北太平洋热带气旋生成的大尺度特征及物理机制

3.1引言

3.2资料和方法

3.3冬季热带气旋生成的大尺度环流特征

3.3.1冬季热带气旋生成的合成环流特征

3.3.2无热带气旋生成的合成场特征

3.3.3夏季热带气旋过程合成的大尺度特征

3.4冬季TC生成的赤道混合Rossby重力波和“TD型扰动”特征

3.5 TC形成与能量转换

3.6小结

参考文献

第四章 北方冷空气对冬季台风影响的数值试验

4.1引言

4.2资料和方法

4.3冷空气对冬季台风的影响

4.4数值试验

4.4.1模式简介

4.4.2试验方案

4.4.3数值试验结果分析

4.5小结

附录

参考文献

第五章 MJO调制冬/夏西北太平洋热带气旋活动的统计事实

5.1引言

5.2资料和方法

5.2.1资料

5.2.2 MJO与TC活动关系统计和显著性检验

5.3统计结果

5.3.1 TC生成和强度

5.3.2 TC生成的位置

5.3.3 TC的路径和登陆

5.4小结

参考文献

第六章 MJO影响冬/夏西北太平洋热带气旋活动的大尺度动力特征及物理机制

6.1引言

6.2资料和方法

6.3 MJO调制TC活动的大尺度动力因子

6.3.1 TC的生成与发展

6.3.2 TC的移动

6.4 TC生成与MJO低频能量转换

6.5小结

参考文献

第七章 21世纪增暖情景下冬/夏西北太平洋热带气旋活动的预估

7.1引言

7.2资料和方法

7.3影响TC生成的大尺度环境和动力因子

7.3.1大气和海温的耦合配置

7.3.2西北太平洋大尺度动力因子

7.4 21世纪增暖情景下TC活动的预估

7.4.1大气环流和表面温度的EOF分析

7.4.3动力指数分析

7.5小结

参考文献

第八章 总结和展望

8.1全文总结

8.2创新点

8.3未来工作展望

致谢

在读期间科研工作

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摘要

鉴于西北太平洋上全年存在热带气旋(TC)活动及TC活动气候变化在变暖背景下的不确定性,本文利用中国气象局上海台风研究所提供的西北太平洋最佳TC路径资料和动力诊断、气候统计、天气学分析和数值试验等方法分别就冬、夏季西北太平洋TC活动特征、气候变化趋势、影响因子和可能物理机制进行研究,并对增暖情景下21世纪冬、夏季TC活动情况进行预估,主要结论如下:
   ⑴在近60a全球气候变暖背景下,夏季和冬季西北太平洋TC逐年个数都出现了线性减少的气候趋势,且各强度等级TC中,仅超强台风的年生成个数出现了减少的气候趋势;夏季西行型TC和南海TC发生了减少的气候趋势,而冬季东北转向型路径TC发生了减少的气候趋势。
   ⑵夏季和冬季TC生成偏多(少)年,赤道中东太平洋为负(正)海温距平,与拉尼娜(厄尔尼诺)事件联系。TC生成偏多(少)年的副热带高压偏弱(强)。在TC生成主要源地——菲律宾以东海区,TC生成偏多(少)年的低层环流异常呈气旋性(反气旋性)。海表温度(SST)和大气环流场的长期变化中,热带西北太平洋区域,夏季和冬季500hPa位势高度场都为高度升高的气候变化趋势,在菲律宾以东附近海区低层为异常反气旋性环流趋势,表明副热带高压的加强西伸及热带辐合带减弱的可能变化趋势,这种环流气候变化的趋势与赤道中东太平洋SST增高的气候变化趋势有关。在全球变暖背景下,大气环流的长期变化使夏季和冬季TC呈现生成个数减少及特定类型路径TC个数减少的气候变化。
   ⑶冬季TC个例的合成分析结果表明:冬季TC形成的主要环流特征为东风波西移型;TC生成于东风基本气流中,初始扰动气旋形成于赤道以北东、西风辐合处;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征,气旋对的出现使赤道西风加强,有利于TC形成;赤道混合Rossby重力波西北传过程中与强对流耦合,性质转变为“热带低压型扰动”,成为冬季TC的主要扰动源;低层波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,在热力和动力共同作用下形成TC可能是冬季TC形成的主要物理机制。
   ⑷诊断分析和利用GRAPES-TMM模式对冬季台风个例“南玛都”的数值试验结果表明:当北方高压减弱后,台风强度减弱,北方冷涌对台风强度加强有一定作用。
   ⑸利用MJO业务指数进行西北太平洋TC活动的定量统计和显著性检验结果表明:夏季MJO3、4、5正位相期间,即西太平洋上空MJO对流抑制时,TC生成偏少,而其反位相或位相8、9、10正位相则相反,即西太平洋上空MJO对流强盛时,TC生成偏多,是偏少期间生成的1~2倍。在冬季,MJO位相4、5和8、9是对TC生成有显著影响的位相,位相4、5期间TC生成偏少,而在位相8、9期间生成偏多,MJO对流东移到冬季TC主要生成地后发生影响。随着TC强度的增强,MJO的调制作用逐渐减弱。MJO对冬季强TC的调节作用较夏季弱,MJO对强台风及以上等级TC无显著影响。MJO对冬、夏季节的TC路径也产生调节影响。夏季,MJO位相1~4及位相10期间,TC主要活动在西北太平洋东南部和西北部,西北偏北行或东北转向路径为主,有可能登陆我国华北及朝鲜半岛,而生成在南海或西行登陆华南的活动偏弱;在位相5~8期间,TC以生成在菲律宾附近西行到华南沿海或登陆为主;冬季,位相2~4时主要为东北行或东北转向行到日本以东洋面路径、位相4~6时主要为生成在菲律宾附近,西行进入南海或登陆华南路径、位相7~9则为生成在西北太平洋东南的偏西行路径为主。MJO对夏季登陆华南TC有显著调节作用,位相2、3时,登陆华南TC显著偏少,在位相7时,登陆华南TC显著偏多。
   ⑹低频MJO现象通过改变大尺度环流背景和高低频能量转换对TC活动产生影响。在西风位相期间,低层偏西异常气流控制着热带西北太平洋,在夏季加强了季风槽,在冬季加强赤道上的纬向风辐合,辐合加强有利于波长较长波动转为波长较短的波动,热带西北太平洋地区上水汽充足,同时高层为辐散气流控制,这种大尺度环境有利于产生更多的热带扰动。在西风位相期间,MJO低频动能还通过正压转换向高频天气尺度波动能量转换。反之,在东风位相期间,低层偏东异常气流控制西北太平洋,在夏季减弱季风槽,在冬季加强东北季风的控制,辐合减弱,热带西北太平洋地区上水汽偏少,高层为辐合气流控制,MJO对流区域为下沉气流,抑制热带对流扰动生成,高频天气尺度波动能量向MJO低频动能转换,TC的生成和发展受到抑制。
   ⑺利用气候模式预报集成结果对21世纪冬、夏季节TC活动的预估表明:SA2和SB1两种不同增暖情景下,未来近百年冬、夏季TC生成总体都呈减少的趋势,尤其是在21世纪中期后减少趋势更明显,SB1情景下的气候变化趋势比SA2缓和。

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