（气象学专业论文）不同海域影响热带气旋活动的环境动力因素对比分析.pdf

摘要 本文利用1 9 8 2 - - 2 0 0 7 年n c e p n c a r 每6 h 一次和月平均的再分析资料、n o a a 月平 均海平面温度( s s t ) 资料、美国联合台风警报中心( j o i n tt y p h o o nw a r n i n gc e n t e r ，简称 m v c ) 和全球热带气旋最佳路径数据集资料，在分别研究西北太平洋、北大西洋和北印度 洋环境垂直风切变气候变化特征的基础上，统计了三大海域热带气旋( t c ) 强度和频数在 季节、年际及年代际( 趋势) 变化关系的差异，对比分析了各海域环境热力因素和环境动 力因素在不同时间尺度上对热带气旋活动的影响效应。主要结论如下： ( 1 ) 西北太平洋热带气旋活动关键海区7 1 0 月垂直风切变对4 个月前的赤道东太平 洋s s t 的响应最显著，即当赤道东太平洋前期3 - - 6 月份s s t 异常偏暖( 冷) 时，则后期 7 1 0 月西北太平洋关键海区风切变异常偏小( 大) ；( 2 ) 北大西洋热带气旋活动关键海区 7 9 月垂直风切变与局地前期s s t 的关系最显著，显著滞后时间为3 个月，即局地前期4 - 6 月的s s t 异常偏暖( 冷) 时，则7 9 月北大西洋关键海区风切变异常偏小( 大) ；( 3 ) 北 印度洋热带气旋活动关键海区l 肛1 2 月垂直风切变对前期赤道东太平洋s s t 的响应最显 著，滞后时间为5 个月，即赤道东太平洋前期5 7 月的s s t 异常偏暖( 冷) 时，则1 肛1 2 月北印度洋关键海区垂直风切变异常偏大( 小) ；( 4 ) 各海域环境垂直风切变与热带气旋频 数在时间上具有如下关系：在垂直风切变值异常偏小的年份，各海域t c 频数一致偏多， 在垂直风切变值异常偏大年份，各海域t c 频数一致偏少；( 5 ) 各海域使t c 过程强度增强 或减弱的风切变阈值是不同的。在西北太平洋，风切变阈值约为1 0m s ，在北大西洋和北 印度洋风切变阈值分别约为9 1 0m s 和1 2 1 3m s ；( 6 ) 季节时间尺度上，在西北太平 洋和北印度洋，垂直风切变对t c 强度和频数的作用要大于热力控制因子，而在北大西洋， 热力控制因子对强度和频数季节演变的作用则明显大于垂直风切变；( 7 ) 年际及年代际尺 度( 趋势) 上，尽管各海域由热力控制因子决定的最大可能强度( m p i ) 都呈现增强的趋势， 但西北太平洋t c 观测强度却呈现减弱的趋势，频数也有减少的趋势，表明该海域环境垂直 风切变的增大对强度和频数的趋势变化起着主要作用，而北大西洋和北印度洋t c 观测强度 的增强以及频数的增多是环境垂直风切变的减小和热力控制因子增大共同作用的结果，且 垂直风切变影响要稍大于热力控制因子。 关键词：热带气旋，强度变化，频数变化，环境动力因子 a b s t r a c t b a s e do nn c e p n c a rr e a n a l y s i sd a t a , m o n t h l ym e a ns e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) ，t r o p i c a lc y c l o n ef f c ) d a t ao fn o r t h w e s t e r np a c i f i c ( w n p ) f o r mt h ej o i n t t y p h o o nw a r n i n gc e n t e r ( j t w c ) o fu s aa n dt cd a t ao ft h en o r t ha t l a n t i c o c e a n ( n a o ) a n dt h en o r t hi n d i a no c e a n ( n i o ) f r o mt h eg l o b a lt r o p i c a lc y c l o n e d a t a s e t sf o rt h ep e r i o do f19 8 2 2 0 0 7 ，t h ee n v i r o n m e n t a lv e r t i c a lw i n ds h e a r ( v w s ) c h a r a c t e r i s t i c sa n dc a u s e so fc l i m a t ec h a n g ea r er e s p e c t i v e l ye x a m i n e do v e rw n p 、 n a oa n dn i o o v e rt h e s eo c e a n s ，s t a t i s t i c a la n a l y s e sa r ep e r f o r m e dt os t u d yt ot h e e f f e c t so ft h e r m o d y n a m i cc o n t r o l ( s s t ) a n de n v i r o n m e n t a ld y n a m i c a lc o n t r o l w s ) o nt ci n t e n s i t ya n df r e q u e n c yi nt h ed i f f e r e n tt i m es c a l e ， i n c l u d i n gs e a s o n a l ， i n t e r - a n n u a la n di n t e r - d e c a d a l t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w ： ( 1 ) t h e r ei st h em o s ts i g n i f i c a n tt e l e c o n n e c t i o nb e t w e e nt h ee q u a t o r i a le a s t e r n p a c i f i c ( e e p ) s s ta n dt h ev w so fw n p 吼r h e ns s to fe e pi sh i g ht h ev w so f w n pi ss m a l l ，as i g n i f i c a n tl a gt i m ei s4m o n t h s x 汛h e nm a r j u ns s to fe e pi sh i g h ( c o l d ) ，t h ej u i o c tv w so fw n p i ss m a l l ( 1 a r g e ) ( 2 ) t h e r ei st h em o s ts i g n i f i c a n t r e l a t e db e t w e e nt h el o c a ls s ta n dt h ev w so fn a o w h e nl o c a ls s ti sh i g ht h e v w so fn a oi ss m a l l ，as i g n i f i c a n tl a gt i m ei s3m o n t h s w h e nl o c a la p r j u ns s ti s h i g h ( c o l d ) ，t h ej u l s e pv w so fn a oi ss m a l l ( 1 a r g e ) ( 3 ) t h e r e i st h em o s t s i g n i f i c a n tt e l e c o n n e c t i o nb e t w e e ns s to fe e pa n dv w s o fn l o w h e nt h es s to f e e pi sh i g h ，t h ev w so fn i oi sa l s ol a r g e ，as i g n i f i c a n tl a gt i m ei s5m o n t h s ，t h a t i s ，w h e n m a y j u ls s to fe e pi sh i 曲( c o l d ) ，t h eo c t d e cv w so fn i oi s l a r g e ( s m a l l ) ( 4 ) i nd i f f e r e n to c , e a n s ，w h e nv w si ss m a l l ，t h e r e a r em o r et c f r e q u e n c y ；w h e nv w s i sl a r g e ，t h e r ea r ef e wt cf r e q u e n c y ( 5 ) t h et h r e s h o l dv a l u e i sd i f f e r e n tw i t h10 m so v e rw n p i d9 10 m sa n d12 - 13 m so v e rn a oa n dn i o ( 6 ) i n s e a s o n a lc h a n g e s ，t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nv w sa n dt ca c t i v i t yi sh i g h e rt h a nt h a to f t h et h e r m a lc o n t r o lo v e rw n pa n dn i o ，i n c l u d i n gt ci n t e n s i t ya n df r e q u e n c y , w h i l e o v e rn a o ，t h et h e r m a lc o n t r o lf a c t o rp l a y sm o r ei m p o r t a n t ( 7 ) i nt h em t e r - a n n u a l a n di n t e r - d e c a d a l ( t e n d e n c y ) v a r i a t i o n s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nv w sa n dt c i n t e n s i t yi sm o s ts i g n i f i c a n to v e rn a o ，a sw e l la st h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nv w sa n d f r e q u e n c y t h em a x i m u mp o s s i b l ei n t e n s i t y ( m p i ) d e c i d e db yt h et h e r m a lc o n t r o l f a c t o re n h a n c e si nd i f f e r e n to c e a n s ，h o w e v e r , t co b s e r v e di n t e n s i t yd e c r e a s e sa n d t cf r e q u e n c yr e d u c e si nt h e 仆mi ti si n d i c a t e dt h a tt h ei n c r e a s eo fv e r t i c a lw i n d s h e a rp l a y sam a j o rr o l eo nt h ec h a n g eo ft ci n t e n s i t ya n df r e q u e n c y t h ei n c r e a s eo f t co b s e r v e di n t e n s i t ya n df r e q u e n c yi st h er e s u l to ft h ed e c r e a s eo fv w sa n d i n c r e a s eo ft h e r m a lc o n t r o lf a c t o ro v e rn a oa n dn i o w h i l et h ei m p a c to fv w si s g r e a t e rt h a nt h er o l eo ft h e r m a lc o n t r o lf a c t o r k e yw o r d s ：t r o p i c a lc y c l o n e ，i n t e n s i t yc h a n g e ，f r e q u e n c yc h a n g e ，d y n a m i c a lc o n t r o l i i i 本人郑重声明： 学位论文独创性声明 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有试验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发 表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 作者签名： 圣塞 日 期：趁f 皇! 墨i 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸 质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书 馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论 文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：鱼薹 南京信息工程大学硕士学位论文 1 1 研究意义 第一章绪论 热带气旋( t r o p i c a lc y c l o n e ，t c ) 是形成于热带或副热带洋面上，具有有组织的对流 和确定的气旋性地面风环流的非锋面性的天气尺度系统。热带气旋强度通常是以气旋内近 中心海平面最大风速，或者气旋中心最小的海平面气压值来表示。热带气旋在不同的洋( 海) 域有不同的名称，在西北太平洋( 包括中国南海) ，最大风速3 2 7 r i g s ( 相当于风力1 2 级) 的t c 常常称为台风( t y p h o o n ) ，而在大西洋、东太平洋和澳大利亚地区发展的t c 习惯性 的称为飓风( h u r r i c a n e ) ，在其他洋( 海) 域仍称为热带气旋。 世界气象组织( 1 9 9 8 ) 【i 】研究报告指出，因台风灾害造成的死亡人数仅次于干旱，位 居第二。全球每年约有8 0 1 0 0 个热带气旋产生，西北太平洋海域( 包括中国南海) 是全球 热带气旋发生频率最高的海域，平均每年产生数约占全球总数的三分之一。2 0 0 8 年5 月， 生成于北印度洋的热带风暴n a r g i s ( 2 0 0 8 ) ，登陆缅甸后，造成了缅甸1 4 6 0 0 0 人员死亡和 1 0 0 0 万美元的经济损失，因此对北印度洋海域热带气旋活动特征及其成因的研究也迫在眉 睫。近几年来，我们对t c 路径预报已经能达到了较高的水平，但是由于对其强度变化估 计不足，损失也难以减轻。例如热带气旋云娜的路径预报较正确，受灾地区事前也做好了 人员撤离等防灾准备。但是其强度以及带来的风雨强度超出了预计程度，结果造成了极大 的灾害和损失。因而准确的t c 强度预报，对做好预防措施，减轻t c 造成的灾害损失是必 不可少的。可见加强热带气旋强度变化理论及其预报技术的研究具有非常重大的意义。 减轻热带气旋的灾害，最重要的是对热带气旋做出准确的预测。认识热带气旋发生发 展、移向移速、强度变化等问题的机理是提高热带气旋预报准确率的基础和关键所在。热 带气旋移动路径的预报在过去的3 0 年中取得稳步的进展，但是，气旋强度和变化预报方面 进展相对较少【2 】。而热带气旋所带来的强风、暴雨、风暴潮等灾害性程度都与其强度关系 密切，因此，热带气旋强度变化的研究和预测是当今台风界研究的一个前沿课题。 1 2 国内外研究进展 影响t c 强度变化的因子大致可以分为3 类：即t c 本身的内部结构变化( 如：t c 的 眼壁特征、对流的非对称分布等) ，二是环境气流( 如水平、垂直切变) 与台风环流的相互 l 南京信息工程大学硕士学位论文 作用，三是下垫面( 如海洋、地形) 与台风环流的相互作用。对于一个实际的t c 强度变 化，其各影响因子的相对重要性是不确定的，其强度变化可以是多个因子影响的综合效果。 但一般来说，当一个成熟的t c 趋子登陆或是近海北上时，它受下垫面的改变和环境场的 影响就显得尤为重要。特别是在t c 运动过程中，环境场与t c 的相互作用将影响它的路径 和强度，适宜热带气旋形成的六个环境场条件为：具有足够深度的暖洋面( s s t ) ；低层正 涡度较大；初始扰动离开赤道一定距离之外( 厂值具有一定大小) ；深厚的条件不稳定气层； 对流层中层相对湿度较大；低层环流中心上空的风场垂直切变较弱。现在气象学者比较公 认：环境风垂直切变是影响热带气旋强度变化的一个主要方面 3 - 4 。 1 2 1 环境垂直风切变对热带气旋活动影响的研究进展 环境垂直风切变是影响热带气旋强度的关键的外部环境因素之一。较强的垂直切变将 抑制热带气旋生成，这一点几乎成了共识。大量的观测研究表明【5 。8 】，强的垂直切变对热带 气旋强度的影响具有抑制作用，即强的垂直切变能阻止热带气旋在环境切变气流中发生和 发展，在强的垂直切变场中，热带气旋的强度将减弱。环境垂直风切变越小越有利于t c 的发展，如7 5 0 3 号t c 。研究指出【9 。1 1 1 ，大的垂直切变将扰乱对流的持续发展，使得具有 高层暖心结构的大的涡度中心不易形成。通过各种观测资料进行分析后人们发现环境垂直 风切变必须低于某个阈值才有利于热带气旋的发展，并得出了一些统计关系，z h d l 2 】在1 9 9 2 年发现当2 0 0 h p a 和8 5 0 h p a 间的垂直切变大于1 0 m s 时，太平洋的风暴几乎不会形成，在 西北太平洋地区，1 2 5 m s 的切变值会阻碍热带气旋的发展；g a l l i n a 和v e l d e n 1 3 1 估计在大 西洋热带气旋得以发展的临界切变值为7 - 8 m s ，而在西北太平洋这个数值为9 1 0 m s ，同时 他们都通过研究确定了切变与热带气旋强度改变之间的时间滞后关系。r i c k i e e l 4 通过分析 两种统计预测方案的结果也表明在不同洋区得到的阈值是有差异的，这可能是与下垫面的 热力效应有关。 环境垂直风切变不仅可以影响热带气旋强度变化，对热带气旋频数也有显著的影响。 国内外很多科学家都做过风速垂直切变对t c 活动年际变化的影响分析，并在台风频数的 数值预报上加以应用。孙颖等人( 2 0 0 2 ) 【l5 】对导致1 9 9 8 和1 9 9 9 年西北太平洋热带气旋活 动异常的大尺度条件场的分析表明，1 9 9 8 和1 9 9 9 年的台风季季风槽、垂直风切变、海平 面气压等因子的分布都不利于台风在西北太平洋东部海域的生成，因此是导致这两年台风 偏少和生成源地异常偏西的重要原因。进一步的分析表明，西北太平洋地区的环流异常是 导致季风槽和垂直风切变异常的主要原因。何敏【l6 】通过研究热带风暴活动季节大尺度纬向 2 南京信息工程大学硕士学位论文 风垂直切变异常与西北太平洋热带风暴年频数的关系，指出赤道东太平洋 “8 5 0 一“2 0 0 0 ，西北太平洋生成和登陆我国的 热带风暴偏多：热带太平洋地区纬向风垂直切变异常与影响热带风暴生成和发展的环境条 件和动力机制紧密关联，在热带太平洋地区垂直切变异常偏小年，热带风暴频数偏多；反 之，热带风暴频数偏少。可见，在短期气候预测的时间尺度上，纬向风垂直切变异常是影 响热带风暴频数的基本环境因子，并且可以作为预测热带风暴频数的前兆信号。王会军【1 7 】 等在做关于2 0 0 6 年西太平洋台风频次的气候预测试验中，利用垂直切变的预报场成功的预 报了2 0 0 6 年台风频次偏少，并在以后的业务预报中应用。 w o n g 和c h a r t 1 8 】利用m m 5 数值模式进行理想化试验，研究垂直风切变对热带气旋强 度和结构的影响，在理想的环境场分别在2 0 0 h p a 和8 5 0 h p a 之间加入2 ，4 ，6 ，8 ，1 0 m s 的东风切变。结果表明，在2 m s 和4 m s 低值切变的情况下改变垂直风切变并不会明显的 影响热带气旋的强度；在6 m s 和8 r r d s 的情况下，尽管热带气旋在模拟期间不会减弱，但 是它们的强度已经没有控制试验强：当热带气旋位于1 0 m s 的垂直风切变的环境下，热带 气旋明显减弱。分析了热带气旋涡旋干绝热动力过程在抵抗热带气旋涡旋垂直倾斜方面起 到的作用，认为次级环流和引起的非绝热加热降低了垂直倾斜和强度减弱。同时试验还表 明，在相同垂直风切变的情况下，热带气旋强度与热带气旋本身的尺度是相关的。f r a n k 和r i t c h i e 1 9 利用中尺度模式m m 5 ，将初始条件几乎完全相同的涡旋嵌入相同的弱垂直切 变环境场中，分别进行干与湿两种数值模拟，并进行对比分析。结果发现干涡旋( 不考虑 水汽过程) 无法维持，而湿涡旋( 考虑了水汽过程) 却保持了垂直排列。之后模拟中发现 所有在环境垂直风切变( 5 m s ) 中的热带气旋在暂时的加强以后全部减弱了。 至于垂直切变对t c 强度影响的物理机制目前主要有两种观点。一种是根据热带气旋 内部位涡( p v ) 与热力场对环境垂直风切变的响应，提出“倾斜与稳定性机制2 0 1 。d e m 撕a 【2 1 】 建立了一个两层模式来检验环境垂直风切变对热带气旋强度变化的作用，提出切变对热带 气旋强度的抑制作用并非由于“通风流”效应【2 2 1 ，而是由于对流层中层加热的对流作用、 阻碍作用及垂直切变引起的热带气旋涡旋的斜压作用所造成的。另外，采用回归统计分析 也表明，高纬尺度相对较大的强的热带气旋对垂直气流切变作用的敏感性要比低纬尺度相 对较小的弱的热带气旋要小。另一个比较重要的可能机制称为r o s s b y 波阻尼机制( v r w d a m p i n g ) 2 3 o 主要是结合涡旋r o s s b y 波理论来研究垂直切变环境场中干涡旋的垂直倾斜 演变过程。环境垂直风切变中倾斜涡旋各层的相互旋转是由于存在一种方向角波数为1 的 包括垂直结构的准态( q u a s im o d e ) 。该准态的相速度随着r o s s b y 渗透高度增加而增加。如 3 南京信息工程大学硕士学位论文 果准态被衰减，涡旋将更能够抵抗切变的影响。这种机制强调了v r w 在涡旋维持垂直方 向成列的作用，以及这样的涡列不需要直接的对流作用也能抵挡强垂直切变的能力。他们 认为这种v r w 阻尼机制抑制了铅直方向的偏离。非绝热驱动的次级环流的轴对称分量间 接促进了通过增加r o 参数和增强平均p v 径向梯度涡旋抗切变的弹性机制，因此又在水汽 上升区降低了静力稳定度，提高了阻尼机制的效率。由于上述研究中没有考虑摩擦和对流 作用，到目前为止尚不十分清楚以上两种动力机制在实际热带气旋中是如何与水汽活动相 结合以抵抗切变影响的。 1 2 2 热带气旋移动速度对热带气旋活动影响的研究进展 热带气旋的移动通常也被认为是影响热带气旋活动的主要环境动力因子之一。 z c n g 2 4 - 2 5 】通过分析2 5 年西北太平洋和北大西洋t c 强度与移动速度的结果表明：t c 生命 史中最大强度基本上都发生在移动速度为3 8 m s 这一区间，过慢或过快的移动速度对强度 的发展都是不利的。另外，t c 相对强度和最大相对强度也随着移动速度的减小，都出现的 增大的趋势。当移动速度 1 5 m s 时，t c 增强的样本就很少了。研究还表明，移动速度不 仅可以影响t c 强度，对t c 强度的变化率也有显著的影响。发现当随着移动速度的减小， 强度变化率逐渐增强，这也表明了快速的移动速度对t c 强度的发展存在抑制作用。考虑 到移动速度对强度的影响作用，提出了一个综合考虑环境垂直风切变和移动速度的计算t c 强度的预测模型，根据这个模型计算出来的可能强度与实际强度间的误差更小，更准确的 预估了t c 可能强度。 h o l l a n d t 2 6 1 通过观测研究表明当热带气旋处于较大的移速条件下时，强度有减弱的趋 势。端义宏【27 】研究表明，行星涡度梯度和均匀流导致热带气旋强度变化的主要原因是，由 于水平均匀流和行星涡度梯度造成热带气旋的非对称结构，使得积云对流加热不能集中在 热带气旋暖心附近而是向外围扩展，因而使得强度减弱。 s c h a d ea n de m a n u e l 2 8 】的通过数值模拟也表明：若t c 移动过慢，由湍流混合诱导产生 的表面风使海水冷却将导致t c 强度减弱，若t c 移动过快，将引起t c 非对称结构，会产 生一波非对称运动，这也会影响强度的增强。e m a n u e l 的研究表明非对称结构通过涡旋运 动的熵通量影响t c 强度，因为熵通量是地面相对风速的线性函数。p e n g 2 9 等通过数值模 拟也表明当将一个热带气旋嵌入均匀环境流场时，将引起强度的减弱，这主要是由于环境 流场与热带气旋环流迭加引起的热带气旋周围的非对称流场，造成了强度减弱。 环境垂直风切变和移动速度作为影响强度变化的两个重要的环境动力因素，他们对强 4 南京信息工程大学硕士学位论文 度变化的贡献是有差别的。y uj i n h u a t 3 0 1 的研究成果表明：由环境垂直风切变和移速决定的 动力控制因子的计算公式：= i 瓦乏：干万再，在该公式中移速是以i 圪。一5 i 形式出现，垂直风切变气候均值和移速间的差异对t c 强度变化影响的贡献将产生很大的 不同，经计算，动力控制因子主要受环境垂直风切变的影响。 1 2 3s s t 对热带气旋活动影响的研究进展 海表温度( s e as u r f a c et e m p e r a t u r e ，简称s s t ) 和大气热力结构( 如对流层高空流出 层温度) 被认为是影响热带气旋强度的热力学控制。观测研究表明s s t 是影响热带气旋强 度的一个基本热力因子【3 1 1 。 近年来，利用气候变化敏感因子并与热带气旋具有直接成果联系的海表温度研究热带 气旋强度变化已经取得了一定进展。m i l l e r ( 19 5 8 ) 【3 2 1 和e m a n u e l ( 19 8 7 ，19 8 8 ) 3 3 - 3 4 1 通过 理论模型分析认为，热带气旋强度与海表温度之间具有显著的正相关关系，而且这种关系 是非线性的，并且由此推断得出随着气候变暖引起的海表温度升高，热带气旋强度将明显 增加。此结果得到了d e m a r i ae ta 1 1 3 5 】对北大西洋3 1 年( 1 9 6 2 1 9 9 2 年) 最大热带气旋强度 与海表温度统计实例研究的有力支持。然而，s s t 本身对于单个的热带气旋是否加强来说 未必能是一个非常好的指标。例如，在1 9 9 2 年大西洋飓风季里，热带风暴e 矾达到最大 风速2 8 m s 时的s s t 约为2 7 。c ，而飓风b o n n i e 达到最大风速4 9 m s 时s s t 约为2 5 。c 3 6 。 尽管s s t 在热带气旋强度变化方面不是一个好指标，但它确实确定了热带气旋强度的 上限。即所谓的热带气旋最大可能强度m p i ( t h em a x i m u mp o s s i b l ei n t e n s i t y ) ，它指的是在 给定的海洋及大气热力结构条件下，通过计算得出的用热带气旋中心最低气压或近中心最 大风速所表示的热带气旋可能达到的最大强度。在过去的几十年里，更多的关注主要集中 在研究热带气旋强度与s s t 的关系。e m a n u e l 【3 3 】创立了热带气旋的最低海平面气压卡诺 ( c a r n o o 热机理论，提出热带气旋强度的上限是由s s t 、边界层相对湿度和气旋气流流出层 空气温度所确定的函数。m i l l e r 和e m a n u e l 的研究结果表明，最大强度随着s s t 的增加急 剧增大。两个理论也表明最大强度与s s t 的关系是非线性的，这时在较暖的s s t 条件下最 大强度对s s t 变化更为敏感。 风暴强度上限的概念已得到许多应用。d a r l i n g 3 刀使用e m a n u a l 的理论吲来预测飓风风 速，他用强度上限对观测到的风暴强度进行标准化，用于不同的s s t 情况下进行比较。 m e r r i l l 3 扪，d e m a r i a 和k a p l a n 3 1 将s s t 与风暴强度的经验关系应用到统计强度预报模式。他 5 南京信息工程大学硕士学位论文 们的结果表明在强度变化预报上，强度上限与当前的风暴强度的差值与s s t 相比，是一个 更可靠的预报因子。 更深入的研究环境垂直风切变对热带气旋强度和频数的影响将会为改进热带气旋强度 和频数预报方法提供有意义的依据，对提高热带气旋强度的预报能力有一定的实际应用价 值。统计诊断过去几十年甚至上百年的环境垂直风切变与各海域热带气旋强度和频数变化 的关系，能够使我们较深入的了解到风切变对热带气旋强度和频数的变化影响，为气象部 门能及时准确的预报热带气旋这种强烈灾害天气提供科学依据。 1 3 本文主要研究内容和内容安排 本文应用1 9 8 2 - , - 2 0 0 7 年n c e p n c a r 每6 小时一次和月平均的再分析资料、月平均海 平面温度( s s t ) 资料、全球热带气旋路径数据资料和美国联合台风警报中心( j o i n tt y p h o o n w a r n i n gc e n t e r ，简称j t w c ) 热带气旋资料，对比分析了西北太平洋、北大西洋和北印度 洋三大海域t c 强度、频数和环境动力因素在季节、年际及年代际变化( 包括趋势) 关系 的差异，以理解三个海域实际t c 观测强度和频数在不同时间尺度上变化差异的物理原因。 不同海域垂直风切变与t c 强度变化关系差异的分析有助于我们认识各海域大尺度环境热 力、动力因子与t c 强度变化和频数的关系，理解各海域t c 活动变化差异的成因，为建立 t c 强度的统计预测模型和基于统计降尺度方法进行未来t c 强度的情景预估提供基础。 本文的内容安排如下：第二章具体介绍本文所应用的资料和方法；第三章、第四章和 第五章分别是研究西北太平洋、北大西洋和北印度洋影响热带气旋活动关键海区环境垂直 风切变的气候变化特征及其与s s t 的关系，针对三个海域，希望找出前期影响关键海区垂 直风切变的s s t 关键海域，以此为第六章的研究工作打下基础；第六章通过对比分析西北 太平洋、北大西洋和北印度洋三大海域t c 强度、频数和环境动力因素在季节、年际及年 代际变化( 包括趋势) 关系的差异，希望找出在各海域t c 强度和频数在不同的时间尺度 变化上，究竟是环境热力因素对其的影响大还是环境动力因素对其影响大。第七章是总结 和展望。 6 南京信息工程大学硕士学位论文 参考文献： 1 1d eu s a n dj o s h iks n a t u r a ld i s a s t e r sa n dt h e i ri m p a c t s0 nd e v e l o p i n gc o u t r i e s r 】 w m ob u l l ，19 9 8 ，4 7 ( 4 ) ：3 3 6 3 4 3 2 1w a n gy a n dw ucc c u r r e n tu n d e r s t a n d i n go ft r o p i c a lc y c l o n es t r u c t u r ea n di n t e n s i t y c h a n g e s ar e v i e w j 】m e t e o r o l o g ya n da t m o s p h e r i cp h y s i c s ，2 0 0 3 ，8 7 ：2 5 7 。2 7 8 【3 】d e m a r i am ，k a p l a nj a nu p d a t e ds t a t i s t i c a lh u r r i c a n ei n t e n s i t yp r e d i c t i o ns c h e m e ( s h i p s 、 f b rt h ea t l a n t i ca n de a s t e mn o r t hp a c i f i cb a s i n s j 1 w e a t h e ra n df o r e c a s t i n g ，1 9 9 9 ， 1 4 ( 3 ) ：3 2 6 3 3 7 4 】f i t z p a t r i c kpj u n d e r s t a n d i n ga n df o r e c a s t i n gt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yc h a n g ew i t ht h e t y p h o o ni n t e n s i t yp r e d i c t i o n s c h e m e ( t i p s ) 阴m o nw e af o r e c a s t i n g ，19 9 7 ， 1 2 ( 5 ) ：8 2 6 - 8 4 6 5 】w e i g h t m a nrh t h ew e s ti n d i ah u r r i c a n eo fs e p t e m b e r ，1919 ，i nl i g h to fs o u n d i n g o b s e r v a t i o n j 】m o nw e ar e v ，1 9 1 9 ，4 7 ：7 1 7 7 2 0 f 6 y uj i n h u a ，t a nz h e m i na n dw a n gy u q i n g e f f e c t so fv e r t i c a lw i n ds h e a ro ni n t e n s i t ya n d r a i n f a l la s y m m e t r i e so fs t r o n gt r o p i c a ls t o r mb i l i s ( 2 0 0 6 ) j a d v e n c e si na t m o s p h e r e ， v o l 2 7 ，n o 3 ，2 0 1 0 ，5 5 2 5 6 1 【7 m e r r i l lrt e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c eo nh u r r i c a n ei n t e n s i f i c a t i o n j 】ja t m o ss c ，1 9 8 8 ，4 5 ： 1 6 7 8 1 6 8 7 8 1c h i ahh ，r e p e l e w s k icet h ei n t e r - a n n u a lv a r i a b i l i t yi nt h eg e n e s i sl o c a t i o no f t r o p i c a l c y c l o n e si nt h en o r t h w e s tp a c i f i c j jc l i m ，2 0 0 2 ，1 5 ：2 9 3 4 2 9 4 4 9 】d e m a r i am s e as u r f a c et e m p e r a t u r ea n dt h em a x i m u mi n t e n s i t yo fa t l a n t i ct r o p i c a lc y c l o n e s 【j 】jc l i m a t e ，1 9 9 4 ，7 ：1 3 2 5 4 1 3 3 4 1o 】m a r t i nlm ，w o n g ，j o h n n ycl 。c h a n t r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yi nv e r t i c a lw i n d s h e a r 【j 】j a t m o ss c i ，2 0 0 4 ，6 1 ：1 8 5 9 1 8 7 6 1 1 m a r t i nlm ，w o n g ，j o h n n yc l ，c h a n t r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yi nv e r t i c a lw i n d s h e a r j 】j a t m o ss c i ，2 0 0 4 ，6 1 ：1 8 5 9 1 8 7 6 12 z e h rrm t r o p i c a lc y c l o g e n e s i si nt h ew e s t e r nn o r t hp a c i f i c n o a at e c hr e p ，19 9 2 ， 7 南京信息工程大学硕士学位论文 n e s d i s6 2 ，1 8 1 p p 【1 3 】g a l l i n agm ，v e l d e ncs e n v i r o n m e n t a lv e r t i c a lw i n ds h e a ra n dt r o p i c a lc y c l o n e i n t e n s i t yc h a n g eu t i l i z i n ge n h a n c e ds a t e l l i t ed e r i v e dw i n di n f o r m a t i o n r e x t e n d e d a b s t r a c t s ，2 5 也c o n f o nh u r r i c a n ea n dt r o p i c a lm e t e o r o l o g y ，s a nd i e g o ，c a ，- l 1 l e r m e t e o rs o c ，2 0 0 2 ，1 7 2 - 1 7 3 【1 4 r i t c h i ee a a n df r a n kw m ，e f f e c to f e n v i r o n m e n t a lf o l w o nt r o p i c a lc y c l o n es t r u c t u r e j m o nw e ar e v ，1 9 9 9 ，1 2 7 ：2 0 4 4 - 2 0 6 1 1 5 孙颖，丁一汇1 9 9 8 和1 9 9 9 年西北太平洋热带气旋的异常特征及其大尺度条件 j 】 气象学报，2 0 0 2 ，6 0 ( 5 ) ：5 2 7 5 3 7 1 6 】何敏，龚振淞纬向风垂直切变异常与西北太平洋热带风暴年频数的关系 j 】热带气 象学报，2 0 0 5 ，2 2 ( 6 ) ：5 2 7 5 3 2 【1 7 王会军，郎咸梅，范可等关于2 0 0 6 年西北太平洋台风活动频次的气候预测试验 j 】 气候与环境研究，2 0 0 6 ，1 1 ( 2 ) ：13 3 13 7 18 w o n gl ma n dc h a ncl t r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yi nv e r t i c a lw i n ds h e a r 【j 】j a t m o ss c i ，2 0 0 4 ，6 1 ：1 8 5 9 - 1 8 7 6 19 】r i t c h i ee a a n df r a n kw m ，e f f e c to fv e r t i c a lw i n ds h e a ro nt h ei n t e n s i t ya n d s t r u c t - u r eo f n u m e r i c a l l ys i m u l a t e dh u r r i c a n e s m o nw e ar e v ，2 0 0 1 ，1 2 9 ：2 2 4 9 - 2 2 6 9 【2 0 b r a u nsaa n dw u l ，e f f e c t s o fe n v i r o n m e n t a li n d e c e da s y m m e t r i e so nh u r r i c a n e i n t e n s i t y ：an u m e r i c a ls t u d y ja t m o s s c i 2 0 0 4 ，6 1 ：3 0 6 5 - 3 0 81 【21 】d e m a r i am t h ee f f e c to fv e r t i c a lw i n ds h e a ro nt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t