（气象学专业论文）南海—西太平洋地区的准双周振荡特征及其对热带气旋生成的调节作用.pdf

南海一西太平洋地区的准双周振荡特征 及其对热带气旋生成的调节作用 摘要 本文分析了南海西太平洋地区的l o 2 0 天准双周振荡( q b w o ) 特征，通过对大气准 双周振荡不同位相的划分( a d ) ，研究t q b w o 对南海西北太平洋海域热带气旋( t c ) 生成的调节作用。最后以1 9 9 0 年为例分析了大气季节内振荡对热带气旋群发的影响，主要 结论如下： ( 1 ) 1 0 2 0 天振荡是南海附近地区对流活动的主要周期，该地区对流的准双周振荡活动 特征主要表现为向西传播。q b w o 强弱年合成分析对比表明，强年在6 月8 月有向西传播的特 征，而弱年纬向传播特征并不明显，基本表现为局地振荡。时滞相关分析表明，南海附近 的对流活动与南海西北太平洋低空8 5 0 h p a 环流场之间有密切的联系。当南海地区处于弱对 流时，南海西北太平洋呈现气旋反气旋的环流形势；相反，南海地区处于强对流时，南 海西北太平洋呈现反气旋气旋的环流形势。 ( 2 ) 南海海域生成的热带气旋强度较低，多为强热带风暴及以下级别( s t s ) ，而西北太 平洋海域生成的热带气旋强度较高，多为台风及以上级别( t y ) 。多数t c 发生在q b w o 的对流活动湿位相，少数t c 发生在干位相。生成在南海海域的s t s ( t y ) 在干湿位相的 比例和西北太平洋海域生成的s t s ( t y ) 在干湿位相的比例基本相当。这表明q b w o 对 不同强度t c 生成的调节作用在南海和西太平洋地区可能相同。 ( 3 ) 季风槽的位置和强度对t c 生成的位置和频数有重要影响。随着季风槽的逐渐向 西北移动，西北太平洋t c 生成的平均位置逐渐向谣北移动。季风槽强度弱时，t c 发生频 数少；季风槽强时，t c 发生频数多。在准双周振荡的c 位相时期，季风槽对t 生成有很 强的调节作用。 ( 4 ) 南海一西北太平洋海域t c 的生成受到了q b w o 的明显调制作用。将q b w 0 划分 为四个连续位相( a - d ) ，从位相a 到位相c ，低频对流和低频风场逐渐向西北方向移动， 低频对流强度持续加强，低频风场逐渐由异常西风一东风一西风转为异常东风一西风一东 风配置，非绝热加热加强，风垂直切变减小，此时t c 生成频数逐渐增多。d 位相时期， 对流减弱，非绝热加热强度减小，风垂直切变增大，t c 发生频数随之减少。 ( 5 ) 1 9 9 0 年6 9 月西北太平洋地区的对流活动存在2 0 - - - 3 0 天的显著振荡周期和8 1 4 天的次显著振荡周期。热带气旋活动具有明显的群发性，比较易于集中发生在季节内振 荡的湿位相。2 0 - 3 0 天振荡和8 - - - 1 4 天振荡的湿位相期都有热带气旋的群发，当两个频段 振荡的湿位相叠加时，热带气旋群发数最多。湿位相期间，季风槽活跃，大气低层维持着 一个低频气旋性环流，有利于热带气旋的生成和发展，并且热带气旋大都集中在低频气旋环 流中心的东侧和东南侧的西南风速最大的地区生成。干位相时期，热带西北太平洋受大范 围的异常反气旋环流控制，在低空形成了辐散的背景环流场，对流活动受到抑制，因而不 利于热带气旋的生成和发展。 关键词：准双周振荡( q b w o ) ，热带气旋，季风槽，生成，群发 i i q u a s i - b i w e e k l yo s c i l l a t i o no v e rt h es o u t hc h i n as e a - w e s t e r np a c i f i ca n di t sm o d u l a t i o no n t r o p i c a lc y c l o n eg e n e s i s a b s t r a c t ht h i sa r t i c a l t h ef e a t u r e so fq u a s i - b i w e e k l yo s c i l l a f i o n ( q b w o ) o w 2 i t h es o u t hc h i n a s e a a n dn e a r b ya r e a sa r ea n a l y z e d a n dt c so c c u r e di nd i f f e r e n tp h a s e so fq b w oa r ec o u n t e d f i n a l l y ，t h ec l u s t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft r o p i c a lc y c l o n ea c t i v i t i e so v e rt h es o u t hc h i n as e a - w e s t e r nn o r t hp a c i f i cf r o mj u n et os e p t e m b e ri n19 9 0a n dt h e i ra s s o c i a t i o n sw i t hi n t r a s e a s o n a l o s c i l l a t i o n s ( i s o s ) a r ei n v e s t i g a t e d t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) w a v e l e ta n a l y s i sa n dp o w e rs p e c t r u ma n a l y s i ss h o w e dt h a t1 0 - 2 0d a y si st h et h e m a i np e r i o do fs o u t h c h i n as e ac o n v e c t i v ea c t i v i t i e s t h eq b w os h o w so b v i o u sc h a r a c t e r i s t i c s o f w e s tp r o p a g a t i o n t h eq b w oa c t i v i t i e si ns o u t h e a s t e r ns o u t hc h i n as e ah a v eg r e a t e ra n n u a l v a r i a t i o n b a s e do nt h ei n t e n s i t yo fq b w o ，w eg o te i g h tw e a ky e a r sa n de i g h ts t r o n go s c i l l a t i o n y e a r s c o m p o s i t ea n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h es t r o n gy e a r s a m p l i t u d es i g n i f i c a n t l yl a r g e rt h a n i nw e a ky e a r s i ns t r o n gy e a r s ，q b w os p r e a dw e s t w a r dd u r i n gj u n et oa u g u s t ；w h i l ei nt h e w e a ky e a r s ，t h ez o n a lp r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si sn o to b v i o u s ，l o c a lo s c i l l a t i o nb a s i c a l l y n e l e a d l a gc o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w st h a t , w h e nt h ec o n v e c t i o ni sw e a k , i ts h o w sc y c l o n e a n t i c y c l o n ec i r c u l a t i o ni ns o u t hc h i n as e a - w e s tp a c i f i c ；n ec o n t r a r y , w h e nt h ec o n v e c t i o ni s s t r o n g ，t h e r ei sa n t i c y c l o n e - c y c l o n ec i r c u l a t i o n ( 2 ) m o s to ft h et c so c c u r r e di ns c sa r es t r o n gt r o p i c a ls t o r ma n dt h ef o l o w i n gl e v e l ( g e n e r a l l yc a l l e dt r o p i c a ls t o r m , r e f f e r e dt oa ss t s ) o nt h ec o n t r a r y ，m o s to ft h et c so c c u r r e d i nw n pa r et y p h o o nl e v e la n dt h ea b o v e ( g e n e r a l l yc a l e dt y p h o o n ，r e f f e r e dt oa sm m o r eo f t h et c sg e n e r a t ei nw e tp h a s eo fq u a s i - b i w e e k l yc o n v e c t i o n ，a n dl e s si nd r yp h a s e h o w e v e r , t h e r a t i oo ft h en u m b e ro fs t s 仃y ) g e n e r a t e di nw e tp h a s ea n ds t s ( t y ) g e n e r a t e di nd r yp h a s ei n s c sa r e ai sr o u g h l ye q u a lt ot h er a t i oi nw n pa r e a t h i ss h o w st h a tt h em o d u l a t i o no nt c s o r i g i n a t i o nb yq b w o i st h es a l n eb o t hi nt h es c sa n di nt h ew n p ( 3 ) t h ei n t e n s i t ya n dl o c a t i o no fm o n s o o nt r o u g hh a sa ni m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h e f r e q u e n c ya n dl o c a t i o no ft c s o c c u r r e n c e w i t ht h em o n s o o nt r o u g hm o v i n gt ot h en o r t h w e s t ， a n dt h ea v e r a g ep o s i t i o no ft c s g e n e r a t i o na l s os h i f t st on o r t h w e s t t h em a j o r i t yo ft c s o c c u r r e di nt h en o r t hs i d eo ft h em o n s o o nt r o u g h t h er e s u l t ss h o wt h a tt t h em o d u l a t i o ni s o b v i o u sd u r i n gp h a s ec ( 4 ) t h eq b w os h o w st h ef e a t u r eo fn o r t h w e s tp r o p a g a t i o n t h ew e s t e r l yp h a s eo ft h e i i i q u a s i - b i w e e k l yz o n a lw i n di sc o n d u c t i v et ot c sf o r m a t i o n t h eq b w o i sd i v i d e di n t o4p h a s e s ， f r o mp h a s eat op h a s ec ，c o n v e c t i o nc o n t i n u e dt oe n h a n c e ，l o wf r e q u e n c yw i n dc h a n g ef r o m w e s t e r l y - e a s i l y - w e s t e r l yt oe a s t e r l y w e s t l y e a s i l y ，t h en o n - a d i a b a t i ch e a t i n gg e ts t r o n ga n d t h ez o n a lw i n dv e r t i c a ls h e a rg e tw e a k , a n dt h ef r e q u e n c eo ft c s o c c u t a n c ci n c r e a s e d w h i l ei n p h a s ed ，t h ec o n v e c t i o ni sw e a k , t h ei n t e n s i t yo ft h en o n - a d i a b a t i ch e a t i n gi sw e a k e n e d , s ot h e f r e q u e n c eo ft ci sr e d u t e d ( 5 ) t h ec o n v e c t i v ea c t i v i t i e se x h i b i tt w os i g n i f i c a n tc y c l e sd u r i n gt h es u m m e ro f1 9 9 0o v e r t h es o u t h c h i n as e aa n dn o r t h w e s tp a c i f i c ，o n ei s2 0 3 0d a y s ，a n o t h e ri s8 1 4 d a y s t c s a c t i v i t i e ss h o wf e a t u r e so fc l u s t e r i n go v e rt h e r e t h et c sa r ep r o n et oo c c u r r i n gf r e q u e n t l yi nt h e f o r mo fac l u s t e rd u r i n gt h ew e tp h a s eo ft h ei s o w h e nt h ew e tp h a s eo f2 0 3 0d a y so s c i l l a t i o n a n dt h ew e tp h a s eo f8 - 1 4d a y so s c i l l a t i o ns u p e r p o s i t i o n ，t h el a r g e s tn u m b e ro ft r o p i c a lc y c l o n e s o c c u r m o n s o o nt r o u g hi sa c t i v ei nw e tp h a s eo ft h ei s o ，a n o m a l o u sc y c l o n i cc i r c u l a t i o na tt h e l o w e rl e v e l sf o r m saf a v o r a b l eb a c k g r o u n dc i r c u l a t i o nf o rt h eg e n e r a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft c m o s to ft h et c sg e n e r a t ei nt h el a r g e s ts o u t h w e s tw i n da r e aw h i c hi si nt h ee a s ta n ds o u t h e a s t a i e a so fl o w - f r e q u e n c yc y c l o n e d u r i n gt h ed r yp h a s e ，t h es o u t hc h i n as e aa n dn o r t h w e s t p a c i f i ca l g ai si nl a r g e - s c a l ea n o m a l ya n t i - c y c l o n i cc i r c u l a t i o n sc o n t r o l ，d i v e r g e n c ei sf o r m e d ， c o n v e c t i v ea c t i v i t yi ss u p p r e s s e dw h i c hi sn o tc o n d u c i v et ot c sf o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：q u a s i - b i w e e k l yo s c i l l a t i o n ( q b w o ) ，t r o p i c a lc y c l o n e ，m o n s o o nt r o u g h ， f o r m a t i o n ，c l u s t e r i n g i v 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 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，所有实验、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：盒尘! 蜜 日期： 盈! ： 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：垒! ! 嗑 日期： 趁2 q ： 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 上世纪1 9 7 0 年代，m a d d e n 和j u l i a n 【l 】利用1 9 5 7 1 9 6 7 年坎顿岛的观测资料，通过谱分析方 法首先发现了热带纬向风和气压场存在4 0 5 0 天周期的低频振荡( m j o ) 。这一振荡起源于印度 洋，后向东传播，经过海洋大陆进入到太平洋地区，主要表现为热带环流和对流东传准周期 的信号【2 1 。后来许多学者发现了中高纬度大气的低频振荡及其活动，k r i s h m l l n i 【6 1 通过 f g g e 资料的分析指出3 0 6 0 天振荡是一种全球大气变化现象，证实了大气低频振荡的全球 性。目前，大气低频振荡已被视为重要的大气环流系统之一，它的活动及异常对许多地区的 天气和气候都有重要的影响，并且由于其时间尺度介于月、季之间，因而与中长期天气预报 有密切的联系。大气低频振荡的全球性及重要性，使得它成为了国内外学者研究的重要课题 【7 1 4 1 。 台风是严重的突发性自然灾害之一，常带来洪涝、风灾和风暴潮灾害，给受影响的地区 造成严重的经济损失和人员伤亡因此，对台风活动的研究已成为台风领域的一个重要研究方 向，并取得了显著的研究进展 1 5 - 2 0 。c 胁y 伫1 1 曾经总结，t c 生成的必要条件是有关海域的海 表水温( s s t ) 要高于2 6 5 。对西北太平洋( w n p ) 而言，大部分t c 生成于夏季和秋季，此时 该海域s s t 普遍高于2 6 5 。因此，t c 的生成就主要受上空大气环流动力条件所约束，这就 与热带太平洋上空大气季节内振荡和季风槽分布密切相关。 众所周知，南海一西太平洋地区大气季节内振荡最显著的周期就是3 0 - - - - 6 0 天振荡( m j o ) 和1 0 - - 2 0 天振荡( q b w o ) 。目前国内外已有许多学者研究了m j o 对t c 活动的影响，并 就m j o 的不同位相，以及通过影响季风槽等途径，对t c 的生成、活动及路径影响进行了大 量探讨，取得了诸多重要的成果。 1 2 国外的相关研究进展 自2 0 世纪1 9 7 0 年代起，许多学者就开始关注m j o 与全球热带气旋活动的关系。他们的研 究主要集中在：m j o 对t c 生成、路径、和登陆的影响及可能的影响机制四个方面。 1 - 2 1m j o 对t c 生成的影响 g r a y l 2 2 1 是最早关注此问题的科学家。1 9 7 9 年他在研究m j o 与全球t c 活动的关系时，发现 第一章绪论 t c 生成的活跃期趋子集中在2 3 周，其后是一段相当时期的不活跃期。随后，许多研究开始 探讨大气季节内振荡对不同海域t c 生成的影响。 上世纪1 9 8 0 年代，n a k a z a w a 2 3 】利用o l r 资料研究发现，西北太平洋海域3 0 - - - , 6 0 天振荡能 为t c 的生成和发展提供有利的条件。当m j o 处于活跃期，短期3 1 0 天的振荡也处于活跃期时， 有利于t c 生成或加强。后来，n a k a z a w a 2 4 1 的研究又指出，西太平洋多数的t c 容易发生在i s o 的湿位相中。h a r t m a n n 等【2 5 】研究了西太平洋t c 和2 0 - 2 5 天振荡的关系后也得到了类似的结 论。然而l i e b m a n n 等 2 6 1 对东半球热带气旋生成进行统计后认为，虽然发生在m j o 对流湿位相 的t c 多于干位相，但是发生在这两个位相中的t c 与热带低压比率基本相当。同时他在研究 了m j o 对西北太平洋热带扰动的影响后指出，当m j o 处于对流活跃位相时，热带扰动和t c 数量都将增加；同时他还发现：在m j o 活跃期，台风活动的增加源于热带扰动的增加，并非 t c 在m j o 对流活跃期更易于发展成为台风。c h a n g 等t 2 7 】分析了m j o 对南海和西北太平洋t c 的影响，认为m j o 影响t c 活动的方式是：在m j o 对流活跃位相，季风槽区域的t c 频数增加， 在不活跃期，季风槽外区域的t c 频数增加。然而，在m j o 不活跃期，t c 频数并没有显著减 少。他们认为这是由于t c 的生成可能还受诸如赤道i b s s b y 波等强迫机制的影响。最近h a 一邛】、 f 船】【1 k 和r o l l i l d ) ，【2 9 1 ，以及k i m 等的研究也有一致结论。此外，k i l n 等3 的工作进一步指出， m j o 不仅对t c 生成频数有重要影响，而且对其生成位置也有重要的调制作用。随着m j o 向东 向北传播，t c 生成位置会相应偏移。 m o i n a r i 掣3 1 】在研究1 9 9 1 年东太平洋台风季节热带气旋的生成与位涡的关系时，发现该年 东太平洋地区t c 生成存在几个典型的活跃期和不活跃期，进一步研究发现t c 生成频数的变 化与该年m j o 有密切关系。他们认为这可能是由于位涡梯度符号反转引起动力不稳定造成 的。随后m a l o n e y 和h a m n a n n 【3 2 】根据e o f 方法定义t m j o , 雠i ，并利用1 6 年资料对东太平洋 地区m j o 和t c 生成的关系进行了详细探讨，结果表明东太平洋地区m j o 对t c 生成的调制作 用并不仅仅存在于1 9 9 1 年，而是存在于他们所研究的所有年份中。他们通过对m j o 不同位相 进行合成分析，发现当m j o 处于西风位相时，热带风暴及其以上级别的t c 个数是东风位相时 的两倍多，而台风以上级别的t c 个数则较东风位相时多出4 倍左右。运用类似方法，m a l o n e y 和h a r t m a r m 口3 】将研究范围扩展到墨西哥湾地区，结果也表明m j o 对t c 生成有强的调制作用。 南印度洋地区m j o 与t c 的关系也有工作涉及。b e s s a f i 和w h e e l e 4 3 4 1 和h o 等嘲相继利用不 同台风最佳路径资料分析了南半球夏季南印度地区m j o 不同位相时t c 的生成情况，结果均表 明在该地区t c 活动频率与m j o 的不同位相有密切关系。h o 等工作指出，当m j o 处于2 - 4 位相 时t c 活动最为频繁，而在其它位相，t c 活动受到了明显的抑止。 2 第一章绪论 h a l l 等【3 6 】研究了南半球季风区近2 0 年的t c 与m j o 的关系，发现m j o 对生成在澳大利亚西 北地区的t c 有很大的影响，多数t c 发生在m j o 的对流活跃位相，少数t c 发生在m j o 的不活 跃位相，同时发现在e 1n i n o 年，影响更加显著。 1 2 2m j 0 对t c 活动路径及登陆的影响 t c 活动路径一直是人们关注的焦点。许多研究表明，m j o 不仅对t c 生成有重要影响， 而且对t c 活动路径及登陆地点也有很强的调制作用。h a r r 幂f i e l s b e r r y f 3 7 2 8 1 应用6 l z z y 聚类法研 究了西北太平洋地区与季风季节内振荡有关的t c 活动路径。他们首先划分7 0 0h p a 环流型， 然后将这些环流型与t c 不同路径类型相联系。d e l k t 3 9 】简要地阐述了与月内模态有关的西北太 平洋t c 路径。n a k a z a w a 4 0 1 在解释2 0 0 4 年登陆日本的t c 个数创纪录的原因时，指出m j o 活跃 位相的长时间维持一方面使得台风生成增多，同时使得引导气流异常维持，从而有利于台风 向西北西方向移动登陆日本。 h o 等【”】认为，随着m j o 从南印度洋东传至海洋性大陆地区，t c 路径逐渐偏南，这可能 与g q r o s s b y 波响应引起的向北引导气流逐渐加强有关。k i m 等【3 0 1 对印度洋一西北太平洋m j o 和t c 路径的关系进行了研究，指出当与m j o 有关的对流中心位于赤道印度洋时，t c 的密集 路径会东移，而当此对流中心位于赤道西北太平洋时，t c 密集路径则更易西移。同时，他们 也对m j o 不同位相t c 的登陆情况进行了统计分析，结果表明m j o 对t c 登陆的调制存在地域 性，其中对在中国华南、韩国和日本登陆的t c 影响最为显著。c a m a r g o w 【4 l 】则对东太平洋地 区m j o 与t c 活动路径的关系作了详细的讨论。他们基于回归模型，利用概率聚类法将东北太 平洋t c 活动路径分为三类，其中第二类和第三类t c 路径较易出现于墨西哥海岸，尤其是第 二类路径更接近于海岸从而更容易登陆。进一步分析表明，这两类路径都盛行于m j o 西风位 相，尤其是第二类路径，受到了m j o 调制的作用更为显著。然而，并不是所有地区m j o 对t c 路径都有重要影响，有研究表明，在澳大利亚m j o 位相对t c 路径的调制作用并不显著。 1 2 3 可能的影响机理 t c 生成的必要条件是，海表水温要在2 6 5 o c 以上。而大部分t c 生成于夏季和秋季， 海表温度条件一般都可以达到。因此，t c 的生成就主要受上空环流的动力条件所约束。m j o 的特点是周期性地改变热带太平洋低层东西风异常。当对流层低层m j o 为异常西风时，小尺 度缓慢移动的涡旋容易从平均气流中发展起来，这些涡旋和强的地表辐合、8 5 0h p a 气旋切变 和高海温为t c 生成创造了有利条件。 最近许多研究利用低层正压波动力学理论来解释m j o 对t c 活动的影响。这一机制也可以 解释为与低层纬向风变化相关的正压波累积。s o b e l 和m a l o n e ，恻分析了8 5 0h p a 时间平均正压 3 第一章绪论 波活动量，发现当m j o 处于西风位相时，正压波活动量增加。m a l o n e y 幂l l h a r t m a n n t 3 2 3 副利用 再分析资料和线性化正压模式进一步研究了由m j o 平均流调制的正压波动能量转换和t c 活 动的关系，指出当8 5 0h p am j o 西风距平出现在热带西北太平洋时，从平均流到涡动动能的 正压波累积开始活跃。这一过程与加强的表面辐合和8 5 0h p a 季风气流气旋性切变有关，因此 在这种环境中活跃的涡动增长就为t c 生成创造了最为合适的条件。在m i o 异常东风位相中存 在反过程。a i y y e r ：j g l m o l i n a r i l 4 3 1 则利用线性浅水模式进一步证实，m j o 活跃时远离赤道地区 空间尺度大致为1 0 0 0 - - - 2 0 0 0k m 的扰动易于发展，而这些扰动被认为是t c 生成的先兆。他们还 指出，这一过程与热带西北太平洋气旋生成的关系最为密切。 1 3 国内的相关研究进展 国内m j o 与t c 活动研究与国际上对这一问题的关注几乎同步开展，但规模要小得多。早 在2 0 r 纪8 0 年代谢安等就注意到4 0 天左右的低频振荡与西太平洋台风的生成有密切关系， 他们指出台风都出现在o l r 低频波对流位相，当低频波强时台风出现次数也多。刘富明等【4 5 】 分析了1 9 8 5 年夏季各月台风生成同低频振荡的关系，指出台风生成的时间、位置同低频振荡 有较好的对应关系，当一个地区为低频气旋控制时，正是该地区附近台风生成和活动比较集 中的时期。相反，如果一个地区为低频反气旋控制，则该地区该时段基本上没有台风生成和 活动。 祝从文等 4 6 】利用e o f 分析大气季节内振荡( m j o ) 的时空变化的方法，研究了1 9 9 6 年9 月 1 9 9 7 年6 月间的m j o 活动对生成在印度洋一西太平洋海域的热带低压，气旋的影响。结果发现， 除西北太平洋之外，发生在其他区域的热带低压广气旋有半数以上生成在向东移动的m j o 的湿 位相中。伴随m j o 的向东传播，热带低压，气旋平均生成位置也随之向东移动，而生成在西北太 平洋的热带低压广气旋分别受到向东和向西传播的m j o 影响。陈光华等4 力的研究表明，当西 北太平洋西侧为m j o 的西风位相时，通过高低频正压能量的转换，使得在此区域生成的t c 数量相对于东风位相要明显的偏多，而且随着西风位相中西风的加强( 东风位相中东风的加 强) ，t c 的生成概率将得到增加( 减少) ；并且分析结果还表明了在w n p 东侧海域，m j o 对 t c 活动的调制作用要减弱许多。 低频振荡不仅与t c 和台风的生成有密切的联系，对台风的路径同样有一定的预示作用， 研究指出h 引，3 0 5 0d 大气低频振荡系统及其变化对西北太平洋上热带气旋的路径趋势有较 为清楚的指示意义。其中西行路径倾向于出现在3 0 5 0d 周期低频振荡的正相位时期，并沿 着该低频波的引导气流移动；转向路径则倾向于出现在3 0 - - - 5 0d 振荡的波列形势下。 4 第一章绪论 1 4 季风槽对t o 活动的影响 m j o 有显著的季节变化，北半球夏季不仅向东传播的m j o 信号比较强，而且其向北传 播的分量较明显，对西北太平洋季风槽影响较大，并且，季风槽南侧的西风加强也是和m j o 有密切的关系，可以认为低频振荡通过影响季风槽活动，对台风产生间接的影响。因此，在 谈及m j o 对t c 活动影响之余，有必要总结一下季风槽对t o 活动的影响。 季风槽代表着季风环流的特征，槽区是西南季风与东南信风的汇合区，具有典型的低 层正涡度气旋式环流、高层负涡度反气旋式环流的特征，且垂直风切变的零值区恰好经过季 风槽区位置，使得暖湿空气释放的热量容易集中于这一有限区域，在适当的条件下扰动就可 以得到发展。m c b r i d e 4 9 1 指出大约有7 5 1 约t c 形成于季风槽区域。c h 肌g 等删研究了季风槽 区扰动和t o 形成的关系，提供了许多相关的事实。 许多研究表明，季风槽和t c 生成及活动位置有密切的联系。陈联寿和丁一汇【6 1 1 在众多 研究的基础上，提出了t c 形成的6 个条件，并把它们分为：热力条件、动力条件和环境条件， 指出西北太平洋季风槽的位置对t c 活动的分布有很大的影响。k e m b a u c o o k 和b w a n g t s u 研 究了北半球夏季与m j o 相关的环流异常的可能传播路径，值得注意的是向西北传播的m j o 经 过西北太平洋时引起的环流异常，它会影响西北太平洋季风槽，因此可能会对t c 造成间接的 影响。孙颖和丁一汇【5 2 】指出：1 9 9 8 和1 9 9 9 年西北太平洋热带气旋的异常偏少和源地偏西与当 年台风季节季风槽的分布、垂直风切变以及海平面气压场等因子的影响有关。王慧和丁一汇 胪3 】研究了西北太平洋夏季风特征及其季风槽结构对台风生成的影响，认为西北太平洋夏季风 主要是通过季风槽活动影响台风生成，季风的季节内振荡对台风也有显著的影响。黄荣辉等 瞰】的研究表明，沿赤道西传天气尺度的r o s s b y 混合重力波，在西北太平洋通过季风槽的辐合 作用，易于转变为波数较大、波长较短的热带低压( t d ) 型扰动，这种扰动在季风槽区通过 动能的转换有利于发展成为t c 。高建芸等【s 5 1 根据每年5 1 0 月的季风槽、副高以及越赤道气 流等系统的强弱和位置，将1 9 7 9 - - - 2 0 0 5 年分为4 种年型：季风槽西南型、西北型、偏东型和正 常年型。季风槽西南型年份，生成于西北太平洋的季风槽( m t t c ) 频数偏少或异常偏少的 概率较大，出现异常偏多年概率很小；季风槽偏东型m t t c 频数正常偏多的概率较大，出现异 常偏少的概率小：季风槽西北型，m t t c 生成频数变化较大，可能异常偏少，但异常偏多概率 较大。 季风槽的位置和形态不仅会影响t c 的生成，也会影响随后t c 的移动路径。c a r r 和 e l s b e r r y l 5 6 】根据天气类型和季风槽变化的地区区分了不同的t c 路径类型，根据此标准，每一 5 第一章绪论 类型都对应不同的路径类型，作为引导气流的天气类型的变化将引起路径类型的变化。之后， c a 玎和e l s b e 田】又指出季风涡旋与t c 的相互作用会引起路径突然北折。这一结果是由于季 风涡旋南和东南边缘的季风西风气流涌向正在向西移动的t c 时形成的。基本季风环流场的每 个变化都与不同的天气类型和区域以及不同的t c 路径相联系 5 6 1 。例如，反向季风槽的t c 路 径为北移型 5 8 】，这对于在反向季风槽副热带区域生成的t c 尤其准确，而在南海反向季风槽 内生成的t c 通常向东北移动。在季风涡旋东侧生成的d x t c 也是北移型路径。h a r r 幂t l e l s b e r r y i 弼】 分析中把在平均季风槽纬度出现反气旋异常，而在副高脊线区出现气旋异常的时期定义为不 活跃的季风槽期，在此情况下，t c 在偏北的纬度生成且大部分路径也是北移型。可见，季风 槽经纬向位置的变化决定了扰动及t c 活动的区域，对t o 路径特征的改变起很大作用。黄荣 辉等【5 4 】研究表明，西太平洋t c 移动路径直接和它们的生成位置有关，而它们的生成位置又 与热带西太平洋季风槽的位置有关当西太平洋暖池处于暖( 冷) 年，季风槽位置偏西( 东) ，t c 的 平均生成位置偏西( 东) ，从而导致它们的移动路径也偏西( 东) 。高建芸等 5 5 1 分析了季风槽异 常年型生成于西北太平洋季风槽的热带气旋( m t r c ) 的路径特点，发现：季风槽西南年型，副 高西伸南压，m t t c 沿副高引导气流西行或先西行后沿副高西侧的气流北折，此类型登陆东南 亚和日本的t c 为多，登陆我国较少且位置明显偏南；季风槽西北型年份，副高偏东，m t t c 生成 位置偏西偏北，在副高西侧气流的引导下以北移的路径为多，此类型的t c 较易登陆我国且位置 明显偏北；季风槽偏东型年份，m t t c 路径与西南年型类似，沿副高引导气流西行或先西行后沿 副高西侧的气流北折，但由于副高位置不同，此类型平均m t t c 年频数比西南型的多，登陆我国 的频数也较多。 从上可知，低频振荡与季风槽有着重要的关联，而季风槽作为季风环流的特征，又与t c 的生成、活动及路径有密切的联系。 1 5 问题的提出和本文的研究内容 综上所述，由于m j o 与季风活动、e n s o 等全球大气和海洋变化有直接关系，因此人们 更多关注的是m j o 对t c 活动的影响。事实上，h a r t r n a n n 等 2 5 】早在1 9 9 2 年就指出西太平洋t c 和2 0 - - 2 5 天振荡有密切关系，d e l k t 3 9 1 在后来的工作中也简要阐述了月内尺度振荡对t c 路径的 重要调制作用。因此研究月内尺度振荡对t c 活动的影响及其物理机制对台风的延伸期预报有 重要的意思。本文将集中讨论1 0 - - 2 0 天准双周振荡的特征及其对t c 活动的影响。 尽管人们从不同角度探讨了大气季节内振荡对不同海域t c 活动( 生成、路径、登陆) 的影响，并且利用低层正压波动力学理论来解释其影响机制，但不同海域与季节内振荡相关 6 第一章绪论 的大尺度环流存在明显的差异，从而造成影响t c 活动的显著性并不一致。因此，对不同海域 季节内振荡影响t c 活动的机制需进一步深入。本文将分别讨论南海和西北太平洋两个海域的 q b w o 及其对t c 发生的调节作用。 7 第二章资料和方法 第二章资料和方法 2 1 本文所使用的资料 ( 1 ) 中国气象局上海台风研究所提供的逐6 小时c m a s t i 热带气旋最佳路径数据集，时 段为1 9 7 9 - 2 0 0 7 年。包括每6 小时的热带气旋中心位置、中心气压和最大风速等要素。 强热带风暴( t s ) 和台风( ) 的定义取自热带气旋等级国家标准( g b t 1 9 2 0 1 2 2 0 0 6 ) ，即分别为底层中心附近最大平均风速达到2 4 5m s 和3 2 7i n s 的热 带气旋； ( 2 ) 同时段美m n o a a 向外长波辐射( o u t g o i n gl o n g w a v er a d i a t i o n ，简称o l r ) 逐日资 料，水平分辨率为2 5 。2 5 0 经纬网格，表征西北太平洋上大尺度对流活动： ( 3 ) n c e p n c a r 逐日再分析资料，时段为1 9 7 9 2 0 0 7 年，水平分辨率为2 5 0 2 5 0 经纬网 格，垂直方向1 2 层，要素包括风场、温度场、相对湿度场和位势高度场。 2 2 研究方法 ( 1 ) 用功率谱分析来确定1 9 7 9 年2 0 0 7 年各年南海东南部地区最显著的季节内振荡周期。 ( 2 ) 对5 月一1 0 月的o l r 和8 5 h o p a 纬向风做一m o r l e t 小波变换，分析南海西太平洋地区 的季节内振荡特征。 ( 3 ) 用b u t t c r w o r t h 带通滤波对o l r 和8 5 h 0 p a 风场进行滤波，为了进一步分析西北太平洋 夏季风的低频特征。 ( 4 ) 用位相合成法对低频o l r 和8 5 0 p h a 纬向风的气候特征进行讨论。 2 2 1 功率谱分析 功率谱分析是以傅利叶变换为基础的频域分析方法，其意义为将时间序列的总能量分 解到不同频率上的分量，根据不同频率的波的方差贡献诊断出序列的主要周期，从而确定 出周期的主要频率，即序列隐含的显著周期。根据谱密度与自相关函数互为傅里叶变换重 要性质，对某一实测气象要素时间序列x 。( t = - i ，2 ，神作连续功率谱估计，是通过时间函数 的自相关函数作间接估计。 8 第二章资料和方法 ( 1 ) 对一时间序列x k 最大滞后时间长度为m 的自相关系数t o ) ( j = 0 ，1 ，2 ，m ) 为 r o 产南飘字 宰 ， 式中x 为序列的均值，s 为序列的标准差，1 0 ) 表示第j 个时间间隔上的相关函数。在 实际计算中考虑端点特性，则不同波数k 的粗谱估计值如下： ，z ， ( - 1 ) r u ) 。 最大滞后时间长度m 是给定的。在已知序列样本量为r m 的情况下，功率谱估计随r n 的不同而变化。当1 1 1 取较大值