前言:
2018年9月16日,像往常一样,我坐在窗边憧憬爱情,幻想着心仪的她会乘风破浪、飘洋过海地来看我。
结果,我没等到她,却等来了“山竹”。
正文:
揭秘——愿意飘洋过海来看我的当然就是热带气旋(tropical cyclone, TC)啦!
西太平洋是TC最活跃的地区,平均每年有20多个TC生成,受到TC登陆的影响,我国东南沿海每年都要遭受巨大的损失。目前,生成TC必备的外部条件已经有了清楚的认识:适宜的海水温度(>26.5℃),高相对湿度,较小的垂直切变,大的相对涡度,当然,扰动的存在也是很重要的(对更多细节感兴趣的小伙伴可以私信作者)。
但是,很多关于“气象变量如何影响TC生成”的研究都基于单一变量对TC生成的贡献在流域内是均一的。
陆团队使用“小波分析”(对小波分析不太熟悉的小伙伴把它替代成傅里叶分析就好了)识别了TC在西太平洋生成的时空间分布特征,并通过“多元线性回归”及“小波相干性分析”(Wavelet Coherence Analysis)解释了不同气象变量在流域内不同区域对TC生成的影响。
在南海北部(NSCS)和菲律宾东部海域(OAEP1,OAEP2),TC生成有显著的半年变化和一年内变化;在西太平洋东南海域(~160°E,7°N,SEWNP),TC生成在ENSO尺度(4~8 年)上有很强的信号(图1)。
图1由陆萌茜博士提供▼
图1. 小波分析结果图。(a)-(d)不同时间尺度台风热带气旋生成信号显著的区域。(e)-(h)不同区域小波分析时域-频域图。
多元线性回归结果表明(图2),纬向风切变变化(vertical shear of zonal wind, 200-850mb)对TC生成贡献最大,四个区域都受到影响,但主要体现在NSCS和OAEP1;相对湿度变化(600mb)其次,主要作用于OAEP2;绝对涡度变化(850mb)影响最小,主要体现在SEWNP。(有机智的读者可能会问,那其余气象变量的影响呢?请移步https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/action/downloadSupplement?doi=10.1029%2F2019GL084995&file=grl59718-sup-0001-2019GL084995-SI.pdf)
图2由陆萌茜博士提供▼
图2. 多元线性回归结果图。(a)R2;(b)纬向风切变系数;(c)相对湿度系数;(d)绝对涡度系数
小波相干性分析结果表明(图3)(可以把相干性理解成Pearson correlation coefficient,区别在于相关系数体现线性关系,相干性体现非线性关系),TC生成与纬向风切变、相对湿度在4-8年时间尺度上具有很强的相干性(coherence),这也进一步印证了通过小波分析及多元线性回归得出的结论。
同时,TC生成与厄尔尼诺指数(ONI)的高相干性(high coherence)也表明,在SEWNP,TC生成与ENSO之前有很强的非线性和非平稳关系(strong nonlinear and nonstationary relationships)。
图3由陆萌茜博士提供▼
图3. 小波相干性分析结果图。向上箭头表示同相位,向下箭头表示反相位。
结语:
受到科里奥利力(Coriolis force)和大尺度背景流场(large-scale background flows)的影响,在西太平洋生成的TC会向西北方向运动(β drift),有些TC在登陆之前就会消亡(frictional dissipation),但还是有一些TC通过不断的增强(intensification)最终漂洋过海来看我们。虽然目前尚不能精准预测TC的生成,但在TC生成之后的轨迹预测及预警方面已经较为准确,向所有为此做出贡献的气象人致敬。
原文链接:
Lu, M., &Xiong, R. (2019). Spatiotemporal Profiling of Tropical Cyclones Genesis andFavorable Environmental Conditions in the Western Pacific Basin. GeophysicalResearch Letters, 46(20), 11548-11558.
https://doi.org/10.1029/2019GL084995