發(fā)布時(shí)間：2020-11-07 16:19

　　 盡管近幾十年來熱帶氣旋(Tropical Cyclone,簡稱TC)路徑的預(yù)報(bào)水平已有很大提高,但對其異常路徑的預(yù)報(bào)仍存在較大誤差。本論文首先利用K-means空間聚類方法將1949-2016年西北太平洋TC路徑發(fā)生異常偏折的地理位置進(jìn)行分區(qū)并剖析其時(shí)空分布特征。然后基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果從異常偏折高頻區(qū)中選取異常北折和異常西折TC,利用動(dòng)態(tài)合成和矢量EOF(vector empirical orthogonal function,簡稱VEOF)方法分析TC異常偏折的典型環(huán)流特征。最后根據(jù)相關(guān)主模態(tài),選擇在臺灣島附近路徑異常偏折的北折TC“洛坦”和西折TC“奧瑪”的環(huán)流形勢進(jìn)行分析,并探討其異常偏折路徑的判識方法。研究TC異常偏折的時(shí)空分布特征,分析結(jié)果表明TC異常偏折頻數(shù)的時(shí)空分布差異顯著,緯度較高區(qū)域主要發(fā)生在夏季,較低區(qū)域則主要發(fā)生在秋季。異常偏折頻數(shù)存在準(zhǔn)2-4年、準(zhǔn)3-6年的年際變化周期,其趨勢表現(xiàn)為20世紀(jì)80年代中期之前呈增加趨勢,其后呈減少趨勢,低緯區(qū)域年變化與之最為相似,中高緯區(qū)域變化趨勢不明顯。通過動(dòng)態(tài)合成對比分析,可揭示出TC異常偏折頻數(shù)高發(fā)區(qū)中異常北折TC和異常西折TC的大尺度環(huán)流特征。研究發(fā)現(xiàn)在異常偏折時(shí)刻,500hPa中西折TC位于副高和大陸高壓之間,而北折TC的影響系統(tǒng)主要為東退減弱的副高和及不斷加深的西風(fēng)槽;其次在850hPa西折TC的東南側(cè)為氣旋性環(huán)流,而北折TC的東南側(cè)表現(xiàn)為反氣旋性環(huán)流。對偏折時(shí)刻500hPa中異常北折和西折TC的環(huán)流場進(jìn)行VEOF分析,研究表明北折TC的前四個(gè)模態(tài)通過North檢驗(yàn),而西折TC的前兩個(gè)模態(tài)亦通過檢驗(yàn),其可揭示出如下主模態(tài)特征:異常偏折時(shí)刻北折TC環(huán)流場的VEOF-1主要表現(xiàn)為TC受其東側(cè)深厚的反氣旋及北側(cè)的西風(fēng)槽影響,該模態(tài)下典型TC路徑主要為西北轉(zhuǎn)北,之后逐漸轉(zhuǎn)為東北,典型TC個(gè)例均發(fā)生于10-12月;VEOF-2的典型環(huán)流表現(xiàn)為TC的東北側(cè)和東南側(cè)各有一反氣旋中心,該模態(tài)下典型TC路徑主要是西轉(zhuǎn)北,多發(fā)于中國南海地區(qū);VEOF-3主要表現(xiàn)為其東北側(cè)的反氣旋性環(huán)流減弱,其東南側(cè)有一反氣旋性環(huán)流,路徑主要是西北轉(zhuǎn)北;VEOF-4主要表現(xiàn)為兩個(gè)反氣旋性環(huán)流分別位于其東西兩側(cè),其北側(cè)為深厚西風(fēng)槽。西折TC的VEOF-1中典型的環(huán)流形勢主要表現(xiàn)為TC東西兩側(cè)的兩反氣旋中心處于“對峙”的狀態(tài),且其東南側(cè)為一氣旋性環(huán)流,路徑主要由北轉(zhuǎn)西;VEOF-2的典型環(huán)流形勢主要為位于TC的南北兩側(cè)各有一反氣旋性環(huán)流,而其東側(cè)為一氣旋性環(huán)流,路徑也主要表現(xiàn)為由北轉(zhuǎn)西。選取上述異常北折與異常西折TC兩個(gè)主模態(tài)中在臺灣島附近的北折TC“洛坦”和西折TC“奧瑪”進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)北折TC“洛坦”和西折TC的環(huán)流型特征與上述VEOF分型的主模態(tài)較為對應(yīng)。進(jìn)一步通過分解流函數(shù)、勢函數(shù)場可獲取旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)分量場,TC異常偏折時(shí)刻高層輻散風(fēng)場呈一顯著的輻散帶,和TC未來的異常偏折路徑對應(yīng),而西折TC“奧瑪”在偏折時(shí)刻無輻散帶。應(yīng)用擴(kuò)展的β-平流模型分別對兩個(gè)典型主模態(tài)中TC的路徑進(jìn)行判識分析,發(fā)現(xiàn)北折“洛坦”在同時(shí)考慮氣候態(tài)和擾動(dòng)變量時(shí)路徑判識的效果最好,而西折TC“奧瑪”在考慮擾動(dòng)變量時(shí)對其路徑的判識效果最好。
【學(xué)位單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P457.8;P434
【部分圖文】：

(經(jīng)緯度取為 100-180°E，0-55°N)中 TC 最以上的樣本進(jìn)行研究。分別以TD表示熱帶低壓、TY 表示臺風(fēng)、STY 表示強(qiáng)臺風(fēng)、Super TY 采用歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心（簡寫 ECMWF）ECMWF 提供的最新一代再分析資料集（資料時(shí)文的時(shí)間范圍選為 1979-2016 年，分辨率為 0.7場、位勢高度、溫度等要素信息進(jìn)行分析。的偏折角度利用向量夾角公式進(jìn)行計(jì)算（戴高菊014；李勛等，2015），折角θ計(jì)算如下所示：θ = arccos[ a b a |b |] ,T 時(shí)次的 A、B 兩點(diǎn)構(gòu)成的向量，b 為第 T，T+6 的θ即為 TC 第 T 時(shí)次的偏折角度，如圖 2.1 所示偏折，則為右折；如為 BC 方向，則為左折。

一般集中于整個(gè)西北太平洋或南海等某一海域，針對其發(fā)生位置的空間聚類分型研少。本文首先對 TC 路徑發(fā)生異常偏折的角度閾值進(jìn)行定義，然后對其發(fā)生位置進(jìn)類分析和區(qū)域劃分，最后對各區(qū) TC 路徑異常偏折的頻率、高發(fā)季節(jié)、偏折的方向以及異常偏折的周期性、時(shí)間變率等特征進(jìn)行探討。.2 西北太平洋 TC 路徑異常偏折的定義根據(jù)本文中 2.2.1 對折角計(jì)算的方法（戴高菊，2013），統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn) 1949-2016 年間太平洋 TC 的 12 小時(shí)內(nèi)偏折折角共計(jì) 50187 次，每隔 5°（鑒于 90°至 180°的頻少，將其作為一個(gè)區(qū)間）統(tǒng)計(jì) TC 各角度折角分布頻率 (圖 3.1a),可見整體而言，折角度越大，異常偏折頻數(shù)越少，這與戴高菊等（2014）統(tǒng)計(jì)所有折角頻率分布時(shí)的結(jié)論一致。根據(jù)極端天氣氣候事件的百分位定位方法（周宜卿等，2015），可得 12 時(shí)的折角頻率(圖 3.1b)在 95%的分位數(shù)值約為 47°，因此我們定義閾值為 TC 在 12 小時(shí)內(nèi)移生偏折大于等于 47°，即認(rèn)為其路徑發(fā)生異常偏折，得到 TC 發(fā)生異常偏折的折角為 2155 次(其中存在 TC 發(fā)生 1 次以上異常偏折的情況），其中異常右折 1086 次，左折 1069 次。

圖 3.2b 為根據(jù)最佳聚類將西北太平洋 TC 發(fā)生異常偏折時(shí)的位置進(jìn)行劃分，得到的五類 TC 異常偏折點(diǎn)的空間分布。為表述方便，將其空間主要聚集區(qū)分別以一區(qū)至五區(qū)才表示。分別為：一區(qū)為中國臺灣附近及其東北部海域；二區(qū)為南海及菲律賓半島以東洋面；三區(qū)為西北太平洋的北部海域；四區(qū)為 140°以東、20-30°之間的海域；五區(qū)為西北太平洋的南部海域。其中二區(qū)和五區(qū)為低緯海域、一區(qū)和四區(qū)為中緯海域，區(qū)域位于高緯海域。一區(qū)和二區(qū)發(fā)生異常偏折的頻數(shù)更為密集，三區(qū)最為分散。異常偏折頻數(shù)發(fā)生最多位于二區(qū)，占所有異常偏折頻數(shù)的 39.1%，其中一區(qū)中異常右折頻數(shù)占其所有異常偏折頻數(shù)的 49.5%，異常左折占 50.5%；其次為一區(qū)頻數(shù)居多，占異常偏折總數(shù)的 26.5%，包括 50.8%的異常右折和 49.2%的異常左折；三區(qū)中異常偏折頻數(shù)發(fā)生最少，僅占異常偏折總數(shù)的 4.4%，頻數(shù)為 94 次，異常右折占 54.3%和 45.7%的異常左折；四區(qū)和五區(qū)分別占異常偏折總數(shù)的 13.5%和 16.5%。相較于海上異常偏折，TC 在登陸期間（本文僅統(tǒng)計(jì)登陸中國大陸）發(fā)生異常偏折的 TC 頻次非常少，主要位于一區(qū)、二區(qū)和三區(qū)的中國沿海區(qū)域，一區(qū)登陸期間發(fā)生異常偏折最多，共計(jì) 40 次，二區(qū) 26 次，高緯三區(qū)最少，僅為 5 次。登陸期間異常偏折發(fā)生最多的省份為廣東省。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2874182