飘洋过海来看你的不一定是爱情,有可能是它

2021-03-25 15:21:32 浏览数 (1)

来源:维基百科,由1980年至2005年期间生成的所有西北太平洋热带气旋路径图

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题目:飘洋过海来看你的不一定是爱情,有可能是它!
作者:熊睿,陆萌茜
联系方式:rxiongaa@connect.ust.hk; cemlu@ust.hk

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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=10.1029/2019GL084995&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

作者信息:

熊睿: 北京大学学士(力学系,2014-2018年);香港科技大学博士生(土木及环境工程系),2018年加入陆萌茜老师课题组(HydroMet Group,https://cemlu.people.ust.hk/)。

通讯作者:陆萌茜 香港科技大学助理教授(土木及环境工程系),2014年在美国哥伦比亚大学地球与环境工程学院获得博士学位,同年加入哥伦比亚大学水中心(Columbia Water Center)及应用物理与应用数学系任博士后研究员,期间于统计系和数据科学研究所任讲师。2016年底,加入香港科技大学土木及环境工程学系任助理教授至今。陆萌茜老师课题组的研究方向包括大气河水汽输送,极端气象水文,气候变化及水资源管理。课题组长期招聘硕士生,博士生,博士后研究员。有意向的申请人请将申请材料直接发送至陆萌茜老师邮箱(cemlu@ust.hk)


陆萌茜博士主页: https://cemlu.people.ust.hk

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