调查海洋次表层温度的关系和西北太平洋热带气旋

文摘

海洋次表层温度的关系和对西北太平洋热带气旋(TC) (WNP)研究了基于TC最佳历史数据和1948 - 2012年期间全球再分析数据。这里的TC频率(TCF),寿命,创世纪TCs的位置进行了分析。独特的地下水温和TCF之间负相关,特别是东南象限的TCF WNP (0-15°N, 150 - 180°E)。根据去趋势地下125米深度层的温度异常主要TC创世纪区域(0 30°N, 100 - 180°E),我们选择了地下寒冷和温暖的年。在地下冷年,TCs往往有一个更长的平均寿命和东南部创世纪的位置比地下温暖年一般。进一步调查这一特点的原因,TC创世纪潜力指数(GPI)用于分析环境因素TC活动的贡献。结果表明,地下水温度和TCF之间的负相关的变化主要是由东南象限的TCF WNP,海洋和大气环境与海洋相关的地下条件。具体地说,与地下温暖年相比,有较大的相对涡度,相对湿度越高,垂直风切变小,实力较弱的净长波辐射,和更高的海洋混合层温度在东南象限在寒冷的年里,这些都是有利于TC的起源和发展。

1。介绍

热带气旋(TC)是地球上最危险的自然现象之一,对人类生命和财产造成巨大损失的数十亿人(1,2]。作为TCs最活跃的地区之一,西北太平洋(WNP)盆地经历每年全球TCs的1/3,而达到平均每年约26 TCs (3]。TC活动的巨大数量的WNP主要源于良好的大规模环境包括大气环流系统(4- - - - - -6和海洋和大气之间的相互作用7,8]。

作为一个关键因素在海气相互作用、海面温度(SST)的研究受到了广泛关注TC (9- - - - - -12]。相对较高的SST周围TC的起源是至关重要的,有一个确定的事实,SST > 26°C是一个要求TC形成(13- - - - - -15),这表明海温对TC的发展产生的巨大影响。因此,人们普遍认为一个更有利于高海温的起源TC (16]。韦伯斯特et al。17)检查TCs的数量和强度、增加海温的环境和他们的结果显示强烈的TCs的数量之间的正相关和北太平洋海温的印第安人,西南太平洋。此外,一些数值试验还显示海洋表面之间的相关性和TC活动从各种机制18- - - - - -20.]。

然而,当前TC的大多数研究只关注对海温描述海洋的贡献,地下也不那么关注海洋,海洋次表层的影响往往是跳过任意。TC的能量是由温暖的先前存在的潜在的海洋,然而,TC获得能量,冷却的海面都不可避免的由于强烈的湍流通量能量转移的海面和上升流的垂直混合冷却器与温暖的地表水地下水海洋次表层(21,22]。这种效应的强度取决于海洋地下热结构,以及TC翻译速度,大小和风速(23- - - - - -27),远高于上述湍流通量的影响在海面23]。海洋的影响地下TC活动在几个研究已经证实。郭和棕褐色28]建议的迅速加剧TC强烈影响上层海洋热含量,和林等。29日)指出,地下海洋变暖可能造成很多supertyphoon的《创世纪》和加强。而且,地下水温,这决定了垂直热结构的海洋,可能负责增加的频率和强度的厄尔尼诺和拉尼娜事件(30.,31日),影响大规模的大气条件和TC活动。根据海洋的强大影响地下能量转移在TC的《创世纪》和加强,调查海洋次表层和TC活动之间的关系具有重要意义。

本文组织如下。部分2描述了数据和方法,简要分析海洋次表层和TCs活动之间的关系在WNP以及地下的列表给出了寒冷和温暖的年在这一节中。部分3给出了不同的统计分析在《创世纪》中频率、寿命,创世纪TCs的位置之间的地下寒冷和温暖的年。部分4论述了TCs的机制负责观察到的差异活动之间的地下寒冷和温暖的年,紧随其后的是结论和讨论部分5。

2。数据和方法

2.1。数据

在目前的研究中,我们使用TC的最佳历史数据联合台风警报中心(32]。数据集包含的位置TC中心位置(纬度和经度)和强度(最大1分钟意味着持续10米风速)每隔六小时。数据集在WNP从1945年到2017年。TCs在热带风暴(TS, TC的最大持续风速33节或更多)强度或更高版本都包含在我们的研究。此外,为了区分TCs具有更高强度、类别4和5 TCs (C45 TCs, TC的最大持续风速114节或更多)通常是单独提出。由于不一致的强度估计技术和不同的计算方法,存在一些不确定性和不一致性在TC不同机构之间的数据33,34]。的完整性、TC最佳历史数据来自中国气象局上海台风研究所(CMASTI) [35)也考虑在内。

从地下温度和盐度分析数据集由日本地球科学和技术部门的(JAMSTEC) [36),每月客观地分析了全球海洋次表层温度信息在24水平上从1948年到2012年获得1500米。

每月空气温度,意思是风、相对湿度、相对涡度,和长波辐射在海面字段和海平面压力(SLP)字段提供了从1948年到2017年由国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)再分析数据集37]。此外,每月海温资料是来自哈德利中心的海冰和海洋表面温度(HadISST)数据集38]。考虑的时间范围不同的数据集,从1948年到2012年的月度数据在我们的研究中使用。

2.2。方法

有1667 TCs强度超过TS在整个WNP盆地从1948年到2012年(基于JTWC最佳历史数据集)(图1)。图1表明,TCs的起源位置WNP主要定位在以下领域:0°-30°N, 100°-180°E。因此,这一地区的海洋次表层温度选择研究WNP地下和TC活动之间的关系。很多研究表明,较高的地下100 - 150米的深度有很大影响的能源供应TC (24,39,40,这一层的温度在年际尺度上的WNP显著不同(41,42];因此,我们选择125米深的水温层作为一个代理调查海洋次表层对TCs的影响。

季节平均地下水温度之间的相关性和TC创世纪频率(TCF) TC旺季期间(June-November,以下杰森)从1948年到2012年在WNP检查首先(图2)。尽管不同TC最佳历史数据集之间的不一致,结果表明,TCF和C45 TCF与地下水温度负相关。类似的结果是获得使用EN4质量控制海洋数据(EN.4.2.1)哈德利中心地下温度和盐度客观分析(43];因为结果是定性Ishii数据集的结果一样,这里没有显示。然而,随着中提到的部分1,海洋表面变暖会产生更多的TC活动;海洋表层和次表层的显示不同的相关性与TC活动。

的重要作用SST在TC活动WNP [44),海温和海洋次表层温度之间的相关性分析。图3演示了杰森季节性之间相关系数的空间分布平均SST和海洋次表层温度;地下温度显示与海温在不同的位置,不同的相关和负相关中心位于WNP东南部,而其他地区的表现正相关。这意味着温暖的地下并不总是对应于一个温暖的表面,和海洋表面地下可能有不同的特点。因此,分析海洋次表层温度和TC活动之间的关系不是简单的外推海温和TC活动之间的关系;它可能提供一个独特的帮助理解WNP TC活动的机制。

ENSO和TC活动之间的联系还应该调查海洋次表层温度在WNP高度与ENSO循环有关。我们计算年度Nino3.4 SST指数之间的相关系数和TCF,和它们之间没有明显的直接的关系(r=−0.0076);海洋次表层温度之间的相关性和TCF (r=−0.2385,图2(一个))是比这更重要的。虽然ENSO对TC活动的影响已被许多研究证明(45),海洋次表层温度之间的相关性和TC活动可能会提供一些新的WNP TC活动的信息。

进一步确定TCF和海洋之间的负相关地下温度和调查这种相关性是如何形成的,我们计算的平均水温125深层在0°-30°N, 100°-180°E(图每年在杰森季节4)。应该注意,寒冷和温暖的年在这项研究中定义如下:去趋势地下温度异常大于0.5°C温暖的年,低于冷年−0.5°C。选中的地下热缺血和冷年如表所示1。

3所示。统计分析

3.1。TCF

检查TCF地下温度的上升下降趋势图所示2每年,我们计算均值杰森季节性TCF基于JTWC CMASTI TC最佳历史数据集(表2)。一年一度的TCF JTWC数据集的21.57和22.50 CMASTI数据集在杰森的季节地下冷年JTWC数据集和19.20和18.50 CMASTI数据集在温暖的年。在冷与热之间的差异3.07和3.30年JTWC数据集和CMASTI数据集,分别。两个差异是显著的95%置信水平。杰森地下冷的季节期间,C45 TCF JTWC数据集的8.29和4.43在CMASTI数据集,在杰森的地下温暖年,C45 TCF JTWC数据集的4.50和2.90在CMASTI数据集。尽管C45 TCF两个数据集之间的矛盾引起的不同的记录方法,形成强烈的TCs更频繁地在寒冷的年比在温暖的年,前者几乎是后者的两倍的价值,而且只有JTWC数据集的统计显著性的差异。

我们进一步WNP盆地划分为四个象限,和(150°E, 15°N)被选为四个象限的起源后陈和Tam (46]。的比较平均TCF四象限图所示5。注意,C45 TCF没有价值的分析,因为平均C45 TCF在四个象限太小,比较。西南和东北象限的tcf显示地下寒冷和温暖的年,之间没有显著差异,差异主要来自西北和东南象限。西北象限,平均TCF冷年杰森季节是4.5和7.8在温暖JTWC年数据集(冷年和6.1和8.4在温暖年CMASTI数据集)。因此,有更多的TCs生成在西北象限在地下温暖年比在寒冷的年。寒冷和温暖年之间的差异是显著的95%置信水平。东南象限,TCs很少在这个象限在温暖年生成。杰森季节的平均TCF冷年是8.6和1.2在温暖JTWC年数据集冷年(6.6和0.7在温暖年CMASTI数据集),寒冷和温暖年之间的区别也在95%置信水平显著。因此,TCF和地下水温度之间的负相关部分所示2。2主要差异造成的TCF在东南象限。

3.2。TC的寿命

我们进一步研究了TCs的寿命在地下寒冷和温暖的年分开,结果如表所示3。尽管平均寿命两个数据集之间的不一致造成的不同估计技术和计算方法,可以观察到一个明显的差异在TCs在杰森季节的平均寿命地下寒冷和温暖的年。JTWC数据集,TCs在寒冷的年的平均寿命是241.49 h,它是两倍多的价值在温暖的年(106.31小时),和(135.18小时)的差异是显著的95%置信水平。类似的结果可以来源于CMASTI数据集:201.79 h冷年和97.62 h在温暖的年;因此,区别(104.17小时)也是很重要的原因。至于C45 TCs,寿命的差异更为突出,地下冷年C45 TCs的寿命大约是温暖的年的三倍(328.81 h冷年和108.31 h在温暖JTWC年数据集和292.5 h冷年和115.85 h在温暖年CMASTI数据集)。此外,值得注意的是C45 TCs和正常之间的时间差异远远大于TCs在寒冷的年的温暖,这表明强烈的TC生成地下冷年往往有更长的寿命。

4所示。环境因素的诊断

理解机制负责海洋次表层之间的统计关系和TCs WNP证明节活动3,我们分析了环境因素的影响在TCs活动使用两个创世纪潜力指数(GPI)。

4.1。谷歌价格指数

TC谷歌价格指数是一个广泛使用的参数诊断TC《创世纪》的影响因子47),根据经验公式计算的伊曼纽尔和诺兰48)(称为下面给出以下): 在哪里是绝对涡度在850 hPa ( ),H是相对湿度为600 hPa(%),然后呢潜力最大的TC强度(π, )定义为Emanual et al。49- - - - - -51]: 在哪里表示在定压热容是风场,的温度TC流出,是焓交换系数,阻力系数,饱和相当于潜在的海洋表面温度,然后呢相当于潜在的温度边界层。网络上提供了一个FORTRAN子例程来计算π(http://wind.mit.edu/∼伊曼纽尔/ home),垂直风切变( ),这是定义为 在哪里和代表了纬向风速200 hPa - 850 hPa,和和是经向风速200 hPa - 850 hPa,分别。

包括海洋次表层TC《创世纪》的影响,我们也适应另一个TC创世纪潜力指数(称为认为海洋参数以后)[52]: 在哪里是绝对涡度在1000 hPa ( ), 海洋混合层的平均温度(°C;在这项研究中,混合层深度的定义是深度的温度小于温度在5米深度0.2°C,汤普森(后53]),F是在海面净长波辐射( ,积极向上辐射),26°C等温线的深度( )。

图6显示GPI的综合差异之间的地下寒冷和温暖年杰森的季节。的分布差异和一般是相似的。积极的区域定位的GPI区别WNP盆地的东南和 ,这意味着WNP盆地东南部更有利于TC的起源在地下冷年比在温暖的年。消极的中心位于中国东海;由于相对较高的纬度,负中心不能产生一个明显的更高频率的地下温暖年TC活动。如上所述,GPI的综合影响的结果是符合TC起源位置的统计分析结果部分3.1表示,海洋次表层之间的关系的影响因素和TCs活动WNP捕获的和分析。

4.2。环境变量的相对贡献

为了进一步确定各环境因素的相对贡献的结果部分4.1,主要的TC创世纪的东南象限(0°-15°N, 150°-180°E,即。,图中虚线矩形6)选择进行分析。我们分开( )分为四个独立的部分如方程(1):Term1来自850 hPa绝对涡度(1000 hPa绝对涡度 ),从600 hPa Term2相对湿度(海洋混合层的平均温度 ),Term3从最大π(净长波辐射在海面上 ),并从200 - 850 hPa Term4垂直风切变(26°C等温线的深度 )。后李et al。54),两岸的自然对数方程(1),

然后,应用全微分方程的两边(5),

用方程(6)方程(1),我们得到

通过积分方程(7从地下温暖寒冷的一年,我们有 在哪里表示地下温暖和寒冷的区别,表明地下冷年之间的差异和气候的意思是,之间的区别是地下温暖,气候的意思是,和一个酒吧意味着气候平均值。和可以写成

用方程(9)和(10)方程(8),我们得到 和 这里一个近似由假设 , , ,和常系数。图7给出的诊断结果在东南象限地下冷年从方程(9),从方程(温暖的年10从方程(),以及它们之间的区别11)。不同颜色的酒吧表示四个环境因素的相对贡献TC创世纪。为 ,第一列的数字7(一)GPI在寒冷的积极异常年主要来自Term1(或850 hPa绝对涡度的贡献)。与此同时,从第二列,所有四个方面导致的负异常GPI在温暖的年,Term1, Term2, Term4扮演了重要的角色。从最后一列,的区别地下寒冷和温暖之间多年也主要相关Term1, Term2, Term4(或850 hPa绝对涡度的贡献,600 hPa相对湿度,和200 - 850 hPa垂直风切变,分别)。为 ,第一列的数字7 (b)GPI在寒冷的积极异常年主要来自Term1和Term3(或1000 hPa的贡献绝对涡度和净长波辐射,分别)。Term1,与此同时,从第二列Term2, Term3有助于GPI在温暖的负异常年(或1000 hPa绝对涡度的贡献,海洋混合层的平均温度,和净长波辐射,分别)。从最后一列,的区别地下寒冷和温暖年之间也主要归功于1000 hPa绝对涡度,海洋混合层的平均温度,净长波辐射。此外,它显示在图7 (b)的深度26°C等温线(Term4)地下冷年负贡献和积极贡献地下温暖年TC《创世纪》,这与我们的理解是一致的,温暖的海洋会诱发更多TC活动,但是这个学期没有发挥主导作用分析,它的贡献而被抵消其他方面。

的环境因素影响TC创世纪数据所示8和9。图8显示了复合异常850 hPa绝对涡度,相对湿度,垂直风切变在杰森季节地下寒冷和温暖的年和他们的区别。从绝对涡度的异常(数字8(一个)- - - - - -8 (c)),它们的分布在地下WNP寒冷和温暖多年大约是相反的。具体来说,大型积极绝对涡度异常观测在5°-20°N盆地地下冷年,涵盖象限,东南和西南部的主要区域和负异常主要位于赤道附近。与地下温暖年5°-20°N盆地主要是由负异常;因此,等高线图的区别地下寒冷和温暖的年,积极的价值观的差异提出了WNP的主要地区。相对湿度的异常数据8 (d)- - - - - -8 (f)),提出了弱负异常WNP的大部分区域,但没有明显的东南象限在寒冷的多年观察的信号。然而,在地下温暖年,负异常在东南象限,观察在东南象限导致积极的价值观的差异。此外,垂直风切变(数据的异常8 (g)- - - - - -8(我)),大积极的异常捕获在西太平洋暖池地区,和一个负中心位于东部地下冷期间,但异常的分布在温暖年大概是相反的;提出了正面和负面的价值观差异的主要TC创世纪区域东南象限。

图9显示了综合异常的1000 hPa绝对涡度,海洋混合层的平均温度,在海面净长波辐射,26°C的深度等温线在杰森季节地下寒冷和温暖的年和他们的区别。异常的1000 hPa绝对涡度(数据9(一个)- - - - - -9 (c)),它的分布类似于850 hPa绝对涡度如图8(一个)- - - - - -8 (c)。异常的平均温度在海洋混合层(数据9 (d)- - - - - -9 (f)),结果表明,阶段的平均温度在中央太平洋混合层相对WNP地下温度的阶段,有一个积极的异常中心面积170°e - 160°W, 10°S-10°N在地下冷年和一个负异常中心在地下温暖年;因此的贡献在图7 (b)是由这个引起的。异常的海面净长波辐射(数字9 (g)- - - - - -9(我)),提出了负异常的大部分地区在地下WNP冷年;然而,WNP盆地的东南是由积极的异常,导致负差异在图(或一个积极的贡献7 (b))在东南象限。此外,对于异常的(图9 (j)- - - - - -9(左))的分布与海洋次表层温度一致,往往有一个更深的地下冷年比温暖的年。

总之,结果如图8和9谷歌分析的结果(图相匹配7)。具体而言,复合分布的环境因素地下寒冷和温暖年之间有很大差别。东南象限,TC创世纪显示地下寒冷和温暖年之间的巨大的差异,从三个参数 ,850 hPa绝对涡度,600 hPa相对湿度,和200 - 850 hPa垂直风切变,促进对差异的影响;最大的贡献TCπ是不明显的。所有四个参数为TC起源的差异在东南象限。三个人(1000 hPa绝对涡度,平均温度在海洋混合层,在海面和净长波辐射)有积极的影响差异,而这个词的有一个负面影响,但其他条款所抵消。

因此,我们可以得出结论,海洋次表层水温度有密切的关系与TC活动WNP;这种关系建立了基于海洋次表层之间的联系和其他海洋和大气参数影响TC发生和发展。

5。结论和讨论

在这项研究中,我们调查了海洋次表层温度的关系和TC活动WNP流域1948 - 2012年期间。地下水温之间的负相关和TCF观察(图2)。我们选择了地下寒冷和温暖年根据125米深的水温度层,我们发现更多的TCs在温暖的年发生在地下冷(3.07大每年在CMASTI JTWC数据集和3.30大数据集平均),和地下冷年C45 TCs的数量也比在温暖的年JTWC(每年3.79大数据集和1.53大每年平均CMASTI数据集)。除以WNP盆地分为四个象限,我们发现TCF寒冷和温暖年之间的差异主要来自WNP的东南部,那里更TCs生成在东南象限在寒冷的年比在温暖的年。此外,TCs的寿命和起源位置的差异之间的寒冷和温暖年也是重要的。生成具体地说,TCs在寒冷的年比在温暖的长期年(135.18 h长JTWC数据集和长104.17 h CMASTI数据集平均),和C45 TCs的差异更大(215.50 h长JTWC数据集和长176.68 h CMASTI数据集平均)。意味着创世纪位置TCs和C45 TCs在寒冷的年比温暖年东南(图10和表3),这意味着TCs的创世纪的位置发生在冷年比在温暖年远离大陆,导致长时间旅行在温暖的海洋,从而有更大的机会加大。这可以解释为什么TCs发生在寒冷的年更长的寿命。所有这些表明,海洋次表层温度TC活动有不可忽视的影响WNP盆地。

通过使用TC创世纪潜在的索引(GPI),大规模的环境因素的影响在TC检查《创世纪》。一般诊断表明,两者兼而有之和可以捕获TC超过WNP生成的主要特征。此外,这两个和索引可以分为四个不同的术语来表示各个环境因素的影响。为 ,四个方面是绝对涡度(850 hPa),相对湿度,最大TCπ,垂直风切变, ,他们是绝对涡度(1000 hPa),海洋混合层的平均温度,净长波辐射,26°C等温线的深度。通过这样做,我们发现环境因素的变化分布从冷变暖年是巨大的,这有助于TC活动的差异。从的结果分析,与地下温暖年相比,东南象限往往有较大的相对涡度,相对湿度越高,和较小的垂直风切变在寒冷的时期,这是有利于TC的起源和发展。TC之间的π值不同的寒冷和温暖的年不明显。从的结果分析,与地下温暖年相比,东南象限往往有较大的相对涡度,在海洋混合层温度较高,且在冷年净长波辐射较弱,促进TC的起源和发展。此外,26°C等温线的深度较深的地下冷年比在温暖的年,TC应该有促进作用的起源在温暖的几年,但这种效应抵消了其他条款。因此,海洋次表层温度的关系和TC活动的验证WNP TC GPI分析;它建立了基于海洋次表层之间的联系和其他海洋和大气参数影响TC发生和发展。

最后的话,这项研究主要集中在海洋次表层温度的关系和TC活动WNP;因此我们应该谨慎的只做一些相关分析来解释他们之间的关系;的重视调查从大规模环境,找出相关下的物理机制。在这项研究中,我们已经表示,地下条件可能影响大气风和水分字段。我们相信,进一步调查方法的海洋地下如何影响大气数据分析或海气耦合数值模型是必要的。

数据可用性

(1)JTWC TC最佳历史数据用于支持这项研究的结果已经存入联合台风警报中心网站(https://www.metoc.navy.mil/jtwc/jtwc.html?western-pacific)。(2)CMA TC最佳历史数据用于支持这项研究的结果已经存入中国气象局热带气旋数据库(https://doi.org/10.1175/jtech - d - 12 - 00119.1)。(3)JAMSTEC海洋次表层温度数据用于支持这项研究的结果已经存入日本地球科学和技术部门的(https://doi.org/10.1002/joc.1169)。(4)EN4海洋次表层温度数据用于支持这项研究的结果已经在哈德利中心地下沉积温度和盐度客观分析(https://doi.org/10.1002/2013JC009067)。(5)每月空气温度,意思是风、相对湿度、相对涡度,和长波辐射在海面字段和海平面压力(SLP)字段数据用于支持这项研究的结果已经存入NCAR / NCEP再分析数据集(https://doi.org/10.1175/1520 - 0477 (1996) 077 < 0437: TNYRP > 2.0.CO; 2)。(6)海温资料每月用于支持这项研究的结果已经存入哈德利中心海冰和海面温度数据集(https://doi.org/10.1029/2002JD002670)。

的利益冲突

作者声明没有财务或个人关系与他人或组织不当会影响他们的工作。没有专业或其他任何性质的个人利益或在任何产品,服务,和/或公司可能被视为影响的位置,或审查,手稿。

确认

的努力所获得和发布的研究人员使用的数据在这项研究中,以及他们的资金组织,感谢。这项研究得到了国家重点研究和发展计划(批准号2018 yfb0203801)和中国国家自然科学基金(批准号。41605070,61572510,61572510,61802424)

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