西北太平洋热带气旋路径异常偏折的区域及环流动力相关特征研究

发布时间：2020-11-07 16:19

　　 尽管近几十年来热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)路径的预报水平已有很大提高,但对其异常路径的预报仍存在较大误差。本论文首先利用K-means空间聚类方法将1949-2016年西北太平洋TC路径发生异常偏折的地理位置进行分区并剖析其时空分布特征。然后基于统计结果从异常偏折高频区中选取异常北折和异常西折TC,利用动态合成和矢量EOF(vector empirical orthogonal function,简称VEOF)方法分析TC异常偏折的典型环流特征。最后根据相关主模态,选择在台湾岛附近路径异常偏折的北折TC“洛坦”和西折TC“奥玛”的环流形势进行分析,并探讨其异常偏折路径的判识方法。研究TC异常偏折的时空分布特征,分析结果表明TC异常偏折频数的时空分布差异显著,纬度较高区域主要发生在夏季,较低区域则主要发生在秋季。异常偏折频数存在准2-4年、准3-6年的年际变化周期,其趋势表现为20世纪80年代中期之前呈增加趋势,其后呈减少趋势,低纬区域年变化与之最为相似,中高纬区域变化趋势不明显。通过动态合成对比分析,可揭示出TC异常偏折频数高发区中异常北折TC和异常西折TC的大尺度环流特征。研究发现在异常偏折时刻,500hPa中西折TC位于副高和大陆高压之间,而北折TC的影响系统主要为东退减弱的副高和及不断加深的西风槽;其次在850hPa西折TC的东南侧为气旋性环流,而北折TC的东南侧表现为反气旋性环流。对偏折时刻500hPa中异常北折和西折TC的环流场进行VEOF分析,研究表明北折TC的前四个模态通过North检验,而西折TC的前两个模态亦通过检验,其可揭示出如下主模态特征:异常偏折时刻北折TC环流场的VEOF-1主要表现为TC受其东侧深厚的反气旋及北侧的西风槽影响,该模态下典型TC路径主要为西北转北,之后逐渐转为东北,典型TC个例均发生于10-12月;VEOF-2的典型环流表现为TC的东北侧和东南侧各有一反气旋中心,该模态下典型TC路径主要是西转北,多发于中国南海地区;VEOF-3主要表现为其东北侧的反气旋性环流减弱,其东南侧有一反气旋性环流,路径主要是西北转北;VEOF-4主要表现为两个反气旋性环流分别位于其东西两侧,其北侧为深厚西风槽。西折TC的VEOF-1中典型的环流形势主要表现为TC东西两侧的两反气旋中心处于“对峙”的状态,且其东南侧为一气旋性环流,路径主要由北转西;VEOF-2的典型环流形势主要为位于TC的南北两侧各有一反气旋性环流,而其东侧为一气旋性环流,路径也主要表现为由北转西。选取上述异常北折与异常西折TC两个主模态中在台湾岛附近的北折TC“洛坦”和西折TC“奥玛”进行分析,发现北折TC“洛坦”和西折TC的环流型特征与上述VEOF分型的主模态较为对应。进一步通过分解流函数、势函数场可获取旋转风和辐散风分量场,TC异常偏折时刻高层辐散风场呈一显著的辐散带,和TC未来的异常偏折路径对应,而西折TC“奥玛”在偏折时刻无辐散带。应用扩展的β-平流模型分别对两个典型主模态中TC的路径进行判识分析,发现北折“洛坦”在同时考虑气候态和扰动变量时路径判识的效果最好,而西折TC“奥玛”在考虑扰动变量时对其路径的判识效果最好。
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P457.8;P434
【部分图文】：

(经纬度取为 100-180°E，0-55°N)中 TC 最以上的样本进行研究。分别以TD表示热带低压、TY 表示台风、STY 表示强台风、Super TY 采用欧洲中期数值预报中心（简写 ECMWF）ECMWF 提供的最新一代再分析资料集（资料时文的时间范围选为 1979-2016 年，分辨率为 0.7场、位势高度、温度等要素信息进行分析。的偏折角度利用向量夹角公式进行计算（戴高菊014；李勋等，2015），折角θ计算如下所示：θ = arccos[ a b a |b |] ,T 时次的 A、B 两点构成的向量，b 为第 T，T+6 的θ即为 TC 第 T 时次的偏折角度，如图 2.1 所示偏折，则为右折；如为 BC 方向，则为左折。

一般集中于整个西北太平洋或南海等某一海域，针对其发生位置的空间聚类分型研少。本文首先对 TC 路径发生异常偏折的角度阈值进行定义，然后对其发生位置进类分析和区域划分，最后对各区 TC 路径异常偏折的频率、高发季节、偏折的方向以及异常偏折的周期性、时间变率等特征进行探讨。.2 西北太平洋 TC 路径异常偏折的定义根据本文中 2.2.1 对折角计算的方法（戴高菊，2013），统计发现 1949-2016 年间太平洋 TC 的 12 小时内偏折折角共计 50187 次，每隔 5°（鉴于 90°至 180°的频少，将其作为一个区间）统计 TC 各角度折角分布频率 (图 3.1a),可见整体而言，折角度越大，异常偏折频数越少，这与戴高菊等（2014）统计所有折角频率分布时的结论一致。根据极端天气气候事件的百分位定位方法（周宜卿等，2015），可得 12 时的折角频率(图 3.1b)在 95%的分位数值约为 47°，因此我们定义阈值为 TC 在 12 小时内移生偏折大于等于 47°，即认为其路径发生异常偏折，得到 TC 发生异常偏折的折角为 2155 次(其中存在 TC 发生 1 次以上异常偏折的情况），其中异常右折 1086 次，左折 1069 次。

图 3.2b 为根据最佳聚类将西北太平洋 TC 发生异常偏折时的位置进行划分，得到的五类 TC 异常偏折点的空间分布。为表述方便，将其空间主要聚集区分别以一区至五区才表示。分别为：一区为中国台湾附近及其东北部海域；二区为南海及菲律宾半岛以东洋面；三区为西北太平洋的北部海域；四区为 140°以东、20-30°之间的海域；五区为西北太平洋的南部海域。其中二区和五区为低纬海域、一区和四区为中纬海域，区域位于高纬海域。一区和二区发生异常偏折的频数更为密集，三区最为分散。异常偏折频数发生最多位于二区，占所有异常偏折频数的 39.1%，其中一区中异常右折频数占其所有异常偏折频数的 49.5%，异常左折占 50.5%；其次为一区频数居多，占异常偏折总数的 26.5%，包括 50.8%的异常右折和 49.2%的异常左折；三区中异常偏折频数发生最少，仅占异常偏折总数的 4.4%，频数为 94 次，异常右折占 54.3%和 45.7%的异常左折；四区和五区分别占异常偏折总数的 13.5%和 16.5%。相较于海上异常偏折，TC 在登陆期间（本文仅统计登陆中国大陆）发生异常偏折的 TC 频次非常少，主要位于一区、二区和三区的中国沿海区域，一区登陆期间发生异常偏折最多，共计 40 次，二区 26 次，高纬三区最少，仅为 5 次。登陆期间异常偏折发生最多的省份为广东省。
【参考文献】

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本文编号：2874182