西北太平洋热带气旋累积能量ACE时空特征分析

西北太平洋热带气旋累积能量ACE时空特征 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 谨以此论文献给 所有关心和帮助我的人 -----王功录西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 摘 要 本文使用中国台风网 //0>. “CMA-STI 热带气旋最佳路径 数据集”,分析了 1949-2011年西北太平洋热带气旋的基本特征,包括不同等级 热带气旋源地分布,观测频数的空间分布以及持续时间的各项特征,还分析了不 同等级热带气旋 ACE的时间特征和空间特征,以及登陆热带气旋 ACE的时空特 征,最后分析了西北太平洋热带气旋 ACE的年代际变化特征,并分析了其背景 场的差异,主要结论如下: 1.随着热带气旋强度的增大,热带气旋的源地中心逐渐向东向南移动。热 带气旋观测频数的空间分布存在明显的季节变化特征,3-8月,高频中心逐渐向 北移动,9月开始又逐渐南退。不同等级热带气旋每年累积持续时间的变化趋势 不同,但其平均持续时间在九十年代之前表现出共同的增长特征。 2.随着热带气旋强度的增大,其 ACE 也逐渐增大。不同等级热带气旋的 ACE和平均 ACE均表现出不同的年际变化趋势。季节分布中,也以 8月或 9月 ACE最大。ACE空间分布存在 2个高值中心,海南岛以东的南海海域是热带风 暴,强热带风暴,台风和强台风的高值中心,菲律宾以东的 125?E-135?E, 15?N-25?N的海域主要为超强台风的高值中心。 3.登陆热带气旋的 ACE呈现逐渐减小的年际变化趋势,而不同等级登陆热 带气旋 ACE在不同阶段的贡献也不同。登陆热带气旋的活动区域以南海为主, 其次是西北太平洋。登陆热带气旋 ACE的高频中心位于南海和西北太平洋,且 超强台风以西北太平洋为其 ACE中心,而其他等级热带气旋则是以南海为中心。 4. 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),特别后者是决定成分。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。在 ACE的低值期内,情 况 基本相反。 关键词:ACE;时空特征;背景场;热带气旋 IIIThe Temporal-Spatial Variations of Accumulated Cyclone Energy of Tropical Cyclones over the western North Pacific Abstract The best track data of tropical cyclones TC provided by the Shanghai Typhoon Institute STI over the western North Pacific including the South China Sea from 1949 to 2011 are employed to analyze the basic features of tropical cyclones, including source distribution of TC, space distribution of observing frequency, the characteristics of the duration, the temporal-spatial of accumulated cyclone energy ACE in different levels of TC, and the decadal variations of ACE. The main conclusions are as follows:1. With increasing intensity of tropical cyclones, the positions of TC source centers gradually move eastward and southward. Spatial distribution of TC observation frequency has significant seasonal variations, which moves northward from March to August, and southward from September. Total durations of different levels of TC have different trends, but the average duration of TC has common growth characteristics from 1950s to 1990s2. TC intensity is proportional to the ACE. ACE and average ACE of different levels have different annual variations. ACE in August or September is the in seasonal variations in different TC levels. Spatial distribution of ACE has two high-value centers, and the area east of Hainan Island is the center of TS, STS, TY and STY, and the area 125?E-135?E, 15?N-to 25?N east of Philippines is the high value center of the SuperTY3. ACE of Landfall TC shows a gradually annual decreasing variation, and ACE of different TC levels have different effects in different stages. Followed by the west North Pacific, South China Sea is the main area where TC is the most active. The high frequency Center of landfall TC’s ACE is located in the South China Sea and the III Pacific Northwest, and the SuperTY’s ACE Center is in the Pacific Northwest, and other levels of tropical cyclones regard the South China Sea as the center4. Decadal variability of ACE about tropical cyclone over the western North Pacific is mainly divided into the high-value period 1957-1967, transition period 1976-1986 and low value period 1998-2008. Severe tropical storm STS,typhoon TY and super typhoon SuperTY are very important in dividing the years, and especially the SuperTY is the crucial composition. While the weak subtropical high, small wind shear, eastward relative vorticity anomaly in low levels at low latitudes, and eastward sea surface temperature anomaly at low latitudes, all of these decadal features are favorable for the formation of the high-value period of ACE Key Words: ACE; Temporal-spatial variations; Background; TC IV 目 录 1 绪论. 1 1.1 研究目的与意义1 1.2 国内外研究进展2 1.2.1 热带气旋特征2 1.2.1.1 源地 2 1.2.1.2 频数 2 1.2.1.3 ACE3 1.2.2 登陆热带气旋4 1.2.3 影响热带气旋的背景场. 5 1.3 主要研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 和解决的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 6 1.4 论文章节安排 7 2 资料和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 . 9 2.1 资料. 9 2.2 方法. 9 2.2.1 ACE计算方法9 2.2.2 垂直风切变计算方法 10 2.2.3 合成分析. 10 3 西北太平洋热带气旋特征 11 3.1 源地12 3.1.1 不同等级热带气旋源地12 3.1.2 各个等级热带气旋源地频数的经纬向分布. 13 3.2 观测频数的季节空间分布 14 3.3 持续时间 15 3.3.1 热带气旋持续时间的频数变化 15 3.3.2 热带气旋累积持续时间的季节分布. 16 3.3.3 热带气旋累积持续时间的年代际变化 17 I 3.3.4 热带气旋平均持续时间的年代际变化 18 3.4 小结20 4 西北太平洋热带气旋 ACE时空特征分析21 4.1 各等级热带气旋 ACE气候态量值分析 21 4.2 西北太平洋热带气旋 ACE时空分布特征22 4.2.1 各等级热带气旋 ACE年代际变化 22 4.2.2 各等级热带气旋平均 ACE年代际变化. 23 4.2.3 各等级热带气旋 ACE的季节变化 25 4.2.4 各等级热带气旋 ACE空间分布特征26 4.3 登陆中国热带气旋 ACE的时空特征分析27 4.3.1 登陆中国热带气旋 ACE年代际变化28 4.3.2 登陆中国热带气旋 ACE季节变化 30 4.3.3 登陆中国热带气旋观测频数的空间分布31 4.3.4 登陆中国热带气旋 ACE的空间分布32 4.4 小结34 5 西北太平洋 ACE的年代际变化特征 37 5.1 ACE年代际变化的季节选择37 5.2 ACE的年代际变化 39 5.3 ACE年代际变化与源地和频数关系 40 5.3.1 源地分布. 40 5.3.2 分类频数. 42 5.4 ACE年代际变化的背景场 42 5.4.1 副热带高压 43 5.4.2 850hPa涡度 44 5.4.3 垂直风切变 45 5.4.4 SST46 5.5 小结47 II 6 结论与讨论 49 6.1 结论与讨论49 6.2 展望与不足50参考文献. 51 致 谢. 56 个人简历. 57 发表学术论文 57IIIIV 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 1 绪论 1.1 研究目的与意义 热带气旋是一种发源于热带或副热带洋面的具有暖心结构的强烈的气旋性 涡旋,它能够带来狂风、暴雨、巨浪、风暴潮以及泥石流等次生灾害(王喜年, 1998)。这会对生产生活造成严重的影响,甚至危及生命安全。每年热带气旋 登 陆我国都会造成严重的经济损失,热带气旋已经成为十大最严重自然灾害之 一。 西北太平洋海域是热带气旋形成最频繁的海域之一,每月均有热带气旋生成 的记录(王喜年,1998)。热带气旋生成后,大多向西或西北方向移动,从而对 东南亚和东亚部分国家(如菲律宾、越南、中国、日本等)造成严重的影响刘 欢和刘荣高,2012。如果热带气旋登陆,还将造成大量的经济损失,甚至人员 伤亡。例如 2005年的超强台风“龙王”。“龙王”带来的强降水造成福州市区 138 平方公里受淹,数十个小区停电,数十条公交线路停运,还造成了严重的人员伤 亡,经济损失达 30多亿元。2006年超强台风“桑美”是登陆我国危害最严重的热 带气旋之一。不仅造成浙江福建等地数百人死亡和失踪,还造成大量房屋倒塌, 经济损失达到两三百亿元。此外,桑美还对上海、江西、台湾、日本冲绳也造成 了巨大的影响。鉴于热带气旋带来的巨大的影响,我们应该对热带气旋有更加深 入的理解,尤其是强度和大尺度背景场的活动特征。目前,热带气旋大尺度环流 气候态研究比较多,但对于热带气旋预报,尤其是短时强度预报还不足,这应当 引起我们足够的重视。 因此,研究热带气旋的强度,尤其是其能量大小,可以从短时强度和整体强 度两个方面描述热带气旋的强弱。累积气旋能量(ACE, Accumulaed Cyclone Energy)是 Bell et al.提出的一个描述热带气旋能量大小的指数(Bell et al., 2000)。 ACE 包含风速,时间,热带气旋频数三方面的影响因子,风速或气压只是描述 某一时刻热带气旋的强度,而 ACE则是描述整个生命过程中热带气旋强度的物 理量。他们从不同的方面描述热带气旋的强弱,具有一定的互补性。 研究 ACE的时空分布特征及其年代际变化特征,可以让我们对热带气旋的 能量有一个更加充分的理解,这同时为热带气旋的预报提供了一定的理论支持, 也可以为沿海防台,抗台提供必要的理论支持,从而减少热带气旋登陆或经过时, 1 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 对工农渔等各行各业的影响,尽量减少热带气旋造成的人员财产损失。 1.2 国内外研究进展 当前,热带气旋的研究,尤其是影响热带气旋的大尺度环境因子的研究,有 了比较充足成果。热带气旋的基本特征,频数的年际和年代际变化等也有比较充 足的研究。 1.2.1 热带气旋特征 1.2.1.1 源地 当前,热带气旋的源地的研究比较单一。国内学者主要是通过划分网格的方 法,统计每个网格内,热带气旋产生的个数,然后画出其空间分布曲线,以此来 判断热带气旋的源地中心,主要使用的网格方式有 5?×5?, 2.5?×2.5?, 2?×2?, 1?×1? (刘?等,2012;陈敏等,1999;何丽萍等,2006;杨亚新,2005;杨亚新和邱 新法,2009)。有人认为西北太平洋的热带气旋源地有三个中心,包括南海中北 部偏东洋面、菲律宾以东至加罗林群岛之间的洋面和加罗林群岛一带洋面(刘? 等,2012;杨亚新,2005),也有人认为有四个源地中心(邵利民等,2007),还 有些人认为热带气旋主要集中的某一片海域中(张家春,2008)。 热带气旋的强度等级不同,其源地的高频中心位置也不同,且随着热带气旋 强度的增大,源地中心逐渐向东向南移动(何丽萍等,2006;王毅等,2009;杨 亚新,2005)。韩福荣等(1988)认为,在 El Nino年,台风高频区偏东现象比 较明显。热带气旋源地中心随着太阳直射点的移动而移动,因此,源地中心存在 着明显季节变化特征,春季和夏季,太阳直射点北移,热带气旋源地中心也逐渐 北进,并在 8月达到最北端,随后又开始南退(周俊华,2002; 邵利民等,2007; 杨亚新和邱新法,2009;何丽萍等,2006)。在热带气旋的经纬向分布上,不同 等级的高频中心也是不同的,在经向分布上,随着热带气旋强度的增大,高频中 心向东移动,而在纬向分布上,高频中心随着热带气旋强度增大逐渐偏南邵利 民等,2007。1.2.1.2 频数热带气旋生成频数主要是研究其季节和年际分布的时间和空间特征。在频数 研究上,又可以分为所有热带气旋频数变化和不同等级热带气旋频数变化。 2 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 唐丽丽等(2012)不仅分析了所有热带气旋频数的年际变化和季节变化特征, 还分析了各个等级热带气旋的年际变化和季节变化特征。炎利军等(2007)认为, 近 58年热带气旋频数明显减少,并且存在多种时间尺度的变化周期。周俊华等 (2002)发现,在经过 20世纪 60年代的多发期后,热带气旋频数呈现减小的趋 势;七月到十月是一年之中热带气旋的主要生成时间。黄焕卿等(2009)的研究 结果表明,1951-2006年台风年生成总数不断减少,但不同海域热带气旋生成个 数的减小速率是不同的。赵珊珊等(2009)发现热带气旋总频数逐渐减小,超强 台风?和热带低压是其减少的主要力量,而其他强度热带气旋频数却逐渐增 大。 热带气旋频数与 El Nino/La Nina事件之间有显著的联系。袁金南等(2008) 认为,在 El Nino年,El Nino指数越大,超级台风个数越多,其他等级热带气旋 总个数越少;而在 La Nina年则呈现截然相反的情况。黄勇等(2008)发现,El Nino年生成的台风个数一般小于多年平均,La Nina年生成的台风则偏多。Wang 和 Chan(2002)研究了强 ENSO事件对西北太平洋地区热带风暴活动的影响, 他们发现整个西北太平洋地区的热带气旋形成总数与 ENSO事件之间的相关性 不显著,但是西北太平洋有两个区域形成的热带气旋个数与强 ENSO事件相关。 周俊华等(2002)发现,热带气旋频数的空间分布的季节变化特征非常明显, 夏秋季节热带气旋主要向西北方向移动,以西北行和转向行路径为主,中国大陆 和日本受影响较大;春冬季节热带气旋频数较少,主要集中在西北太平洋上,东 亚各国受到影响也不大。唐丽丽等(2012)研究发现,菲律宾群岛、马里亚纳群 岛以及我国南海附近区域是热带气旋发生频数最高,风速最强的区域。袁金南等 (2008)分析发现,南海北部到巴士海峡东部是热带风暴,强热带风暴,台风经 过最频繁的海区,巴士海峡以东至 140?E 海域是强台风和超强台风的高频观测 区。 1.2.1.3 ACE ACE是 Bell et al.在 2000年最先提出,用来描述热带气旋强度的物理量,其 定义是,达到热带风暴或以上等级的热带气旋,当其位于热带风暴状态或飓风状 态时,每 6小时一次观测的最大风速平方的累积之和(Bell et al., 2000)。ACE 与热带气旋破坏潜力(TDP)和能量频散指数(PDI)均是描述热带气旋能量的 3 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 物理量,三者均放大了较大强度记录所占比重(赖芬芬,2011;Gray et al., 1992; Emanual, 2005; Ling et al., 2008)。 Sobel和 Camargo(2005)使用滞后回归的方法,分析了西北太平洋热带气 旋对大尺度环境所造成的影响。Chan(2007)分析了西北太平洋海域的动力学 条件和热力学条件,结果表明,在高 ACE年,这些条件是热带气旋形成的有利 因子,而在低 ACE年,情况截然相反。Klotzbach(2006)研究近 20年全球热 带气旋的 ACE变化趋势,结果表明全球 ACE的增长趋势并没有足够的证据 可以 支持。黄丽娜等(2009)在分析西北太平洋台风累积动能的气候特征的基础上, 又分析了累积动能与极端台风事件的关系。邱品竣和余嘉峪(2005)和赖芬芬 (2011)使用不同的热带气旋路径资料对西北太平洋台风季 ACE的年际变化进 行分析,在分析其大气背景场和海洋背景场的基础上,初步解释了形成 ACE极 大值或极小值年的原因。黄静(2006)等人分析了进入广东的热带气旋的 ACE 与 ENSO的关系。胡邦辉(2011)采用 ACE研究 ENSO事件对 TC气候特征的 影响,其结果如下:在 El Nino年,ACE是增大的,西北太平洋存在的三个 ACE 的正距平中心是 ACE增长的主要力量,在 La Nina年 ACE的减小主要是由于 12-24?N,124-150?E区域 ACE负异常的贡献;在不同强度等级热带气旋中,只 有 SuperTY与各个尼诺区指数的相关性最好。 1.2.2 登陆热带气旋 每年都有热带气旋在我国登陆,每次登陆都会带来巨大的经济损失,甚至出 现人员伤亡,如“桑美”,“龙王”等。因此,中国的气象工作者对登陆热带气旋进 行了大量的研究,并取得了一定的成果。 胡娅敏等2008分析了登陆中国不同地区的热带气旋,比较其登陆频数,强 度,初旋时间,台风季长度等特征。胡娅敏等(2011)分析了登陆广东不同区域 的热带气旋的各项特征,包括源地,频数,强度,时间等。胡娅敏和宋丽莉(2009) 研究台风季登陆中国的热带气旋特征,主要分析了初旋终旋的源地和登陆位置, 以及登陆中国东南沿海省份的初旋终旋的分布。白莉娜和王元(2009)发现,南 海源地生成热带气旋越多,南海登陆热带气旋就越多;在 1970-2000年间热带风 暴登陆频数有增加的趋势。王磊等(2009)发现,发源于西北太平洋不同海区的 4 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 热带气旋,登陆我国时的主要路径不同;登陆热带气旋的强度在逐渐增大,且登 陆位置有向厦门以北区域移动的趋势。王小玲和任福民(2008)分析 1951-2004 年登陆我国热带气旋频数和强度的变化,结果表明,登陆热带气旋频数逐渐减小, 登陆热带气旋的破坏力的年代际变化特征非常明显。朱志存等(2012)对 1949 年到 2008年登陆中国大陆的热带气旋进行了分析。曹楚等(2006)研究发现, 在全球气候变暖背景下,登陆我国热带气旋的个数虽有减少,但西北太平洋台风 形成个数的减小趋势更显著。邓自旺等(1999)分析了登陆中国台风个数的年代 际变化,并分析了 El Nino年和 La Nina年登陆台风频数变化。袁娟娟等(2011) 统计分析登陆中国并在我国或附近变性的热带气旋的特征,着重分析不同区域及 路径的变性气旋特征。李英等(2004)分析了 1970年-2001年登陆我国热带气旋 的统计特征,其结果表明,登陆地点不同,热带气旋在陆地上维持时间不同,且 登陆后 12小时内是衰减的主要时间,登陆热带气旋消失的地域,西到云南,北 到黑龙江。刘燕等(2009)分析了 1949年-2006年登陆中国热带气旋中,不同强 度等级热带气旋的比例,也分析了登陆频数的季节变化,年际变化和年代际变化。 杨玉华等(2009)发现,近 58年来,登陆中国热带气旋频数有减小的趋势,主 要是登陆华南地区的热带低压和(强)热带风暴频数减少的原因。李英等(2005) 用非静力中尺度模式 MM5V3对台风 Bilis在陆地上的维持过程进行模拟, 结果 表明:外界水汽输送条件对登陆 TC的维持和衰减有明显影响,水汽的持续输送 是热带气旋在陆地上维持的一个主要因子。 1.2.3 影响热带气旋的背景场 Gray 1968提出了影响热带气旋发展的六个因素,它们是较高的 SST,平流 层较低层较强的相对涡度,Coriolis力的作用,弱的垂直风切变,条件不稳定和 对流程中低层充足的水汽。Chan(2007)在分析 ACE的年际变化过程中,探讨 了高低 ACE年热带气旋形成的背景场变化,包括 SST,850hPa纬向风,200hPa 风,湿静力能。Yumoto和 Matsuura(2001)分析了西北太平洋热带气旋个数的 年代际变化特征,背景场中 SST, 850hPa相对涡度, 200hPa散度, OLR Outgoing longwave radiation 的变化用来讨论两种极值情况下,热带气旋活动的不同。 Matsuura et al.(2003)的研究表明,西北太平洋热带气旋活动的年代际变化特征 5 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 与热带中太平洋 SSTs的长期变化和 7-10月的台风季中出现在整个西北太平洋上 的和季风槽相关的西风异常有关。Clark 和 Chu(2002)发现,在 ENSO冷暖阶 段,中太平洋海区的季风槽,低层相对涡度,对流层垂直风切变有明显的不同。 Chia和 Ropelewski(2002)分析了西北太平洋热带气旋季节(7月-10月)平均 的源地位置变化与大尺度大气循环的关系,结果表明,1979年-1999年的季节平 均的源地位置存在相当的年代际变化,且这个变化与 200-850hPa的垂直风切变, 西太平洋 SST,季风槽的强度和位置,副热带高压的强度和位置相关;ENSO是 影响源地变化的一个主要因素,但不是唯一因素。Chan(2007)指出,高低 ACE 年的形成是背景场中各个因素共同作用的结果,SST的平均变化只是其中一个。 Klotzbach(2006)的研究表明,SST不是导致热带气旋产生频率和强度变化的原 因。 热带气旋生成位置的季节和年际变化特征与局地 SST具有较好的相关性, 大多数热带气旋生成位置的海表温度一般大于等于 27.5?(杨亚新和邱新法, 2009)。赤道东太平洋 SST异常的变化与热带气旋的频数之间具有密切的联 系, SST负异常有利于热带气旋形成,而热带气旋越多,越容易形成 SST的负异常 (黄勇,2009)。陈光华和黄荣辉(2006发现,海表温度只是热带气旋频数年际 变化一个影响因子,而不是主要因子。 1.3 主要研究内容和解决的问题 目前,学者们对热带气旋的基本特征,包括源地,频数,路径等有了深入的 研究,对于热带气旋活动的年际和年代际变化也有了比较深入的研究。中国气象 局在 2006年发布了新的热带气旋等级划分 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,以底层近中心最大风速为依据, 划分为六类,即热带低压(TD, 10.8 -17.1m/s),热带风暴(TS, 17.2 - 24.4m/s), 强热带风暴(STS,24.5 - 32.6m/s),台风(TY,32.7 - 41.4m/s),强台风(STY, 41.5 - 50.9m/s)和超强台风(SuperTY,?51.0m/s)。虽然对热带气旋源地研究较 多,但是对于新标准下,各个等级热带气旋的源地特征和持续时间却没有系统的 分析。 2000年之前,通常以近中心最大风速或中心气压来描述一个热带气旋的强 弱。 Bell et al. 在 2000年提出了 ACE的概念,并以此来判断热带气旋的强弱(Bell 6 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 et al., 2000)。ACE使用热带气旋的风速,生命周期和频数共同表征热带气旋的 强弱,描述了整个生命史中热带气旋的强度。但 ACE也放大了较大强度等级热 带气旋的影响,因此本文通过分析不同强度等级热带气旋 ACE的方法来减少这 一方面的影响。 ACE的时空特征和其年际特征等都有了比较深入的研究,ACE与 ENSO的 关系也逐渐清晰,但是 ACE的年代际变化和不同强度等级热带气旋 ACE的时空 特征还缺少进一步的研究。 本文主要使用统计和合成的方法,分析 ACE的各项特征,主要研究内容如 下: (1)西北太平洋热带气旋的特征,包括各个等级热带气旋源地分布,所有 热带气旋每月 ACE的空间分布以及热带气旋持续时间的不同特征。 (2)西北太平洋热带气旋 ACE的时空特征分析。包含各个等级热带气旋 ACE时空特征分析和登陆热带气旋 ACE时空特征分析。 (3)西北太平洋热带气旋 ACE年代际变化。分析八九月 ACE的年代际变 化,并分析其形成此种变化的背景场特征,包括副高,涡度,垂直风切变和 SST。 1.4 论文章节安排 全文紧扣主要内容展开分析,具体章节安排如下: 第一章 绪论阐述西北太平洋热带气旋基本特征研究,登陆热带气旋和热带 气旋背景场的 分析情况。 第二章 资料和方法 介绍使用 CMA-STI最佳路径数据集,而不是 JMA或 JTWC资料的原因, 接下来介绍风场、位势高度场和 SST场的资料,最后介绍了本文使用的主要 分 析方法。 第三章 西北太平洋热带气旋特征 主要介绍各个等级热带气旋的源地特征,热带气旋每月观测次数的空间分布 特征以及持续时间的各项特征。 第四章 西北太平洋热带气旋的时空特征 7 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 主要分析各个等级热带气旋 ACE的时空特征和登陆热带气旋 ACE的时空特 征,包括 ACE的年际变化,季节变化,观测频数的空间分布和每月观测频数 的 空间分布。 第五章 西北太平洋热带气旋 ACE的年代际变化 首先分析不同最低风速的 ACE的季节分布和方差分布,然后以八九月份作 为代表月份分析 ACE的年代际变化。 ACE的年代际分布明显分为三个主要阶段,主要分析三个阶段的各项特征, 以及造成此种情况的背景场情况。 第六章 总结和讨论 总结全文的主要研究成果,并对文中遇到的问题和不足进行讨论。 8 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 2 资料和方法 2.1 资料 中国台风网 //. “CMA-STI 热带气旋最佳路径数据集”是 本文获取热带气旋各项数据的主要资料,该数据集从 1949年开始记录热带气旋 数据,本文主要选用 1949-2011年资料。该数据集主要内容包含时间、经纬度、 近中心最大风速、中心气压等要素。 马丽萍(2009)在其博士论文中,明确指出了 JMA与 JTWC资料的不足, 具体如下: JMA资料从 1977年才开始记录风速,并且不包含热带低压资料; JTWC 中的热带低压资料是从 1961年开始记录,1961-1970年之间没有热带低压,热带 风暴和强热带风暴的风速记录,从 1971年开始,JTWC资料才开始记录所有强 度等级热带气旋的风速大小。 CMA-STI资料是从 1949年开始,包括经纬度,风速,气压等资料,是风速 记录最完整,时间跨度最长的一套资料,因此,本文采用 CMA-STI资料计算 ACE。 风场和位势高度场是来源于美国国家环境预报中心 NCEP(National Centers for Environmental Prediction)和美国国家大气科学研究中心 NCAR The National Center for Atmospheric Research的再分析资料。该资料为月平均资料,网格为 2.5?×2.5?,时间为 1953年 1月到 2011年 12月。位势高度场和风场为 17层,即 1000 925 850 700 600 500 400 300 250 200 150 100 70 50 30 20 10 hPa。 SST是来源于英国大气环流中心的月平均资料,时间为 1953年 1月到 2010 年 12月,网格为 1?×1?。 2.2 方法 2.2.1 ACE计算方法 ACE 的定义为,达到热带风暴或以上等级的热带气旋,当其位于热带风暴 状态或飓风状态时,每 6小时一次观测的最大风速平方的累积之和(Bell et al., 2000)。本文选取热带风暴及以上等级的热带气旋,并且选取大于等于 17.2m/s 的风速计算 ACE,即 m n 2 ACE , 1 u i j 1 i1 9 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 中 m表示热带气旋的个数,n表示一个热带气旋中,大于等于 17.2 m/s的风 速个 数。 2.2.2 垂直风切变计算方法 垂直风切变的计算公式为: 2 2 w u - u + v - v ,2 200 850 200 850 2 中 w代表垂直风切变,u 、u 分别为 200hPa、850hPa等压面上纬向风速, 200 850 v 、 v 分别为 200hPa、850 hPa等压面上经向风速(卢秋珍等,2007)。 200 850 2.2.3 合成分析 合成分析是指以不同的气候态 A、B为标准将某变量场 x分为两组样本 x1、 x2,并对 x1、x2分别进行合成,从而分析在 A、B两种气候态下,变量 x有 无 明显不同,或说 A、B两种气候态是否对变量 x有显著的影响(赖芬芬,2011)。 10 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 3 西北太平洋热带气旋特征 西北太平洋地区热带气旋的基本特征已经有了很多的研究,包含源地,频数, 频度等(周俊华等,2002;刘?等,2012;陈敏等,1999;杨亚新和邱新法,2009; 王毅等,2009)。刘?等(2012)分析了热带气旋的源地特征,而何丽萍等(2006) 按照热带气旋的国际分类标准分析了不同等级热带气旋的源地特征。本文根据中 国气象局 2006年发布的热带气旋新标准,分析了不同等级热带气旋的源地特征, 并同时分析了经向和纬向上热带气旋频数的分布。 周俊华等(2002)发现,热带气旋在春冬两季的高频中心偏南,中心频数较 少,夏秋季节高频中心偏北,且中心数值明显增大。本章分析了热带气旋逐月观 测频数的空间分布,并分析了在不同季节中,高频中心位置,活动范围等的移动 规律。 现阶段,热带气旋的持续时间,尤其是各个等级热带气旋的持续时间,还缺 少深入的研究,目前只有一些初步研究成果。Li et al.(2010)根据不同的热带气 旋活动频数和持续时间的关联特征, 将 1945~2007年分为三个时期,在时 期?和 时期?热带气旋平均持续时间短;在时期?,平均持续时间长。赵宝庆等(2009) 的研究结果表明,影响中国东海附近的热带气旋,持续影响时间约为 1-4天。本 章中,笔者着重分析了各个等级热带气旋持续时间的各项特征,包括各个等级热 带气旋持续时间的频数变化,各个等级热带气旋持续时间的季节变化,各个等级 热带气旋总持续时间和平均持续时间的年际变化。 根据中国气象局 2006年发布的热带气旋标准,热带气旋分为热带低压,热 带风暴,强热带风暴,台风,强台风和超强台风。因此,本文中持续时间取热带 低压的最低风速标准 10.8m/s开始计算,即从第一个风速大于等于 10.8m/s的记 录开始计算持续时间。每个风速大于等于 10.8m/s的记录点称为一个有效记录。 每一个记录点代表 6个小时,一个热带气旋的持续时间就是该热带气旋所有有效 记录个数的 6倍。 热带气旋观测频数是指一个热带气旋生命周期中,风速大于等于 10.8m/s的 记录个数。 11 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 3.1 源地本节采用 5?×5?网格划分西北太平洋(100?E-180?,0?-40?N)广阔洋面,统 计每个网格内热带气旋源地个数,并由此绘出各个等级热带气旋源地分布图(图 3-1)和经纬度分布图(图 3-2)。 3.1.1 不同等级热带气旋源地 各个等级热带气旋源地分布如图 3-1。热带低压有 2个源地中心,一个位于 南海(118?E,18?N附近),一个位于西北太平洋上(134?E,12?N附近),且南 海中心较强,形成热带低压频数明显偏多,中心最大频数达到 42个。热带风暴 在南海和菲律宾以东洋面上各有一个源地中心,分别位于 118?E, 18?N和 128?E, 13?N附近,南海中心较强,中心最大频数为 22。强热带风暴有三个源地中心, 一个位于南海,两个位于西北太平洋上,其中心位置在 118?E,18?N,133?E, 13?N和 143?E,13?N附近,三个中心的频数从西到东依次减弱,南海中心最强, 最大频数为 35。台风有三个源地中心,南海中心位于 118?E,18?N附近,太平 洋上两个中心分别位于 133?E,13?N和 153?E,18?N附近。133?E,13?N中心 附近频数最高,达到 23,其余两个中心均较弱。强台风只有一个主要源地中心, 其位于 145?E,8?N附近,中心最大频数是 19。超强台风也只有一个高频中心, 中心位置在 150?E,8?N附近,中心最大频数是 30。 图 3-1 热带气旋源地分布图 从上述分析可知,从热带风暴开始,随着强度的增大,热带气旋的高频中心 逐渐向东向南移动,高频中心频数变化不明显,但强热带风暴和超强台风中心频 12 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 数略高。前人在分析不同强度等级热带气旋源地的高频中心分布时,采用国际标 准划分热带气旋(王毅等,2009;杨亚新,2005),对于台风源地的分析比较粗 糙,笔者得出结论与其结果虽然相差不大,但笔者分析了台风以上级别的热带气 旋的源地特征,使热带气旋源地分布更加精确明了。 随着热带气旋强度的增大,热带气旋的源地范围逐渐减小。从热带低压到强 热带风暴,30?N以北均有热带气旋生成,而台风的生成北界在 30?N附近,强台 风和超强台风的北界在 25?N。较低强度热带气旋(包括热带低压,热带风暴 和 强热带风暴)在南海均有较高的频数分布。随着热带气旋强度的继续增大,高频 中心逐渐向东向南移动,同时,其在南海形成频数逐渐减小。近 63年,超强台 风绝大多数发源于广阔的西北太平洋洋面上。综上所述,随着强度的增大,热带 气旋的生成源地范围逐渐减小,且西边界和北边界也逐渐向东和向南移动。 3.1.2 各个等级热带气旋源地频数的经纬向分布 各个等级热带气旋频数的经向和纬向分布如图 3-2。在纬向分布中,热带低 压和热带风暴的高频中心在 18?N附近,强热带风暴和台风在 15?N附近,强台 风在 13?N附近,而超强台风则在 8?N左右。经向分布可分成两个部分,一部分 在南海,一部分在西北太平洋上,以 120?E为界。120?E以西,热带低压,热带 风暴,强热带风暴和台风在 118?E附近均有一个高频中心,强台风和超强台风在 南海很少生成。 120?E以东,从热带低压到超强台风,其高频中心依次位于 133?E, 128?E,133?E,143?E,143?E,148?E附近。综上所述,热带气旋的高频中心随 着强度的增大,逐渐向东向南移动,这与上文得出结论是一致的。 图 3-2 各个等级热带气旋经向和纬向频数分布 13 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 3.2 观测频数的季节空间分布 3-4月,太阳直射点开始向北移动,北半球 SST开始缓慢增加,热带气旋的 形成频数也在增加。三四月形成的热带气旋开始逐渐北移,高频观测中心也开始 向北移动。5月,其中一个高频观测中心移动到吕宋岛附近,观测频数较三四月 份也有明显增加。6月,太阳直射点达到最北端,整个中低纬度的西北太平洋的 SST都有了明显的增加,南海海域形成的和进入南海海域的热带气旋频数明显增 大,并在南海海域行成了一个高频观测中心。7月,温暖的洋面继续向北延伸, 热带气旋观测频数的高频中心继续向北延伸,高频中心强度继续增大。8月是一 年之中形成热带气旋频数最多的月(王毅等 2009),其高频中心数值也是一年之 中最大的,其高频中心的位置也是最北的。 9月,高频中心开始南退,尤其是 20?N 以北的观测频数等值线南退明显,观测频数强度也略有下降。10-11月,热带 气 旋观测次数的高频中心持续南下,中心数值变化较小。南海海域的热带气旋观测 次数的高频中心向东南方向移动。12月到次年 2月,热带气旋继续南退,其观 测次数有了明显的下降,并在 2月达到一年中的最低值。高频观测中心也从南海 移动到 133?E,10?N附近。 一年之中,2月是热带气旋最不活跃的月,其活动范围最小。3月开始,热 带气旋开始逐渐活跃,其活动范围也在不断的西进北伸。随着太阳直射点的不断 北上,热带气旋的活动范围也在迅速增大。8月热带气旋活动区域达到最北端, 此时的活动范围是一年之中最大的。9月开始,热带气旋的高频中心开始南退, 热带气旋的活动范围也开始减小。10-11月,伴随着观测次数高频中心的南退, 热带气旋的活动范围也向南压缩。12月到次年的 2月热带气旋的观测频数迅速 减小,这个季节也是热带气旋最不活跃的季节,这三个月中,20?N以北很少有 热带气旋活动,南海地区在一二月基本没有热带气旋活动。 14 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 图 3-3 每月观测频数的空间分布 3.3 持续时间 3.3.1 热带气旋持续时间的频数变化 图 3-4是各个等级热带气旋持续时间的频数变化图。在热带低压变化图中, 高频中心在 30小时左右,热带低压的寿命一般低于 180个小时。在热带风暴频 数变化图中,高频中心出现在 65小时附近,热带风暴寿命绝大部分小于 260小 时。强热带风暴高频变化中心位于 120小时附近,且其持续时间基本小于 270 15 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 小时。台风的高频中心位于 150小时附近,且其持续时间一般小于 300小时。强 台风的高频变化中心在 180小时左右,其持续时间一般少于 360小时。超强台风 的持续时间的高频中心一般位于 220 小时前后,且其持续时间大部分低于 380 小时。 分析高频中心前后的频数发现,热带低压,热带风暴,强热带风暴和强台风 中,低于高频中心持续时间的热带气旋频数较小,高于高频中心的热带气旋频数 较多,台风和超强台风则基本对称。 从上文分析可知,各个等级热带气旋的高频中心随着热带气旋强度的增大, 持续时间的高频中心逐渐增大,呈现逐渐增长的趋势。不同等级热带气旋持续时 间的上下限也随着热带气旋强度的增大而增大。 图 3-4各等级热带气旋持续时间的频数分布图(空心圆是实际值,黑色粗实线是 7年滑动平均值) 3.3.2 热带气旋累积持续时间的季节分布 图 3-5是西北太平洋各个等级热带气旋累积持续时间的季节变化图。分析可 知,从热带低压到强台风,它们在 8月份的累积持续时间是最长的,而超强台风 则在 9月份,累积持续时间最长。强热带风暴到超强台风,其最短累积持续时间 是在 2月,而热带低压是在 4月,热带风暴是在 3月。分析可知,热带气旋的累 积持续时间有明显的季节变化特征,在夏秋季节最长,尤其是七八九十四个月, 16 西北太平洋热带气旋累积能量(ACE)时空特征分析 冬春季节最短,以 2月份最低者居多。 七月到十月,随着强度的增大,热带气旋的累积持续时间在增长,强台风除 外。强台风累积持续时间大部分介于台风和强热带风暴之间。 图 3-5 热带气旋累积持续时间的季节分布(单位:小时) 3.3.3 热带气旋累积持续时间的年代际变化 图 3-6是各个等级热带气旋每年累积持续时间的年际变化图。热带低压的年 际变化图中,六十年代初期之前,累积持续时间变化较小,发展比较平缓。六十 年代中期开始,累积持续时间开始呈现 10年左右的周期变化,且总体呈现出缓 慢减小的趋势。热带风暴的累积持续时间变化明显,一直呈现增长的趋势,从现 在情况分析,其将继续维持增长的趋势。强热带风暴的累积持续时间变化也比较 清晰,在近 63年中,出现一次极大值,2次极小值。极大值出现在七十年代末 八十年代初,