（气象学专业论文）华南地区热带气旋强度突变诊断分析及强度统计释用预报方法研制.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明: 坚持以 “ 求实、创新”的科学精神从事研究工作. 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 : f li 本 0 5- 日期: s , r 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豪利 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 : 训 冷 、咖 犷 日期 : 份 鲤二 上- 摘要 本文第一部分用每6小时一次的n c e p再分析资料， 对华南地区登陆前突然减弱和突 然 增强的 两 类热 带气 旋 ( t c ) 进 行大 尺 度诊断 分析， 结 果 表明 : ( 1 ) 突然 增强的t c 位于 副高 的西南侧或南侧，低空有明显的西南气流卷入t c内部，而突然减弱t c基本在副高西侧或 西北侧;( 2 )突然增强t c的 低空辐合、高空辐散均较强;( 3 )充足的 水汽输送是t c登陆 前突然增强的另一重要原因。 第二部分运用逐步回归统计方法， 考虑气候持续性因子、 天气因子、 卫星资料因子，以 t c强度变化为预报对象， 建立华南近海2 4 , 4 8 , 7 2 小时t c强度预报方程。 各预报时刻回 归结果较好， 选入回归 方程的 天气因 子一 般是反映动力强 迫作用的因 子， 随着预报时效的延 长，气候持续性因子的方差贡献变小， 天气因子的贡献增大。 用 “ 刀切法” 进行独立样本检 验预报误差较小， 而且相同样本与c l i p e r法预报结果比 较， 预报误差减小、 预报趋势一致 率提高。本文的一个新尝试是在预报因子中加入卫星资料，虽然2 4 , 7 2小时预报结果没有 明显改善，但4 8 小时预报结果与无卫星资 料的比 较有改进。 关键词:热带气旋 强度变化 大尺度诊断 分析强度预报方程 ab s t r a c t t h e fi r s t s e c t i o n o f t h i s p a p e r , n c e p r e a n a l y s i s d a t a a r e u s e d i n t h i s p a p e r t o d i a g n o s e t h e l a r g e - s c a l e e n v i r o n m e n t a l fl o w o f t ro p i c a l c y c l o n e s ( t c ) w h i c h t h e i r i n t e n s i t y c h a n g e s r a p i d l y b e f o r e l a n d f a l l i n s o u t h c h i n a . r e s u lt s s h o w ( 1 ) t c s t h a t i n t e n s i f y r a p i d l y a r e l o c a t e d a t t h e s o u t h o r s o u t h w e s t o f s u b t r o p i c a l h i g h a n d t h e s o u t h w e s t c u r re n t a r e e n t a n g l e d in t h e c e n t e r o f t c i n l o w e r t r o p o s p h e r e ( 8 5 0 h p a ) . w h i l e m o s t o f t c s t h a t d e c r e a s e r a p i d l y a r e a t t h e n o r th w e s t o f s u b t r o p i c a l h i g h ; ( 2 ) t h e r e i s a f a v o r a b l e e n v i r o n m e n t fl o w f o r t h e s e r a p i d i n t e n s e t c s , w h i c h i s s t r o n g c o n v e r g e n c e l o w l e v e l a n d re m a r k a b l e d i v e r g e n c e u p p e r l e v e l ; ( 3 ) t h e r a p i d i n t e n s i fi c a t io n o f t c i s r e l a t e d t o t h e s u ff i c i e n t w a t e r v a p o r t r a n s p o r t a t i o n . t h e s e c o n d s e c t i o n , a s t e p w i s e r e g r e s s i o n s c h e m e w i t h t r o p i c a l c y c l o n e i n t e n s i t y c h a n g e a s t h e d e p e n d e n t v a r i a b l e h a s b e e n d e v e l o p e d i n s o u t h c h i n a , t h e p re d i c t o r s a r e i n v o l v e d i n c l i m a t o l o g y p e r s i s t e n c e , s y n o p t i c p r e d i c t o r s , s a t e l li t e i n f r a r e d d a t a , re g r e s s i o n i s p e r f o r m e d o n 2 4 - ,4 8 - ,a n d 7 2 - h f o r e c a s t s . r e g re s s i o n re s u l t s s h o w t h a t s y n o p t i c p re d i c t o r s t h a t r e fl e c t d y n a m i c a l f o r c i n g a r e m o s t l y c h o s e n , w i t h f o re c a s t in t e r v a l s e x t e n d i n g , t h e v a r i a n c e c o n t r i b u t i o n o f c l i m a t o l o g y p e r s i s t e n c e p r e d i c t o r s a r e l e s s t h a n t h a t o f s y n o p t i c p r e d i c t o r s . t h e i n d e p e n d e n t s a m p l e t e s t r e s u l t s b y a j a c k k n i f e p r o c e d u r e s h o w a l a r g e i m p ro v e m e n t o v e r c l i m a t o l o g y a n d p e r s i s t e n c e ( c l i p e r ) f o r e c a s t s c h e m e . t h e r e i s a n e w a tt e m p t t o a d d s a t e l l i t e in fr a re d d a t a i n r e g r e s s i o n e q u a t i o n , r e s u l t s a r e n o t e n h a n c e d o b v i o u s l y i n 2 气 7 2 - h f o rec a s t s , w h i l e t h e r e s u l t o f 4 8 - h f o r e c a s t b e c o m e p r o m i s i n g c o r r e s p o n d i n g l y . k e y w o r d s : s o u t h c h i n a , t r o p i c a l c y c l o n e l a n d f a ll , i n t e n s i t y r a p i d c h a n g e , l a r g e - s c a l e e n v i r o n m e n t a l f l o w d i a g n o s t i c , i n t e n s i ty p re d i c t i o n s c h e m e 第一章引言 1 . 1研究意义 热带 气旋 ( t r o p i c a l c y c lo n e . t c ) 是 生成 于 热带 洋 面， 活 动于 热带 和副 热带 洋 面、岛 屿和陆地的气旋性低压系统。 热带气旋在全球三大海区影响 最大， 即西北太平洋 包括南海) 、 西 北大西 洋 ( 包 括加勒比 海和墨 西哥 湾) 和孟加 拉 湾1 1 。 发 生在 西北 太 平洋 地区， 且最大 风 速达到1 2 级以 上的热带气旋， 常常称为“ 台 风” 。 而在大西洋和东太平洋地区的习惯称为“ 咫 风” 。 当此类强 风暴移近大陆或登陆 后， 将伴随有狂风暴雨， 会给人类带来灾难， 严重的会 酿成巨灾。 我国是世界上热带气旋灾害最为严重的国家之一， 仅我国大陆平均每年因热带气 旋造成的经济损失就高达2 4 6 亿， 死亡人数高达5 7 0 人， 据亚太经社理事会热带气旋委员会 / 系列性年度报告公布的 数据， 热带气旋给我国 造成的 经济损失是日 本的7 .3 倍， 菲律宾的1 0 .2 倍， 越南的2 2 .3 倍， 而热带气旋造成的 人员伤亡分别是上述三国的4 2 倍、 7 .6 倍和 1 9 . 3 倍。 热带气旋的登陆会带来重大的生命和财产损失，特别是登陆前强度突然增强的热带气 旋。由 于海上观测资料的缺少，以 及对t c强度变化的物理机制了 解不清楚， 很难准确的预 测此类热带气旋的强度变化。如8 8 0 7 号合风b i l l 在登陆我国浙江前突然迅速增强，受其影 响， 浙江省有4 1 个县市遭灾， 受灾农田1 7 0 余万亩， 死亡1 6 2 人， 直接经济损失达1 1 亿元。 所以研究热带气旋强度变化的物理机制， 准确预测其强度变化， 对有效的防灾减灾有着重要 的意义。 同时随着我国国民 经济的高速发展和国际交往的增多， 对热带气旋强度变化做出 准 确的预测不仅对我国沿海地区经济发展来说相当重要， 对远洋运输、 海上作业、 航空运输等 都是必不可少的。 近十年来，热带气旋路径预报的准确率在不断提高。中国国家气象中心2 4 小时路径距 离预报误差从9 0 年代中期的1 8 0 公里提高到2 0 0 3 年的 1 2 0 公里左右， 4 8 小时的预报误差 从9 0 年代中期的3 2 0 公里左右提高到目 前的2 2 0 公里左右，相对于路径预报误差的减小， 热带气旋的强度预报误差并没有明显减小， 虽然美国和日 本已经开始热带气旋强度的数值预 报业务试验， 但预报技巧评分还不能肯定优于现行的统计方法， 所以统计预报方法对热带气 旋强度预报就目 前而言还是一种可行且适用的方法。 1 .2国内外热带气旋强度变化研究进展 第一章引言 1 . 1研究意义 热带 气旋 ( t r o p i c a l c y c lo n e . t c ) 是 生成 于 热带 洋 面， 活 动于 热带 和副 热带 洋 面、岛 屿和陆地的气旋性低压系统。 热带气旋在全球三大海区影响 最大， 即西北太平洋 包括南海) 、 西 北大西 洋 ( 包 括加勒比 海和墨 西哥 湾) 和孟加 拉 湾1 1 。 发 生在 西北 太 平洋 地区， 且最大 风 速达到1 2 级以 上的热带气旋， 常常称为“ 台 风” 。 而在大西洋和东太平洋地区的习惯称为“ 咫 风” 。 当此类强 风暴移近大陆或登陆 后， 将伴随有狂风暴雨， 会给人类带来灾难， 严重的会 酿成巨灾。 我国是世界上热带气旋灾害最为严重的国家之一， 仅我国大陆平均每年因热带气 旋造成的经济损失就高达2 4 6 亿， 死亡人数高达5 7 0 人， 据亚太经社理事会热带气旋委员会 / 系列性年度报告公布的 数据， 热带气旋给我国 造成的 经济损失是日 本的7 .3 倍， 菲律宾的1 0 .2 倍， 越南的2 2 .3 倍， 而热带气旋造成的 人员伤亡分别是上述三国的4 2 倍、 7 .6 倍和 1 9 . 3 倍。 热带气旋的登陆会带来重大的生命和财产损失，特别是登陆前强度突然增强的热带气 旋。由 于海上观测资料的缺少，以 及对t c强度变化的物理机制了 解不清楚， 很难准确的预 测此类热带气旋的强度变化。如8 8 0 7 号合风b i l l 在登陆我国浙江前突然迅速增强，受其影 响， 浙江省有4 1 个县市遭灾， 受灾农田1 7 0 余万亩， 死亡1 6 2 人， 直接经济损失达1 1 亿元。 所以研究热带气旋强度变化的物理机制， 准确预测其强度变化， 对有效的防灾减灾有着重要 的意义。 同时随着我国国民 经济的高速发展和国际交往的增多， 对热带气旋强度变化做出 准 确的预测不仅对我国沿海地区经济发展来说相当重要， 对远洋运输、 海上作业、 航空运输等 都是必不可少的。 近十年来，热带气旋路径预报的准确率在不断提高。中国国家气象中心2 4 小时路径距 离预报误差从9 0 年代中期的1 8 0 公里提高到2 0 0 3 年的 1 2 0 公里左右， 4 8 小时的预报误差 从9 0 年代中期的3 2 0 公里左右提高到目 前的2 2 0 公里左右，相对于路径预报误差的减小， 热带气旋的强度预报误差并没有明显减小， 虽然美国和日 本已经开始热带气旋强度的数值预 报业务试验， 但预报技巧评分还不能肯定优于现行的统计方法， 所以统计预报方法对热带气 旋强度预报就目 前而言还是一种可行且适用的方法。 1 .2国内外热带气旋强度变化研究进展 探测技术和 遥感资料近年的显著发展， 推动了台风的 详细研究， 对热带气旋强度方面的 研究， 近年来也取得了新的进展。随着国家 “ 八五”重点科技攻关项目“ 台风暴雨灾害性天 气检测、 预测技术研究” 的顺利实施， 热带气旋强度变化研究取得了较多科技成果。 在此科 技攻关项目 中， 将热带气旋强度突变理论作为一个专题来研究， 在台风强度突变的 气候特征、 下垫面 ( 如海温、 地形等) 对热带气旋强度变化的影响以 及热带气旋的 变形等方面取得了 初 步成果。 众多研究表明. 热带气旋的强度变化主要受三方面因子影响。 首先， 热带气旋自 身的内 部结构 ( t c的对流发展情况、 眼壁特征等) : 其次， 热带气旋所处的 外部环境因素 ( 环境流 场特征) ， 下垫面特征也影响 着热带气旋的 强度。 1 .2 . 1 热带气旋的强度变化研究 阎 俊岳、 张秀芝等12 1 研究指出， 近 海热带气旋强 度突变的 标准是:1 2 小时t c中 心附 近 最大风速变化绝对值大于或等于1 0 米渺 ，其中 变化正值为突然增强变化负 值为突然减弱。 阎 俊 岳 13 1还 对近 海 突然 加 强的t c的 气 候 特征 做了 研究 分析， 指出 近 海t c中 ，1 6 % 可 出 现 迅速加强， 年平均为2 个， 而9 月增强频率为最高: 迅速加强有较强的 地区性， 南海北部最 易发生， 其次是东 海: 迅速加强主要发生在2 s 0 c 水温以上区域。 最 近于润玲1 4 1 用工 9 4 9 - 2 0 0 1 年的西北太平洋t c的基本资料，分析登陆我国的t c登陆前强度变化的统计特征，指出随 着 t c逐渐移向陆地，其强度由 增强逐渐转为减弱，转折点大致在登陆前 1 2小时;登陆点 不同， 强度变化也不尽相同。 登陆前增强的t c多处在初生不久的发展阶段，而登陆前减弱 的t c多处在维持或衰弱阶段。 t c的内部结构特征影响着t c强 度变化，一般 t c的结构都存在非对称性，而非对称 结构使t c维持 还是减弱 研究结果却不相同。 姚祖庆1 51 通过 对9 4 1 4 ( d o u g ) 及9 4 1 7 ( f r e d ) 的对比 研究指出， 9 4 1 4的减弱是因为在靠近华东沿海北上过程中云系结构从对称型变成了 不对称型， 涡度场结构也转变为非对称型， 使t c中 心正涡度下降; 9 4 1 7 强度维持的重要原 因则是其对称的内 部结构， 环流内涡度分布也基本对称， 使t c中心旋转风动能维持。 陈联 寿 等6 1研究结 果 表明 弱冷 空 气等 外部因 素 促 成的 强 对流 使t c 趋于 不 对 称 结 构却 会令t c增 强。 e v a n s 和h a r t 7 1提出 两 个 判据 通 过 判断t c 的 非 对称性 程 度来 判断t c 是否 变性， 判据 之 一 是比 较6 0 0 h p a 与9 0 0 h p a t c左右半圆的厚度差大小，另一判据是看t c中心周围5 0 0 k m 探测技术和 遥感资料近年的显著发展， 推动了台风的 详细研究， 对热带气旋强度方面的 研究， 近年来也取得了新的进展。随着国家 “ 八五”重点科技攻关项目“ 台风暴雨灾害性天 气检测、 预测技术研究” 的顺利实施， 热带气旋强度变化研究取得了较多科技成果。 在此科 技攻关项目 中， 将热带气旋强度突变理论作为一个专题来研究， 在台风强度突变的 气候特征、 下垫面 ( 如海温、 地形等) 对热带气旋强度变化的影响以 及热带气旋的 变形等方面取得了 初 步成果。 众多研究表明. 热带气旋的强度变化主要受三方面因子影响。 首先， 热带气旋自 身的内 部结构 ( t c的对流发展情况、 眼壁特征等) : 其次， 热带气旋所处的 外部环境因素 ( 环境流 场特征) ， 下垫面特征也影响 着热带气旋的 强度。 1 .2 . 1 热带气旋的强度变化研究 阎 俊岳、 张秀芝等12 1 研究指出， 近 海热带气旋强 度突变的 标准是:1 2 小时t c中 心附 近 最大风速变化绝对值大于或等于1 0 米渺 ，其中 变化正值为突然增强变化负 值为突然减弱。 阎 俊 岳 13 1还 对近 海 突然 加 强的t c的 气 候 特征 做了 研究 分析， 指出 近 海t c中 ，1 6 % 可 出 现 迅速加强， 年平均为2 个， 而9 月增强频率为最高: 迅速加强有较强的 地区性， 南海北部最 易发生， 其次是东 海: 迅速加强主要发生在2 s 0 c 水温以上区域。 最 近于润玲1 4 1 用工 9 4 9 - 2 0 0 1 年的西北太平洋t c的基本资料，分析登陆我国的t c登陆前强度变化的统计特征，指出随 着 t c逐渐移向陆地，其强度由 增强逐渐转为减弱，转折点大致在登陆前 1 2小时;登陆点 不同， 强度变化也不尽相同。 登陆前增强的t c多处在初生不久的发展阶段，而登陆前减弱 的t c多处在维持或衰弱阶段。 t c的内部结构特征影响着t c强 度变化，一般 t c的结构都存在非对称性，而非对称 结构使t c维持 还是减弱 研究结果却不相同。 姚祖庆1 51 通过 对9 4 1 4 ( d o u g ) 及9 4 1 7 ( f r e d ) 的对比 研究指出， 9 4 1 4的减弱是因为在靠近华东沿海北上过程中云系结构从对称型变成了 不对称型， 涡度场结构也转变为非对称型， 使t c中 心正涡度下降; 9 4 1 7 强度维持的重要原 因则是其对称的内 部结构， 环流内涡度分布也基本对称， 使t c中心旋转风动能维持。 陈联 寿 等6 1研究结 果 表明 弱冷 空 气等 外部因 素 促 成的 强 对流 使t c 趋于 不 对 称 结 构却 会令t c增 强。 e v a n s 和h a r t 7 1提出 两 个 判据 通 过 判断t c 的 非 对称性 程 度来 判断t c 是否 变性， 判据 之 一 是比 较6 0 0 h p a 与9 0 0 h p a t c左右半圆的厚度差大小，另一判据是看t c中心周围5 0 0 k m 范围 平均的 最大与最小高 度值之差在6 0 0 h p a 到9 0 0 h p a 的变化。 近来研究还指出热带气旋的强度变化与其内 部中尺度涡旋有关。 热带气旋内 部中尺度强 对 流运 动的 发展、 强降 水和 潜 热 释放 将引 起t c内 部 风速的 增 加。 罗 哲 贤a 用高 分 辨率的f 平面正压涡度模式， 研究相邻中尺度涡旋与台 风涡旋的相互作用， 发现若台风基流径向 切变 特别大，中 尺度涡旋可以使台风强度加强;同 样中尺度涡旋本身的条件 ( 包括分布、尺度、 强度和结构方面的条件)也会影响台 风与其作用后强度的变化。 吴国 雄等19 1从 严格的 原 始 运动方 程出 发， 推 导出 湿 位涡方 程， 而无 摩擦、 湿绝 热的 饱和 大气是 满 足 湿位涡守 恒的， 对热带 气旋可 近 似满 足湿 位涡守 恒的 条 件。 余晖等 (1 0 利 用l iu 等 用非静力中 尺度模式 ( m m5 ) 对咫风a n d r e w发展和登陆的过程的数值模拟资料， 应用湿位 涡方程和倾斜涡度发展理论，分析t c内部结构演变与其强度突变的可能关系。结果表明， 由于t c眼壁附近等相当 位温面陡立， 湿斜压性变化所激发的 倾斜涡度发展是引 起该区域垂 直涡度突然增大或突然减小的主要原因: 当 热带气旋中心附近大部分区域的垂直涡度显著增 长时， 热带气旋就会在整体上表现为迅速发展. 在热带气旋强度突变过程中存在倾斜涡度发 展过程。 m a c d a n a ld 1 1 ( 1 9 6 8 ) 根 据 在 热 带 气 旋中 观 测 到的 螺 旋 雨 带 ， 首 先 提出 了 类 - r o s s b y ( r o s s b y - lik e ) 波 的 概 念 。 余 志 豪 1 z 1 ( 2 0 0 2 ) 则 对 热 带 气 旋 中 的 螺 旋 雨 带 和 涡 旋r o s s b y 波 做了 一个总结， 从动力学方面对r o s s b y 波进行说明。 在热带 气旋结构与其强度变化关系的 研 究 中 ， m o n tg o m e r y 指出 湿 对 流 强 迫 的 涡 旋r o s s b y 波 渐 渐向 外 传 播 使 得 非 对 称的 涡 旋 轴 对 称 化 ， 引 起t c 的 增 强 。 w a n g ( 2 0 0 1 a b ) 数 值 试 验 的 结 果 指出 内 外 雨 带 相 互 作 用 激 发出涡 旋r o s s b y 波， 涡旋r o s s b y 波沿热带气旋的 眼墙气旋性传播， 热带气旋眼墙与眼区的 位涡混合将导致最大风速半径处的切向风减弱， 当眼墙受到螺旋雨带扰动时， 如果该扰动正 好与 涡旋r o s s b y 波同 位相时， 热带 气 旋眼 墙就 会 经 历一次 破 碎并 通 过轴 对称过 程进 行恢 复， 当热带气旋眼墙破坏或重建时，就会导致热带气旋强度的减弱或者增强。 数值 试验1 6 1 8 结 果 表明， 不同 的 环 境 气流 对t c 的 强 度有 不同 的 影响。 小的 均 匀气流 会 在 t c的前进象限由 摩擦辐合产生非对称的对流，在热带气旋半径 5 0 k m内使降水量增加， 气旋加强也变快， 但加强的最终强度比无气流影响时弱; 越大的环境气流产生的t c的强度 越 小。 如 果在l; 面1 8 上， 环境气 流的 方向 也 很 重 要， 西 风气 流比 东 风气 流更 能使t c 加强， 因为东风气流中的 漂流使涡 旋在边界层上湿度变小， 从而使 对流不稳定 变小; 而西风气流减 小了由0 效应产生的在t c 西北角的运动， 减小了涡旋的非对称性， 使t c 加强更明显。 然而 林元 弼 等119 ， 则 认为， 环境 场一 般为t c 的 突 然加强 提 供水汽， 外 环境的 温、 压、 风的 各 种变 化对t c 的加强没有影响;在t c内 环境的某些部分中，t c的突然增强是因为内部风速的突 然加大， 而突然减弱是因为水汽供应的 突然减小， 但如果内 部 风速加大将会使高空辐散加强， 低层水汽输送减少， 气旋中心的降水减少， 结果t c 中 心气压升高， 加强不能维持， 所以t c 加强时间不会太长。 他们还指出， 突然加强的近海t c 通常在其路径少变时发生; t c 内 低层 的旋转风动能的突然增加是t c 突然增强的主要原因。 t c与高空槽相互作用会使其强 度发生明显 变化。 判断高 层槽与t c是否 相互作 用有两 个不同的判据: 当2 0 0 h p a 的涡动动量通量辐合在t c中心之外3 0 0 - 6 0 0 千米半径范围内大于 1 0 米 渺.天时 2 0 1 ， 则 认为t c 与 槽相 互作 用; 另 一 判 据2 1 1是根 据t c 距其 最 大 位势强 度多 远 来确定。由 第一种判据高空槽可分为两类，一 类是有利的槽使 t c强度增强，另一类是使 t c强度减弱的槽。 对于有利的槽，会发现高层的涡动角动量辐合是正值会对涡旋内 部贡献 气旋性涡旋， 当高层槽接近气旋中心时， 相应的位祸距平减弱则很可能通过非绝热过程减小 与高层槽相关的垂直风切变:同时当槽与t c作用时，急流会加强使t c高层产生一个更大 的外流， t c最大风速半径收缩，结果是强度增强。使t c减弱的槽一般会在对流层高层产 生一个更大更强的位涡最值区，在t c中心诱生出更大的垂直切变，造成t c暖心通风，同 时使t c的 云系和雨带更趋于非对称分布。由 观测和数值试验看，t c中 有利的上升区转到 风暴顺切变的左象限， 眼区会有非对称的下沉运动， 使地表中心气压升高; 非对称的云模式 不能使眼区有利的 增暖，暖心无法维持， t c强度减弱。所以当t c云系雨带趋于不对称分 布后，t c强度会减弱。 垂直切变的大小与 t c强度的变化是相互关联的，普遍认为垂直切变增大，t c强度 减 弱 ， 小 的 垂 直 切 变 利 于t c发 展 增 强 。 g r a y ( 1 9 6 8 年 ) 基 于 观 铡 结 果 提 出“ 通 风 流” 效应， 由于垂直切变， 使上层释放潜热能量从t c中平流出去， 从而导致热带气旋强度减弱。 f r a n k 和r it c h ie 以 及e l s b e r r ? 3 也 指 出 ， 太 大 的 水 平 风 垂 直 切 变 会 破 坏t c 的 暖 心 结 构 ， 使 地面的 最低气压无法维持， 气旋高 层的 惯性稳定度也被垂直切变影响， 从而影响到t c的 主 要 环 流 ， 使t c 减 弱 填 塞。 d e m a r i a 2 0 7 ( 1 9 %年) 基于 数 值 结 果 的 理论 分 析 提出 了“ 倾 斜 和 稳定性” 作用， 当有垂直切变时， 导 致位涡倾斜， 结果是中 层的 温度扰动来响应 位涡的 倾斜 以维持静力平衡， 中层的增温则增加了垂直稳定度使对流活动减弱， 热带气旋不能发展。 但 环境风垂直切变大小影响t c强度是否有一个临界值尚无定论。 用n c e p的资料计算热带气 旋2 0 0 - 8 0 0 k m的 垂直切变， 经过统计分析发现， 在大西洋、 东太平洋、 西北太平洋当环境风 垂直切变分别超过而在同 样强 度的热带气旋中弱切变比强切变滞后 时间长。 这种滞后现象可能是因为t c 在垂直切变发生之后， t c自 身的内部结构调整所致。 另一结论则指出，低纬的t c比高纬的t c更易受垂直切变的影响。 下垫面对 t c强度的 影响也不容忽视。地形会改变热带气旋的局部结构而使其强度变 化， 陆地摩擦总趋势会使热带气旋减弱衰亡， 但也有短时间使热带气旋增强的作用。 当热带 气旋趋近海岸、 陆地、岛屿时，向岸风和沿海山脉迎风坡的辐合作用将加剧对流运动， 陆地 上山 脉地形增强的辐合对流会不断产生中尺度对流系统，使热带气旋维持或加强。 当热带气旋在洋面时， 海洋对t c的影响则是至关重要的。 海表面温度对t c强度变化 起 着重 要作 用。 m e r r i ll 1 ( 1 9 8 7 ) 用1 2 年的 大西 洋t c资 料研究了 气 候平 均海 表 面 温 度与 风暴强度之间的 关系。 观测结果表明， 热带气旋只能 在大于 2 6 . 5 口 c的海面上形 成。 b a i k 等 r 6 1研究 表明. 8 7 % 的 西 北 太平洋 风 暴 在2 7 -2 9 * c的 海 表面 温度时 达到 他们生 命 史中 的 最 大强 度。 e m a n u e l 11 7 1 ( 1 9 8 8 ) 的理 论结 果 指出 ， 热 带 气 旋的 最 大强 度与 海 表面 温 度、 风 暴外 流层温度以及环境边界层相对湿度有关， 如果取一级近似则热带气旋的最大强度仅与海表面 温 度 有 关 。 d e m a r i a 和k a p la n a ( 1 9 9 4 ) 利 用 北 大 西 洋 的 海 温 资 料 统 计 得 到 海 温 与 热 带 气 旋 最大强度 ( 用最大风速表示t c强度) 之间的函数关系式，由 此关系式得到的热带气旋的最 大强度叫 做t c的 最大可能 强 度m p i ( m a x i m u m p o t e n t i a l i n t e n s i t y ) ， 并与t c的实际 观测强 度比较研究热带气旋的发展潜力。 b a i k 等 ( 1 9 9 8 )用同样的方法探讨西北太平洋海温与热 带气 旋 最 大强 度 之间 的 关 系， 与d e m a ri a 和k a p la n 研究 不同 之处 在于t c的 最 大强 度用最 低海平面气压表示， 得到结果显示由 海表面温度所算出的 最大可能强度比大西洋的更强， 分 析相对强度发现对西北太平洋的热带气旋而言， 环境因素在决定t c最大强度方面似乎比海 表面 温度 更重 要。 以m m 4 为 基 础建 立的t c 强 度 模 式的 模 拟结 果13 9 113 0 1指出， 当 海 温升高 时， t c强度加深，而当下垫面海温降低时， t c中心强度将减弱，将i v i m 4 与海洋模式p o m进 行海气藕合试验，结果显示增加初始的海表面温度 t c中 心气压下降， t c强度增强，这种 强度变化与海温增加的幅度呈正比; 但考虑海气祸合时， 海温对t c强度的影响比 不考虑祸 合时小， 此差异与海温的变幅有关， 海一 气祸合作用将削弱t c的强度. 1 . 2 .2 热带气旋强度预报研究 虽然热带气旋强度的 数值预报业务试验已 经在美国和日 本开始， 但预报技巧评分还不能 肯定优于现行的统计方法， 所以统计预报方法对热带气旋强度预报就目前而言还是一种可行 且 适用的 方 法. j a r v in e n 和n e u m a n n ( 1 9 7 9 ) 基于 气候 持续 性预 报因 子 用 统 计回 归 方 法发 展了 在大西洋和东北太平洋上的热带气旋的强度预报方案 s h i f o r ( s t a t i s t i c a l h u r r i c a n e i n te n s 妙f o re c a s t ) . d e m a ri a 和k a p la n ( 1 9 9 4 ) 对 大 西 洋 地 区 发 展s h i p s ( s ta t is t ic a l h u r r i c a n e i n t e n s i t y p re d i c t i o n s c h e m e )咫风强度预报方案，此方案不仅考虑了 气候持续性预 报因子， 还考虑了天气因子， 天气预报因子信息从n c e p 分析场上获取; s h i p s 运用“ 刀切 法” 做误差分析与s h i f o r方法比 较. 误差减小1 0 % - 1 5 %， 但在实时预报中s h i p s 方法并 没 有 明 显 减 小 预 报 误 差 。 d e m a r i a 和k a p 工a n , ( 1 9 9 9 ) 在1 9 9 7 年 对s h i p s 方 案 进 行 修 改 在 大西洋和东北太平洋上发展新的预报热带气旋强度的统计 动力模式， 预报因子也同样考虑 气候持续性因子及天气因子，主要改 进之处在于用周平均的海温资 料代替月平均的海温资 料; 天气因 子的考虑从初始场和预报场中获取; 扩大统计拟和样本数; 在预报场中滤去台风 环流。 滤去台 风环流的具体方法是 先将空 军 模式中的t c环流用l a p l a c e 法滤去， 再用过滤 后的 环流场作为有限区域内1 0 层千绝热大气模式的初始场， 边界条件则用原空军模式的， 天气因 子则在处理后得到的大 尺度预报场上读取。以 上的 预报方法预报时效一般在7 2 小时 以内 ， k n a f 等 co a l ( 2 0 0 3 ) 将t c 的 强 度 预 报延 长到5 天， 对大西 洋、 东北 太 平洋、 西 北 太 平洋分别建立预报方程， 预报因子仅考虑， 个主要的气候持续性因子以 及由 这7 个因子衍生 出的2 8 个因子 ( 主要是主因子的 平方， 各因 子交叉相乘得到) ，预 报对象为t c中心最大风 速的变化; 预报结果比较， 3 天以内预报结果， 大西洋和东北太平洋地区与以前方法得到的 结果相当， 但西北太平洋与以 前预报结果相比 有明显改进; 5 天的强度预报误差与3 天的相 当， 也 就是说 预报时间超过3 天以 后强度的 预报误差将趋于稳定， 误差大小已 不会有很大变 化. t c强度加深，而当下垫面海温降低时， t c中心强度将减弱，将i v i m 4 与海洋模式p o m进 行海气藕合试验，结果显示增加初始的海表面温度 t c中 心气压下降， t c强度增强，这种 强度变化与海温增加的幅度呈正比; 但考虑海气祸合时， 海温对t c强度的影响比 不考虑祸 合时小， 此差异与海温的变幅有关， 海一 气祸合作用将削弱t c的强度. 1 . 2 .2 热带气旋强度预报研究 虽然热带气旋强度的 数值预报业务试验已 经在美国和日 本开始， 但预报技巧评分还不能 肯定优于现行的统计方法， 所以统计预报方法对热带气旋强度预报就目前而言还是一种可行 且 适用的 方 法. j a r v in e n 和n e u m a n n ( 1 9 7 9 ) 基于 气候 持续 性预 报因 子 用 统 计回 归 方 法发 展了 在大西洋和东北太平洋上的热带气旋的强度预报方案 s h i f o r ( s t a t i s t i c a l h u r r i c a n e i n te n s 妙f o re c a s t ) . d e m a ri a 和k a p la n ( 1 9 9 4 ) 对 大 西 洋 地 区 发 展s h i p s ( s ta t is t ic a l h u r r i c a n e i n t e n s i t y p re d i c t i o n s c h e m e )咫风强度预报方案，此方案不仅考虑了 气候持续性预 报因子， 还考虑了天气因子， 天气预报因子信息从n c e p 分析场上获取; s h i p s 运用“ 刀切 法” 做误差分析与s h i f o r方法比 较. 误差减小1 0 % - 1 5 %， 但在实时预报中s h i p s 方法并 没 有 明 显 减 小 预 报 误 差 。 d e m a r i a 和k a p 工a n , ( 1 9 9 9 ) 在1 9 9 7 年 对s h i p s 方 案 进 行 修 改 在 大西洋和东北太平洋上发展新的预报热带气旋强度的统计 动力模式， 预报因子也同样考虑 气候持续性因子及天气因子，主要改 进之处在于用周平均的海温资 料代替月平均的海温资 料; 天气因 子的考虑从初始场和预报场中获取; 扩大统计拟和样本数; 在预报场中滤去台风 环流。 滤去台 风环流的具体方法是 先将空 军 模式中的t c环流用l a p l a c e 法滤去， 再用过滤 后的 环流场作为有限区域内1 0 层千绝热大气模式的初始场， 边界条件则用原空军模式的， 天气因 子则在处理后得到的大 尺度预报场上读取。以 上的 预报方法预报时效一般在7 2 小时 以内 ， k n a f 等 co a l ( 2 0 0 3 ) 将t c 的 强 度 预 报延 长到5 天， 对大西 洋、 东北 太 平洋、 西 北 太 平洋分别建立预报方程， 预报因子仅考虑， 个主要的气候持续性因子以 及由 这7 个因子衍生 出的2 8 个因子 ( 主要是主因子的 平方， 各因 子交叉相乘得到) ，预 报对象为t c中心最大风 速的变化; 预报结果比较， 3 天以内预报结果， 大西洋和东北太平洋地区与以前方法得到的 结果相当， 但西北太平洋与以 前预报结果相比 有明显改进; 5 天的强度预报误差与3 天的相 当， 也 就是说 预报时间超过3 天以 后强度的 预报误差将趋于稳定， 误差大小已 不会有很大变 化. 以 上的 研究工作多针对大西洋和东北太平洋， 对西北 太平洋热带气旋的强 度预报研究涉 及较少，以下对西北太平洋t c强度预报方法研究进行简单总结。 范金清等建立了东黄海沿 海1 3 个站点的 短期台 风大风预报的p p 法统计释用方程， 此统计释用方法中充分考虑旋转风、 偏差风的 作 用， 在实际 业务中 在 数 值预 报 产品 上 读 取信 息。 徐明 等s s 1 ( 1 9 9 5 ) 用与 热带 气旋 强度有关的物理量的变化倾向作为预报因子，以热带气旋强度的2 4小时增量为预报量，运 用逐步回归技术建立p p 方程，并将西北太平洋预报区域分为南北两小区 ( 以2 2 0 n为界) 分 别 建 立 预 报 方 程. 1 9 9 4 年 试 报 误 差 相 对于 以 前 的 预 报 结 果 有 明 显 减 小 。 f itz p a t r i c k 6 1( 1 9 9 7 ) 建立了 西北太平洋地区t i p s ( t y p h o o n i n t e n s 沁p r e d i c t io n s c h e m e ) 方案， 此方案的 创新之 处是利用了 卫星资料， 以最大风速变化为预报量， 考虑了1 1 0 个可能影响热带气旋强度的预 报因子， 预报因 子涉及到气候持续性因子、 天气因子、 卫星资料， 经过逐步回归筛选出 不同 预报时刻的5 或6 个预报因子。 方差贡献最大的是最大可能强度变化p o t ( ma x im u m p o t e n t i a l i n t e n s it y c h a n g e ) ， 换言之， 海温在西北太平洋地区 对热带气旋的强 度影响是一 个重要的因 素，因为计算 p o t的 一个关键因 子就是海表面 温度; 其次就是卫星资料， 还有气候持续性 因子和环境风垂直切变。 从敏感性试验看出， 卫星资料的像素大小可以判断热带气旋是缓慢 发展还是快速发展:而p o t和垂直切变则可以 辨别热带气旋是缓慢衰减还是迅速填塞。蒋 乐 贻 ( 2 0 0 4 ) 仅 考 虑 气 候 持 续 性 因 子 对 西 北 太 平 洋 地 区 热 带 气 旋 重 新 建 立了 强 度 统 计 预 报 方程，预报方程是分月建立的 ( 5 月一 1 0月) ，预报量是热带气旋中心的最大风速，此方程已 经在业务中运用。 1 .3本文主要研究内 容 国内外关于热带气旋的强度及强 度预报研究已 取得了较多科研成果， 但针对华南地区a 带 气旋强度突变及强度预报的研究还不多。 本文研究主要有两部分内容， 将针对华南地区热 带气旋的强度变化而展开。 第一部分是从登陆华南地区的热带气旋中挑选出两类热带气旋， 一类是登陆前强度突然 增强的t c ， 另一类是登陆前强度迅速减弱的t c ， 分别对两 类热带气旋的大尺度环流背景场、 水汽输送场、 散度场及环境风垂直切变进行诊断分析， 研究该地区登陆t c强度突变的原因。 第二部分内容是以 第一部分研究所得的结果为基础， 找出可能影响华南地区热带气旋强 以 上的 研究工作多针对大西洋和东北太平洋， 对西北 太平洋热带气旋的强 度预报研究涉 及较少，以下对西北太平洋t c强度预报方法研究进行简单总结。 范金清等建立了东黄海沿 海1 3 个站点的 短期台 风大风预报的p p 法统计释用方程， 此统计释用方法中充分考虑旋转风、 偏差风的 作 用， 在实际 业务中 在 数 值预 报 产品 上 读 取信 息。 徐明 等s s 1 ( 1 9 9 5 ) 用与 热带 气旋 强度有关的物理量的变化倾向作为预报因子，以热带气旋强度的2 4小时增量为预报量，运 用逐步回归技术建立p p 方程，并将西北太平洋预报区域分为南北两小区 (