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不同ENSO条件下南海与西北太平洋热带气旋生成的MJO影响比较

期刊:atmosphereDOI:10.3390/atmos11020183

这篇文档属于类型a,即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是对该研究的详细介绍:

作者与发表信息

本研究的主要作者包括Chengyao Ye、Liping Deng、Wan-Ru Huang和Jinghua Chen,他们分别来自广东海洋大学、台湾师范大学和南京信息工程大学。该研究于2020年2月9日发表在期刊《Atmosphere》上。

学术背景

该研究主要涉及气象学领域,特别是热带气旋(Tropical Cyclone, TC)生成与Madden-Julian Oscillation(MJO)及厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)之间的关系。热带气旋是极端天气事件,伴随着强降雨和大风,对受影响地区可能造成灾难性影响。南海(South China Sea, SCS)和西北太平洋(Western North Pacific, WNP)是全球热带气旋生成的主要区域,约占全球热带气旋生成的30%。由于南海是半封闭海域,相较于西北太平洋,南海生成的热带气旋更容易登陆,因此研究南海和西北太平洋热带气旋生成的调制机制具有重要意义。

MJO是热带季节内变率的重要信号,其周期为30至90天。研究表明,MJO对南海和西北太平洋的热带气旋生成有显著调制作用。然而,MJO对热带气旋生成的调制在不同ENSO条件下可能有所不同。因此,本研究旨在探讨MJO在不同ENSO条件下对南海和西北太平洋热带气旋生成的调制差异,并分析相关的环境因素。

研究流程

研究流程主要包括以下几个步骤:

  1. 数据收集与处理
    研究使用了1979年至2016年6月至11月的联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)最佳路径数据、实时多变量MJO(Real-time Multivariate MJO, RMM)指数以及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)的ERA-Interim再分析数据。这些数据包括风速、气温、相对湿度、相对涡度、垂直速度、海表温度等气象变量。

  2. MJO活动识别与ENSO条件分类
    使用RMM指数将MJO生命周期分为8个阶段,并根据海洋尼诺指数(Oceanic Niño Index, ONI)将ENSO条件分为厄尔尼诺年、拉尼娜年和中性年。研究还通过30至90天的带通滤波提取MJO信号,并计算了滤波后的OLR(Outgoing Longwave Radiation)异常值来表征MJO活动。

  3. 热带气旋生成率分析
    计算了每个MJO阶段的每日生成率(Daily Genesis Rate, DGR),并通过z检验来评估其显著性。研究还计算了增强与抑制比(Enhancement-to-Suppression Ratio, ESR)来量化MJO对热带气旋生成的调制强度。

  4. 环境因素分析
    使用生成潜力指数(Genesis Potential Index, GPI)评估了MJO调制热带气旋生成的主要环境因素,包括中水平相对湿度、低层涡度、垂直风切变和潜在强度。研究还通过复合分析探讨了MJO活动期间的垂直环流和水分异常。

  5. 机制探讨
    通过分析MJO活动期间的水汽输送和垂直环流,探讨了MJO调制热带气旋生成的物理机制。

主要结果

  1. MJO对热带气旋生成的调制
    在拉尼娜年,MJO对南海热带气旋生成的调制最强(ESR=9.2),而在厄尔尼诺年,MJO对西北太平洋热带气旋生成的调制最强(ESR=2.82)。中性年,MJO对南海和西北太平洋热带气旋生成均有显著调制。

  2. 环境因素的作用
    在拉尼娜年,中水平相对湿度是MJO调制南海热带气旋生成的主要因素,低层涡度是次要因素。而在厄尔尼诺年,中水平相对湿度是MJO调制西北太平洋热带气旋生成的主导因素。

  3. 水汽输送与垂直环流
    在MJO活动期间,来自孟加拉湾的西南风水汽输送增强,导致南海和西北太平洋中水平的湿度增加,从而促进热带气旋生成。特别是在拉尼娜年,南海的水汽输送异常显著,而在厄尔尼诺年,西北太平洋的水汽输送异常显著。

结论与意义

本研究揭示了MJO在不同ENSO条件下对南海和西北太平洋热带气旋生成的调制差异,并阐明了中水平相对湿度在调制过程中的关键作用。研究结果为理解热带气旋生成的季节内变率及其与ENSO的关系提供了新的见解,对改进热带气旋的预测和防灾减灾具有重要意义。

研究亮点

  1. 重要发现
    研究首次系统比较了MJO在不同ENSO条件下对南海和西北太平洋热带气旋生成的调制差异,并确定了中水平相对湿度是主导因素。

  2. 方法创新
    研究采用了GPI指数定量评估了MJO调制热带气旋生成的环境因素,并通过复合分析探讨了MJO活动期间的垂直环流和水汽输送机制。

  3. 研究对象特殊性
    研究聚焦于南海和西北太平洋这两个热带气旋生成的主要区域,特别是南海作为半封闭海域的特殊性,为理解区域热带气旋生成机制提供了新的视角。

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