西北太平洋变性台风的环流分型及其伴生强天气研究

The interaction between tropical cyclone (TC) and high-, mid- and low-latitude weather systems during Extratropical Transition (ET) and the accompanying physical processes make ET a serious challenge to numerical models. This project, based on TC "Best Track" datasets and reanalysis data, intends to classify the ET TCs in Western North Pacific (WNP) Ocean based on their tracks, and analyze the large-scale circulation character of each pattern and their relative contribution to severe weather in China Mainland, such as strong wind and heavy rainfall. The methods including clustering, climatic statistics, composite analysis and numerical simulation will be adopted. At first, the ET TCs in WNP will be classified into limited patterns with Fuzzy c-means clustering method. Then, the spatial and temporal characteristics of each pattern and their interaction mechanism with large-scale environment will be researched. At last, the effect ratio of each pattern on sever weathers in China Mainland will be evaluated quantitively, and the dynamical mechanism and concept model describing how the large-scale circulation interact with ET TCs in WNP will be obtained. The results of this project will provide valuable theoretical guidance for the operational ET forecast with the assistance of circulation pattern.

台风变性（ET）过程中，与高中低纬度天气系统之间的相互作用以及伴生的各种复杂的物理过程，使得ET的预报成为数值预报模式的严峻挑战。本项目拟基于台风"年鉴"及再分析资料，采用聚类分析、气候统计、合成分析及数值模拟等方法对西北太平洋（WNP）变性热带气旋（TC）进行分型，并逐型分析其大尺度环境场特征及其对中国大陆强天气（大风、暴雨等）的相对贡献。首先，采用模糊C均值（FCM）聚类方法对WNP的变性TC进行分型; 然后，研究各型TC的时空分布特征及其与大尺度环流系统的相互作用机制；最后，定量评估各类变性TC对我国大陆强天气的影响比重，凝练大尺度环流系统共同影响WNP变性TC的动力机制及概念模型。本项目的研究对利用环流形势辅助预报TC变性具有重要的理论指导意义。

热带气旋（TC）变性（ET）过程中，TC与高中低纬度天气系统之间的相互作用以及伴生的各种复杂的物理过程，使得ET 的预报成为数值预报模式的严峻挑战。本项目基于台风“年鉴”及再分析资料，采用聚类分析、气候统计、合成分析及数值模拟等方法对西北太平洋（WNP）变性TC进行分型，并分析了其大尺度环境场特征及其伴生天气对中国大陆的影响。首先，综合采用开波法、相空间法以及等熵位涡法等客观方法对中国气象局上海台风所、日本气象厅东京台风中心、美国台风联合警报中心三家“年鉴”资料进行了比较订正，形成了近40年“最佳”变性TC数据集；并将热带气旋地理位置、中心气压和相空间参数组成因子向量，引入随机森林开发了客观判定TC变性时间的新方法。其次，采用模糊C均值（FCM）聚类方法对WNP的变性TC进行分型；并逐型分析了其时空分布特征及其变性后加强的环流背景，指出TC移动方向前方出现的锋生、强降水以及气旋中心气压之间的正反馈效应是有利于TC变性后加强的主要机制。然后，分类统计了TC变性前期及其变性过程中的伴生强降水对中国大陆的影响，对TC变性的前兆降水进行分类研究，并从概率和时效性等角度分别给出了LOC与ROC两类降水分型对未来TC变性的指示意义。最后，对最佳路径集记录的30°N以南的变性TC进行了验证，证实了低纬度变性TC存在的真实性，建立了低纬度变性TC数据集，并深入了分析了已有客观判据在低纬度的适用性问题，提出了辅助判断指标-位涡柱的垂直演变。本项目的研究有助于全面认识西北太平洋TC的环流背景及伴生强天气，为客观判定TC变性时机提供了新方法，对利用环流形势辅助预报TC变性具有重要的理论指导意义。