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[机构公布] 2011年大西洋热带气旋活动总结

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发表于 2011-12-23 13:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
2011年大西洋海盆热带气旋活动总结以及对季节性预测的验证

2011年大西洋飓风季热带气旋活动虽高于平均水平,但仍然没有达到我们预测的水平。值得注意的是,今年产生的许多热带气旋较弱,从而导致猛烈的热带气旋活动仅略高于平均水平。

By Philip J. Klotzbach and William M. Gray
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*Nate在风季后经过美国国家飓风中心的再分析才被升格为飓风。一些未命名风暴或将在风季后在美国国家飓风中心发布的年鉴中被升格为飓风。
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图片来自Weather Underground(http://www.wunderground.com)。


摘要(ABSTRACT)

该报告中总结了2011年在大西洋海盆产生的热带气旋(TC),并对作者对大西洋和加勒比海飓风区域做出了季节性预测进行验证,现在仅验证了10-11月关于加勒比海风季和大西洋海盆的风季预测。对于2011年风季的预测最初于2010年12月6日发布,并于2011年4月6日,6月1日,8月3日进行更新。这些季节性预测中包含对于2011年加勒比海飓风登陆美国的概率,我们在对大西洋海盆的预测中指出,今年的风季将会非常活跃。虽然今年命名风暴数量仅略低于我们的预测,然而在整个大西洋海盆,特别是加勒比海产生的猛烈风暴数量却远低于我们的预测。

今年8月至10月,我们连续6次发出对于大西洋飓风季高峰期两周的预测。这些预测主要基于全球气候预报模式对大气运动的预测和马登-朱利安振荡(MJO)的季节性变化。今年,这种两周的预测相当准确。我们在10月至11月对加勒比海做出的首次预测成功的预测了加勒比海风季的结束。

2011年大西洋海盆飓风季内产生较弱的热带气旋数量远高于平均水平,而猛烈的热带气旋数量则略高于平均水平。将净热带气旋(NTC)和累积气旋能量(ACE)综合起来的数据略高于平均水平。这可能是由于受到热带大西洋海水表面温度(SSTs)较高和拉尼娜事件共同影响。与2010年相比,由于今年印度洋偶极子(IOD)事件较为活跃,导致亚热带大西洋异常偏低,这可能使得垂直风切变加强并使得大气中度干旱,这可能是导致今年风季热带气旋普遍偏弱的原因之一。

名词定义及缩写(DEFINITIONS AND ACRONYMS)

累积气旋能量(ACE):用于衡量一个命名风暴的风力和风暴潮的破坏力,定义为一个命名风暴每六小时最大风速(单位为10的4次方平方海里)的平方和。大西洋海盆1950-2000年这个参数的值为96。

大西洋多年代际振荡(AMO):发生在北大西洋的一种海洋表面温度和海平面气压场的自然波动。AMO的变化可能与大洋温盐环流的波动有关。虽然目前AMO有多种定义,但我们采用50-60°N, 10-50°W的海水表面温度作为AMO的定义。

大西洋海盆:这个区域包括整个北太平洋,加勒比海和墨西哥湾。

厄尔尼诺:赤道太平洋东部海平面温度在12-18个月期间异常偏暖。其发生没有规则,平均说来中等或强烈厄尔尼诺事件每隔大约3-7年出现一次。
飓风(H):近地面持续风速达到每小时74英里/时(33米/秒,64节)或以上的热带气旋。

飓风日数(HD):用于衡量实测达到飓风标准的热带气旋活动,以6小时为一个单位。

印度洋偶极子(IOD):热带印度洋西部和东部之间海洋表面温度不规则的振荡。当IOD正距平时,西印度洋与东印度洋相比显得异常温暖。

马登-朱利安振荡(MJO):一种热带大气季节内变化,以大气波形式向东传播,时速约为5米/秒,约40-50天环绕地球一周。

主要发源地(MDR):热带大西洋大多数主要飓风发源地,我们定义为10-20°N,20-70°W。

主要飓风(MH):飓风低空持续风速曾经或现在达到111英里/时(96节,50米/秒)以上。代表该飓风达到萨菲尔-辛普森飓风等级3级或以上。

主要飓风日数(MHD):飓风在6小时中达到萨菲尔-辛普森飓风等级3级或以上记为1/4天。

多重ENSO指数(MEI):考虑到热带太平洋海水表面温度,海平面气压,地表风纬向和经向分量和云量的一种厄尔尼诺-南方涛动指数。

命名风暴(NS):包括飓风,热带风暴和亚热带风暴。

命名风暴日数(NSD):热带或亚热带风暴持续6个小时实测(估计)风速达到热带气旋水平。

净热带气旋(NTC) Activity:每季度命名风暴,命名风暴日数,飓风,飓风日数,主要飓风,主要飓风日数的平均水平。表示大西洋盆地的季节性飓风活动的总体情况。1950年至2000年这个参数的值为100。

萨菲尔/辛普森飓风等级:根据飓风的风力和风暴潮强度,把飓风分为1到5级。一级飓风较弱,五级飓风最为猛烈。

南方涛动指数(SOI):塔希提至达尔文气压差正规化估量。负值通常表明发生厄尔尼诺现象。

海水表面温度:SST

海水表面温度异常:SSTA

温盐环流(THC):在大西洋由盐度和海温变化驱动的一个大尺度环流系统。THC较正常水平强,AMO往往趋向暖(正)位相,通常会使得大西洋产生更多飓风。

热带气旋(TC):发生在热带和亚热带地区的大型旋风系统,系统低层具有猛烈的风;包括飓风,热带风暴和其他小型气旋。

热带北大西洋(TNA)指数:5.5-23.5°N,15-57.5°W之间海平面温度估量。

热带风暴(TS):热带气旋最大风速在39英里/时(18米/秒,34节)到73英里/时(32米/秒,63节)之间。

垂直风切变:离地200MB(约4万英尺,12公里)和850MB(约5千英尺,1.6公里)之间风速与风向差异。

(1节=1.15英里/时=0.515米/秒)

答谢(Acknowledgment)

今年的预测得到了私人和个人的支持。我们在此感谢布里奇沃特州立大学地理实验室(MA)为飓风登陆美国概率网站(可登陆:http://www.e-transit.org/hurricane)建设做出的贡献。

二来我们忠心感谢CSU为该季节性预测研究项目提供的宝贵意见,以及多年前毕业的学生,现在的同事Chris Landsea,John Knaff和Eric Blake。同时我们也感谢科罗拉多州立大学的Paul Mielke教授和Ken Berry教授多年来为为我们统计分析提出的建议以及为我们提供咨询和帮助的Bill Thorson。

2012年热带气候模式变化的预测
我们将对2012年大西洋海盆的风季预测做出了一些改动。我们12月做出的预测中,我们的讨论仅局限于自然特征(如ENSO和AMO)对于热带气旋活动的影响。在今年12月我们不会在2012风季展望中做出定量预测。这篇展望将在2011年12月7日发布。而我们对2012大西洋飓风季的定量预测将在明年4月初发布。

现在气候模式与1950-2000年平均水平和1981-2010年的中位数相比正在发生变化。我们认为这会使得20世纪末和21世纪初的命名风暴变得较弱。而观测结果同样也证明了这个事实,而最近出现的更多较弱命名风暴也证明了这个事实。

而大西洋60年的气候变化则与大西洋的多年代际变化,如大西洋多年代际振荡(AMO)或温盐环流(THC)相关,而我们用的是30年的短期气候变化。我们认为这是合理的,因为1981-2010年中的一半时间(1995-2010)AMO处于正位相,而另一半时间(1981-1994)AMO处于负位相。我们使用的参数由平均数改为了中位数,因为这可以更好地表示出异常的风季(如2004年和2005年)。表A将1950-2000年气候平均水平与1981-2010年气候中位数进行了比较。
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表A:1950-2000年气候平均水平(我们旧的气候基准)和1981至2010年气候中位数(我们新的气候基准)。

1、初步讨论

1a. 序言

大西洋海盆飓风活动的年际变化是世界上飓风区域中波动最大的。表1显示了自1944年以来最活跃的五个风季平均水平(NTC排名)与最不活跃的五个风季平均水平(NTC排名)。请注意最活跃与最不活跃风季中比率的差异,尤其是主要飓风(16.5)和主要飓风日数(63)。研究发现,与飓风相关的破坏中的80%-85%由主要飓风造成(Pielke等人于2008年发表)。
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表1:自1944年最活跃的五个风季平均水平和最不活跃的五个风季平均水平,同时提供的还有最活跃/最不活跃风季比率。

人们一直对于未来大西洋飓风季将会变得异常活跃,异常平淡或在平均水平徘徊很感兴趣。然而在80年代中期全球数据采集变得方便前,客观的确定大西洋飓风季的活跃程度只是幻想。

将全球大气和海洋结合起来看后,我们发现他们可能可以为来年大西洋海盆飓风季的活跃程度提供一些数据。这种实证调查(或数据挖掘)的好处是:这样我们便可以只利用对我们有用的一些数据,而不必对于所涉及的物理问题进行全面探讨。

我们在对20世纪80年代以来的数据进行分析时发现,有许多的数据都表明未来大西洋飓风季持续时间或将延长至6-8个月。这些数据包括厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),大西洋海平面温度(SSTs),海平面气压,西非降雨量,准两年周期变化(QBO)以及其他全球性数据。这个项目现任和前任成员都为此付出了巨大的贡献(以及其他研究团体)试图找出飓风数据信号的最佳组合,从而最大限度地提高季节性预报技术的可靠性。为此,我们对各种数据组合进行大量测试。我们现在较准确的预测便是将三或四个数据组合得到的。

我们的预报永远遵循我们的根本原则,因为我们并没有足够的实力对30年后的气候情况做出预报。我们现在主要使用NCEP/ NCAR再分析数据集自1948年以来60多年的再分析数据,并利用新的再分析数据集中30年的气候数据(如ERA-Interim和CFSR Reanalyses)。

当然,若要做出更为准确的预测便要收集更多的数据以及发现更多的潜在关联。我们并不能自信地说存在着最佳方案。因为有的数据会由于时间的推移而发生变化,所以我们必须对这些数据的变化保持警惕。例如,在1991年12月初我们对1992年风季进行的预测中,我们使用的数据是平流层准两年周期变化和西非雨量。而近年来这些数据已不再适用,这使我们不得不寻找新的数据来填补这个空白。我们现在可以预测的是,在未来几年中我们会收集新的数据和提出新的见解,并对预测方案进行部分修改。为了抵消气候变化的影响,我们必须不断收集新的数据并寻找新的物理关系。几次短期预报成功并不能代表永远成功,我们只有不断对短期预报进行更改,才能在十年或更长的时间保持预报的准确性。

1b. 季节性预测原理

海洋-大气的逐年以及逐月的相互影响会对飓风活动造成影响。这些物理交互与飓风活动之间的联系十分复杂,使得目前对飓风做出的短期预报(1-5天)由于无法把握形势变化和气压变化等关键因素的变化因而不够准确,而压力场的变化则是预报的关键因素。而不幸的是季节性预报必须考虑到水汽能量与动量之间更复杂的相互作用。

我们发现,当逐年的飓风预测把3-4个半独-立的海洋-大气数据综合起来看时,准确率便可以达到较高程度(50%-60%)。而最佳预测(结合3-4组数据)不一定可以对单个飓风活动做出准确预测。因为即使是这些最好的数据,对单个飓风活动预测结果也有些许不同点,虽然每个数据与飓风活动仅有些许关联,但将3-4个因素结合便可以做出较为准确的预测。

在使用四个预测指标的预测模型中,每个预测指标都只是其中的一部分,但同时用四个指标的预测各种预测指标对其影响不同。例如,有时候缺少一个参数会使预测效果减少25-30%,而缺少另一个参数只会使预测效果减少10-15%。而事实上缺少时使预测效果减少25%-30%的参数单独拿出来时,则与预报结果没有多大联系。在3-4个预测模型中缺一不可的参数并不代表着把它单独拿出来看时也十分重要。季节性气候预测的需要处理非常复杂的海洋-大气系统的高度非线性这一性质。这些物理参数的变化构成了一个复杂的迷宫,这些联系的时间尺度从几周至几十年不等。我们不可能了解所有的这些联系,若我们的统计模型可以熟练运用所有的这些联系,那么预测结果便会十分准确。我们有信心在未来的预测中熟练地运用这些联系,使得我们的预报准确度接近于实时监测。

2、2011年热带气旋活动状况

图A和表2对2011年大西洋海盆产生的TC进行了总结,今年风季生成的TC数量远高于平均水平。

3、2011年热带气旋简述

以下是关于2011年风季关于大西洋海盆命名热带气旋的简短总结。图A显示了今年风季所有热带气旋路径(除了新命名的无名热带气旋-目前仍无风暴简介和路径可用),而表2给出了这些热带气旋的统计数据。这些热带气旋统计数据来自国家飓风中心,除了Cindy, Don, Franklin, Gert和Nate暂无最佳路径可用。登陆维基百科(http://www.wikipedia.org)有助于大家了解这些热带气旋基本状况。
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图A:2011年大西洋海盆热带气旋路径。图片来自Weather Underground(http://www.wunderground.com)。
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表2:2011大西洋海域热带气旋活动监测数据。

*初步估计9月1-2日百慕大群岛北部生成的一个无名热带气旋的强度为热带风暴。

热带风暴Arlene“阿尔林”(#1):Arlene于6月28日晚在墨西哥湾西南部生成(图1)。该系统第二天组织转好,但向西的风切变阻止Arlene显著增强。它在6月三十日登陆墨西哥Cabo Rojo前达到了颠峰强度55knots。之后Arlene在墨西哥中部登陆,由于当地多山地形使其残余部分于7月1日早些时候减弱为一个低压区。Arlene带来的洪水共造成墨西哥25人死亡。
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图1:热带风暴Arlene的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴。

热带风暴Bret“布莱特”(#2):Bret源于7月17日西北巴哈马北部形成的低压区(图2)。此后不久其便升格为热带风暴。在之后的24小时内,它向东部移动并缓慢加强,并在受到猛烈的向东北风切变和干空气影响前达到了颠峰强度55knots。之后Bret沿着副热带高压脊北侧向东北方向移动,并在到达百幕大群岛以北遇到增强的风切变。于7月22日早被降格为热带低压,并在当天晚些时候转化为温带气旋。
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图2:热带风暴Bret的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。
热带风暴Cindy“辛迪”(#3):Cindy发源于7月20日百幕大群岛以北形成的低压区(图3)。翌日,其达到颠峰强度60knots,同时由于西北部低压槽引导加速向北移动。7月22日早由于移动到较冷海区,Cindy的对流开始减弱,同日转化为一温带气旋。

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图3:热带风暴Cindy的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴。

热带风暴Don“唐”(#4):Don发源于7月27日墨西哥湾南部的热带波(图4)。在其向西北部移至高压脊下方前由于受到向北的风切变影响迟迟无法加强。在接近海岸时达到颠峰强度45knots,并在接近德克萨斯海岸时受到向北的风切变影响而迅速减弱。7月30日,Don被降格为热带低压并在巴芬湾附近登陆。不久后被列为温带气旋。
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图4:热带风暴Don的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴。

热带风暴Emily“埃米莉”(#5):Emily的前身是8月1日多米尼加附近形成的热带波。而西北部的干空气使得Emily在生成初期强度加强缓慢。在8月2日晚,向西的风切变阻止其继续加强,Emily达到了其颠峰强度45knots。8月4日,Emily的较弱的环流横扫了伊斯帕尼奥拉岛高地并减弱为低压区。8月6日,该系统再次升格为热带低压,但干空气和向东北的风切变阻止其继续增强,Emily最终于8月7日在巴哈马群岛北部消散。
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图5:热带风暴Emily的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

热带风暴Franklin“弗兰克林”(#6):Franklin发源于百慕达群岛北部8月12日形成的一个低压区。翌日增强为热带风暴,同时沿着副热带高压脊北部边缘向东北部移动。由于风切变的增强以及水温下降,该风暴迅速减弱,并于8月13日晚转化为温带气旋。
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图6:热带风暴Franklin的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

热带风暴Gert“格特”(#7):Gert发源于百慕大群岛东南部8月14日形成的一个低压区(图7)。当天晚些时候它增强为热带风暴并向北移动。由于Gert南部的高层反气旋改善了该系统流出,从而使其加强为风速55knots的一股热带气旋。之后由于该系统移入海温较低的海区使其开始减弱。8月16日,该系统在较低海温以及向西南的风切变的加强的共同作用下在北大西洋东北部转化为温带气旋。
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图7:热带风暴Gert的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

热带风暴Harvey“哈维”(#8):Harvey发源于8月18日加勒比海西部生成的一个热带波。Harvey受到中层脊线的引导向西移向洪都拉斯北部海岸。次日,它增强为一股热带风暴,逐渐接近伯利兹海岸。8月20日早些时候,Harvey达到颠峰强度50knots,之后在伯利兹登陆。8月22日,该系统在减弱为热带低气压后在坎佩切湾再次登陆,并墨西哥境内消散。Harvey给墨西哥带来的暴雨导致三人死亡,这场灾难并不太严重。
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图8:热带风暴Harvey的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

主要飓风Irene“艾琳”(#9):Irene在8月20日晚于小安的列斯群岛东部生成,并以热带风暴的强度第一次登陆。它在经过小安的列斯群岛以及波多黎各岛链时为当地带来了暴雨。随后Irene在副热带高压脊的引导下向西北方向移动。8月22日,Irene升格成为2011大西洋飓风季的首个飓风。在它向西北方向移动的过程中横扫了伊斯帕尼奥拉岛。随后Irene经过巴哈马群岛附近海域,由于当地海温高达30℃,于8月24日增强为主要飓风。随后Irene重创巴哈马群岛,并为当地带来了强风与暴雨,由于其越过了副热带高压脊,使其向北转向。在向北行进过程中,Irene由于受到向西南的风切变以及进入海区较低,使其强度有所减弱。这时,Irene不断扩大环流,使其成为一个大环流飓风,并在8月27日以1级飓风强度登陆北卡罗莱纳州。随后其北移速度有所加快,并第二次在新泽西州登陆,并在新英格兰北部转化为温带气旋。Irene给小安的列斯群岛,波多黎各,巴哈马和美国东海岸带去了狂风暴雨。估计其给加勒比海中的巴哈马群岛带来了30亿美元的损失,并给美国带来了大约100-150亿美元的损失。并在佛蒙特州,纽约州北部和新泽西州等地造成了严重的洪水。
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图9:主要飓风艾琳的路径。图片来自Unisys Weather。紫线表示该系统强度为主要飓风,红线表示该系统强度为飓风,而黄线表示该系统强度为热带风暴。

热带风暴Jose“何塞”(#10):Jose于8月28日在百慕达西南部加强为热带风暴。不久便达到了颠峰强度40knots,之后由于猛烈的向东风切变使其迅速减弱。虽然Jose为百慕大群岛带去了热带风暴强度的阵风,但没有重大损失报告。
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图10:热带风暴Jose的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴。

主要飓风Katia“卡蒂亚”(#11): Katia发源于8月29日远在大西洋东部的一个热带低气压(图11)。翌日,它加强为热带风暴并向西北西方向移动。9月1日早些时候,Katia升格为2011年大西洋飓风季的第二股飓风。当天晚些时候,Katia附近上层低压系统带来的向西南的风切变使Katia降为热带风暴。翌日,它再次增强为一股飓风,9月4日,向西南持续的风切变使得Katia再次减弱为热带风暴。之后Katia向西北方向移动并逐步摆脱上层低压影响开始增强。翌日,Katia升格为主要飓风,它继续沿着副高西缘向西北方向移动,并于9月6日升格为4级飓风。翌日,其进入眼墙置换周期并开始减弱。9月8日晚些时候,Katia在接近美国东海岸时受到低压槽影响转向东北方向移动。9月10日,Katia由猛烈的热带气旋开始转化。Katia的风暴潮造成美国公海两人死亡,转化后为英格兰和爱尔兰带来了暴雨。
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图11:主要飓风Katia的路径。图片来自Unisys Weather。紫线表示其强度为主要飓风,红线表示其强度为飓风,黄线表示其强度为热带风暴,而绿线表示其强度为热带低压。

热带风暴Lee“李”(#12): Lee于9月1日发源于墨西哥湾中部一片广阔低压区(图12)。翌日,该系统组织转好,并升格为热带风暴。由于高压区的阻挡,Lee运动速度缓慢,并向北部移动逐渐逼近路易斯安那州海岸中部。由于上层低压系统给Lee带来的向西北的风切变阻止其快速增强。尽管Lee的条件十分不利,可是仍给沿岸地区带来50knots的强风,之后它在路易斯安那州附近登陆并开始减弱。Lee在9月5日早些时候被降格并开始转化,并使得墨西哥湾沿岸至美国东海岸普降大雨。虽然这缓解了路易斯安那州的干旱,但是Lee加重了之前Irene给纽约州和宾夕法尼亚州带来的洪水。Lee及其残余部分共造成21人死亡,估计Lee带来了超过250万美元的损失。
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图12:热带风暴Lee的路径。图片来自Unisys Weather。黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

飓风Maria“玛利亚”(#13): Maria源于热带大西洋东部的一个热带波(图13)。9月7日,它迅速向西移动,并增强为热带风暴。Maria西北部的上层低压系统阻止其继续加强,并使得Maria在9月8日减弱至热带风暴下限。之后它继续与向西南强劲的风切变对抗,并靠近背风群岛北部。此时美国东海岸的一个上层低压槽引导着Maria向北北东方向移动。在与向西南强劲的风切变对抗了几天后,Maria通过百慕达群岛西部并遇到了更有利于发展的环境。此后,它加速向东北方向移动,并增强为时速70knots的飓风。之后Maria在纽芬兰Cape Pine附近登陆,并开始转化。Maria没有给纽芬兰省带来重大损失。
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图13:飓风Maria的路径。图片来自Unisys Weather。红线表示该系统强度为飓风,黄线表示该系统强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

飓风Nate“纳特”(#14): Nate于9月7日形成于坎佩切湾南部的小范围低气压。在未来几天内,由于其引导气流微弱,它缓慢地向北北西方向移动。翌日,它达到颠峰强度65knots(风季后的再分析将其降为为60knots)移动速度仍然十分缓慢。当Nate接近墨西哥东部海岸时,来自西部的干空气使其缓慢减弱。另外一个因素便是Nate使得较冷的海水上涌造成海温降低。随后Nate在墨西哥附近的Barra de Nautla登陆,由于马德雷山脉的阻挡,其强度减弱为40knots。Nate除了造成五人死亡外没有其他伤亡报告。
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图14:飓风Nate的路径。图片来自美国国家飓风中心(NHC)。黄线表示该系统强度为热带风暴,红线表示该系统强度为飓风。虚线表示Nate为热带波。

主要飓风Ophelia“奥菲利亚”(#15):Ophelia于9月21日生成,前身是东大西洋的热带波(图15)。之后Ophelia虽受到上层低压系统带来的向西南强劲的风切变影响,但仍在西北行过程中缓慢加强。9月24日,该系统终于屈服于强劲的风切变,并于9月25日晚些时候再次降为热带波。9月27日,风切变有所降低,Ophelia重新升格为热带低气压。此后,由于Ophelia周围的环境不断改善,该系统在9月28日升格为热带风暴,9月29日升格为飓风。第二天,Ophelia增强为主要飓风,并在大西洋中部向北转向。10月1日,该系统到达百慕大群岛以东并加强为4级飓风。由于风切变增强和低海温,使其于10月2日降格为热带风暴,翌日,该系统再次减弱为热带低压。Ophelia使得给小安的列斯群岛带来洪水,并给纽芬兰带来热带风暴强度的狂风。Ophelia没有造成任何人员死亡,并未造成巨大损失。
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图15:主要飓风Ophelia的路径。图片来自Unisys Weather。紫线表示其强度为主要飓风,红线表示其强度为飓风,黄线表示其强度为热带风暴,而绿线表示其强度为热带低压。

飓风Philippe“菲利普”(#16):Philippe于9月24日在大西洋远东生成。翌日,它升格为热带风暴,之后几天,它缓慢沿着副高脊线向西北方向缓慢移动并缓慢加强。9月27日,上层低压系统给Philippe带来向西南强劲的风切变使它减弱为35knots的热带风暴。后来几天,Philippe顽强抵抗着向西南强劲的风切变并缓慢加强,在10月2日,其再次突然减弱。翌日,由于风切变有所减弱它再次开始加强。当Philippe到达大西洋中部时,由于西风槽将副高削弱,它开始转向北或东北移动。10月6日,它增强为飓风,达到80knots的颠峰强度,随后,冷水和风切变让它开始走下坡路。它于10月8日开始向温带气旋转化。
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图16:飓风Philippe的路径。图片来自Unisys Weather。红线表示该系统强度为飓风,黄线表示其强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

飓风Rina“莱纳” (#17): Rina于10月23日产生于加勒比海西北部(图17)。在10月24日早些时候,它增强为热带风暴,并缓慢向西北移动。随后由于其进入海温非常高的区域,它迅速增强为飓风。10月26日,它达到了颠峰强度95节knots,之后由于垂直风切变加强使其迅速减弱为75knots的飓风。10月27日,该系统被从1级飓风降格为热带风暴。当天晚些时候,它以50knots的热带风暴强度登陆科苏梅尔附近。由于较强的垂直风切变以及干空气的侵袭,该系统于10月28日在尤卡坦半岛减弱为热带低压。Rina没有造成人员伤亡。
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图17:飓风Rina的路径。图片来自Unisys Weather。红线表示该系统强度为飓风,黄线表示其强度为热带风暴,而绿线表示该系统强度为热带低压。

热带风暴Sean“肖恩”(#18):Sean生成于11月8日,它的前身是巴哈马群岛附近的一个非热带低压,它最初被归为亚热带风暴,但随着其中心附近循环以及对流的发展,它被归为热带风暴。之后该系统缓慢北移并逐渐增强,翌日达到颠峰强度55knots。西风槽使其向东北方向移动并掠过百慕大群岛。由于风切变加强以及水温的降低使得Sean开始减弱,并很快融入冷锋并转化为温带气旋。
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图18热带风暴Sean的路径。图片来自Unisys Weather。红线表示Sean是一股热带风暴,而虚线表示Sean是一股亚热带风暴

登陆美国的飓风:图19为飓风Irene和热带风暴Lee的路径图,这两个系统在今年登陆美国。表3显示了这两个系统的部分数据。经济损失和死亡人数来自维基百科。
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图19:飓风Irene和热带风暴Lee的路径图,这两个系统在今年登陆美国。
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表3:2011年登陆美国飓风统计数据摘要。

4、2011年大西洋飓风季特点

2011年飓风季有以下特点:

•2011年产生了19个命名风暴,只有2005年(28) 和1933年(21)命名风暴数量超过2011年。

•2011年的命名风暴日数达到90.5。这个记录在1944年以来的记录里单独位列第六。

•2011年没有产生任何5级飓风。大西洋连续4年没有产生5级飓风,这种情况上一次发生在1999年-2002年之间。

•2011年没有任何主要飓风登陆美国。上一个登陆美国的主要飓风是Wilma(2005),因此已经连续6年没有主要飓风登陆美国,这是自1878年以来首次出现这种情况。

•在9月24日-10月24日之间没有产生任何命名风暴。上次在这段时间内没有产生命名风暴的是2002年,而当年最后一个风暴(Lili)产生于9月21日。

•Irene是今年风季产生的首个飓风,之前已经产生了8个热带风暴,这是飓风前产生热带风暴最多的一次,刷新了之前由2002年保持的6个热带风暴的记录。

•飓风Irene是自Ike(2008)以来第一个登陆美国的飓风。

•飓风Irene是自1903年以来第一个以飓风强度登陆新泽西的系统。

•飓风Philippe是自1851年以来加强为飓风历时最久的系统。Philippe在加强为命名风暴后,经历了11.75天才首次加强成为飓风。

5、自1995年以来几乎没有主要飓风登陆美国(除了2004年和2005年)

美国一直非常幸运,在最近17年(1995-2011)的风季中,几乎没有主要飓风登陆。热带气旋造成的损害约有80-85%是主要飓风造成的,这种损害包括人口,通货膨胀和人均财富(1998年由Pielke和Landsea发表,2008年由Pielke等人再次修改)。在过去100年中,在大西洋海盆生成的主要飓风中大约有30%登陆美国。而在1995年至2011年间共-产生了64个主要飓风,其中只有10个(16%)登陆美国,大约为平均水平的一半。当然其中也有2004-2005年这两年特例(大西洋海盆生成的13个主要飓风中有7个登陆),而在1995-2003年和2006-2011年内生成的51个主要飓风中只有3个登陆美国,这种好运气还可以追溯到过去,例如,从1941年至1969年平均每年仅有1个主要飓风登陆(图20),而在1970-2011年这段时间中,平均每年只有0.4个主要飓风登陆(不包括2004-2005年,图21)。
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图20:1941-1969年中登陆美国的主要飓风。
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图21:1970-2011年中登陆美国的主要飓风(不包括2004-2005年)。

这一连串的好运在佛罗里达半岛和美国东海岸尤为明显。在1995-2011年间大西洋海盆生成的64个主要飓风中,只有4个登陆佛罗里达半岛/美国东海岸(6%)。而二十世纪大西洋海盆生成的主要飓风中,登陆佛罗里达半岛/美国东海岸的平均水平为18%。近年风季登陆佛罗里达半岛/美国东海岸的主要飓风数量仅为平均水平的三分之一。

当忽略2004-2005年飓风季时,结果尤为明显,仅有3个主要飓风登陆佛罗里达半岛/美国东海岸。在1941-1969年与2004-2005年这31年中,共有24个主要飓风登陆佛罗里达半岛/美国东海岸,平均每年有0.77个主要飓风登陆(图22)。而1970-2011年间(不包括2004-2005年)平均每年只有0.13个主要飓风登陆(登陆数量仅为先前的六分之一,图23)。

由于近几年登陆美国的主要飓风远低于预测水平的状况不断持续,使得1995年以来美国海岸线遭受飓风带来的损失也相对较少。
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图22:1941-1969和2004-2005年间登陆佛罗里达半岛/美国东海岸的主要飓风。
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图23:1970-2011年间登陆佛罗里达半岛/美国东海岸的主要飓风(不包括2004-2005年)。
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 楼主| 发表于 2011-12-23 13:18 | 显示全部楼层
美国在过去的6年中十分幸运

美国在过去的6年中十分幸运,没有任何主要飓风登陆。在经过异常活跃的2004-2005风季(产生的13个主要飓风中有7个登陆美国)之后的6年,在大西洋海盆中产生的19个主要飓风均没有登陆美国沿岸。在过去100年的气候表明,在大西洋海盆产生的主要飓风中约有30%以主要飓风强度登陆美国。
我们相信,使美国这么幸运的主要原因是由于引导气流方向的改变,今年来引导气流方向的改变使得风暴远离美国。图24显示的是8-9月美国上空500MB高度场和西大西洋2006-2011年与2004-2005年500MB高度场之间的差异。注意美国东海岸2006-2011年与2004-2005年高度场之差的异常低谷。这种模式导致在过去6年的主要飓风路径为反弓曲,从而避免在美国海岸登陆。这种异常低谷是过去6年间中纬度地区脊/槽波浪形分布造成的(图25)。
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图24:500 MB高度场2006-2011与2004-2005年之间的差异。注意美国东海岸附近的异常水平,这导致可能影响美国大陆的主要飓风走出一条反弓曲路径。
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图25:北半球大部分地区8月至9月500MB高度场2006-2011与2004-2005之间的差异。注意亚洲东部到欧洲西部之间槽/脊模式的异常。

6、验证我们2011年的风季预测

表4是我们对2011年风季做出的四次不同预测与实际的比较。虽然今年风季和我们预测的一样较为活跃,但是活跃程度仍小于我们的预测水平(NTC预测值为175%,实际值为137%)。
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表4:验证我们关于2011年飓风的风季预测。

表5的预测在之前的基础上加上了误差允许范围(基于标准差得出的绝对误差)这个数据是将1990-2007年的追算数据以及1950-1989年的变化代入方程得到的。我们通常希望看到,我们三分之二的预测在标准差内,我们95%的预测与标准差的偏差不超过2。我们对2011年的飓风季节做出的32项预测中有18项在误差允许范围内(56%),而其余的预测误差偏大。我们认为今年的风季预测较为准确。
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表5:我们对2011年季节性飓风预测的误差(标准差)。如果预测在标准差内的数据用红色粗体表示,同时我们的预测与标准差的偏差不超过2的数据用绿色粗体表示。一般来说,我们三分之二的预测应该在标准差内,我们95%的预测与标准差的偏差不超过2。如果出现不是整数的风暴则需要四舍五入。例如,4月做出的飓风预测误差允许范围在6.8-11.2之间,四舍五入后误差允许范围便变为在7-11之间。

6.1、前言:我们十三年来预测准确率的总结

我们通常会评估我们的一些预测参数,这些参数分别是活跃程度低于平均水平,高于平均水平以及达到平均水平。表6显示的是过去13年中我们预测的准确率。一般说来,我们在前一年的12月便可以预测出来年风季的活跃程度,而其他预测在飓风季开始前才较准确。
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表6:过去十三年(1999-2011),我们在不同时期做出的风季预测的准确率。

当然,个别参数的预测误差可能会相当大。虽然其中一些参数的预测准确率偏低(尤其是12月做出的预测),但是有许多客观因素都会对来年风季活跃程度造成影响。因此,即使技术十分娴熟,所做出的预测也不一定准确。此外,我们最近重新修改了预测方法,使用了更严格的物理参数和统计检验,我们相信这将使得我们未来的预测更加准确。

6.2、验证我们对风季的ACE预测

这是我们在8月份发布关于热带气旋的风季预测(例如两个星期)的第三年。我们决定终止个别飓风的月度预测。这两周的预测基于大量观测和建模工具。这些预测使用的主要数据是:1)目前风暴活动状况。2)国家飓风中心的热带天气展望。3)全球预测模型数据。4)马登-朱利安振荡(MJO)实况及预测。5)现有的风季预测。

累计气旋能量(ACE)定义为一个命名风暴每六小时最大风速(单位为10的4次方平方海里)的平方和,我们试图对这个参数做出两星期的风季预测。这些预测时间过短,无法准确预测出命名风暴和飓风等个别事件。我们在对ACE发布的预测中将其分为三类(表7)。
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表7:我们对ACE下的定义。

表8显示了对2011年飓风季中做出的六次为期两周的预测的验证结果。第一次和最后一次预测与ACE实际值的差为1。而第五次预测是失败的。这是由于飓风Ophelia和Philippe的生命期过长所造成的。之后的两个星期没有任何热带气旋生成。
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表8显示了对2011年飓风季中做出的六次为期两周的预测的验证结果。正确的预测字体为蓝色加粗,与实际值差1的预测字体为绿色加粗,与实际值差2以上的预测字体为红色加粗。

在过去两年中,一个主要的问题是我们的风季预测在很大程度上依赖于MJO的活动状况,尤其是为期两周预测。除了10月初MJO的一次高峰期之外,8-10月MJO处于弱活动区(图23)。因此我们今年的风季预测资料主要来自全球气候模式对风暴成因和风暴活动的预测。
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图23:8月3日至10月31日期间Wheeler和Hendon于2004年提出的马登-朱利安振荡(MJO)的变动。需要注意的是,在这段时间内MJO并非稳定地是沿赤道向东传播的,只有9月下旬到10月底的这段时间内MJO才稳定地沿赤道向东传播。海洋大陆为印度尼西亚及其周围岛屿。RMM为MJO指数向量。

6.3、验证我们对加勒比海盆进行的预测

这是我们对加勒比海盆发布季节性预报的第二年,加勒比海盆定义范围为10-20°N, 60-88°W(图24)。这个加勒比海盆的预测模型表明,6月早期对于加勒比海盆累计气旋能量(ACE)预测的变动范围在45%左右,而8月早期的预测的变动范围则提高至50%左右。这是我们第一次对加勒比海盆发布季后预测(10月至11月)。
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图24:加勒比海盆范围。

对于加勒比海盆的预测指出,2011年该地风季将十分活跃。主要的原因是由于该区域的信风活动异常偏低,该地低涡的加强以及温和的拉尼娜事件的发生。1949-2008年加勒比海盆ACE平均值为15,而6月初和8月初预测的ACE值分别为46和37。加勒比海盆的这些条件都有利于风暴的形成,实时数据来自大气合作研究所(CIRA)(图25)。尽管加勒比海盆拥有这些有利的条件,但是活跃程度仍低于平均水平(ACE值为10)。为什么加勒比海盆并不像我们预测的一样活跃,我们认为造成这一现象的原因是由于MDR造成引导气流的改变,使得风暴向东北方向移动而不是向西进入加勒比海。
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图25:加勒比海盆实时参数。需要注意的是,在正常情况下,2011年的实时参数应高于平均水平。图片由CIRA提供。

10-11月加勒比海盆飓风日数及ACE均高于平均水平。这个预测模式采用的两个参数:1)ENSO活动状况。2)大西洋暖池的大小。这些预测参数都表明加勒比海盆风季末将相当活跃。Rina飓风10月下旬在加勒比海盆生成,并增强为一股2级飓风,最终在尤卡坦半岛消散。表9显示的是10-11月加勒比海盆飓风日数和ACE的预测值和实际值。
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表9:10-11月加勒比海盆飓风日数和ACE的预测值和实际值。

7、登陆概率

7.1、登陆概率验证

每年飓风季我们都会对飓风登陆美国沿岸以及加勒比海地区的概率做出风季预测。鉴于个别飓风登陆事件无法准确预测,我们改为对净登陆概率(相对于气候学)进行预测。我们考虑了不同气候条件对飓风登陆的影响,并对100年间(1900年至1999年)登陆的命名风暴进行统计,从而得出飓风登陆美国海岸的概率。我们把登陆美国海岸的所有热带气旋强度分为不同类别,并分别进行预测。净登陆概率的数据来自大西洋海盆的净热带气旋(NTC)活动。表10给出了2011年我们对登陆美国和加勒比地区的热带气旋进行地预测及验证。

由于2011年飓风季十分活跃,所以我们在预测中认为飓风登陆概率将高于长期平均水平。然而2011年飓风季从登陆美国的热带气旋的角度看确十分平静,今年只有一个1级飓风(Irene)和一个热带风暴(Lee)登陆美国。自1900以来的的数据指出,平均每年有3.5个命名风暴,1.8个飓风和0.7个主要飓风登陆美国。2011年有两个飓风经过加勒比海盆(10-20°N, 60-88°W),分别是热带风暴Harvey和2级飓风Rina。我们认为今年登陆的热带气旋偏少的主要原因是由于美国东海岸附近强大的西风槽导致许多飓风在登陆前转向。

登陆概率是指登陆美国沿海11个区域的热带风暴(TS),1-2级飓风和3-5级飓风(图26)。这11个区域进一步细分为205个海岸和沿海城市。当年飓风登陆概率可进入飓风登陆概率网页查询http://www.e-transit.org/hurricane。
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图26:美国海岸线11个飓风登陆最频繁区域,历史上主要飓风登陆这些区域的概率颇高。
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表10:我们预测的一个及以上热带风暴(TS),1-2级飓风,3-5级飓风,所有飓风和命名风暴在美国沿海的墨西哥湾沿岸(范围1-4),佛罗里达半岛/美国东海岸(范围5-11)和加勒比海盆的登陆概率(%)。20世纪每年一个及以上系统登陆概率的百分比罗列在8月3日预测值后的括号中。表(a)代表全美,表(b)代表墨西哥湾沿岸,表(c)代表佛罗里达半岛/美国东海岸,表(d)代表加勒比海盆。

7.2、登陆概率解读

我们从来没有打算对单个飓风做出季节性预报。由于我们无法提前几个月对中纬度地区大气运动模式的变化做出预报,而这决定了飓风是否会在美国和加勒比海沿岸登陆。我们只会对登陆概率进行预测。我们可以提前4-5个月便可以对即将到来的风季的活跃程度以及飓风(尤其是主要飓风)的登陆概率做出较为准确的预报。

当季节性预报中预测净热带气旋活动(NTC)较为活跃时(见表11和12),通常这年飓风登陆的概率便会升高。反之,当季节性预报中预测NTC较不活跃时,并不意味着这年便不会有飓风登陆,而只是低于平均水平。

在大多数时候,当大西洋海盆和加勒比海盆较为活跃时,登陆美国的热带气旋数量将高于平均水平,而当大西洋海盆和加勒比海盆NTC较不活跃时,登陆美国的热带气旋数量将低于平均水平。这种情况在佛罗里达半岛/美国东海岸和加勒比海沿岸尤其明显。

表11给出了过去62年间(1950年至2011年)NTC水平与热带气旋登陆数量之间的关联。这些热带气旋被分为热带风暴(TS),1-2级飓风(H)和3-5级飓风(MH)。可以看出,大西洋海盆NTC较高的年份飓风(特别是主要飓风)的登陆数量远高于NTC较低的年份。

大西洋海盆NTC水平与在佛罗里达半岛/美国东海岸(范围5-11)登陆的主要飓风之间有密切联系。而NTC水平较高时,在墨西哥湾沿岸登陆的主要飓风数量也会相应增加。而NTC水平也与加勒比地区的主要飓风活动之间有着密切联系。
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表11:命名风暴(NS),1-2级飓风(H)和3-5级别飓风(MH)的登陆数量与大西洋海盆净热带气旋活动(NTC)之间的关系。表中的数据来自墨西哥湾沿岸,佛罗里达半岛/美国东海岸,美国沿海地区和加勒比海沿岸地区1950-2011年62年间的观测数据。

过去12年间我们6月1日对登陆美国以及加勒比海沿岸的热带气旋做出的部分预测,在这12年间,我们预测每年登陆的飓风为8个或以上,而其中的1993年和1997年我们预测登陆的飓风为6个或以下(有7个飓风,但我们预测的飓风日数仅为25天)。需要注意的是在这两段时间内登陆美国主要的飓风比约为2:1,而加勒比海盆这个比值为4:1。
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表12:过去12年间我们6月1日对登陆美国以及加勒比海沿岸的热带气旋做出的部分预测,在这12年间,我们预测每年登陆的飓风为8个或以上,而其中的1993年和1997年我们预测登陆的飓风为6个或以下(有7个飓风,但我们预测的飓风日数仅为25天)。

在过去的28年间,我们已经可以对美国和加勒比海沿岸地区做出较为准确的风季预测,在今年8月的实时预测之后,我们发现了更为准确的预测技术。

8、2011年大气/海洋条件讨论

在这部分中,我们将对2011年大西洋海盆飓风季大气/海洋条件的大尺度变化进行详细讨论。

8.1、厄尔尼诺-南方涛动

因为在通常情况下,厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对于我们春末夏初发布的2011年飓风季风季预测来说是个不小的挑战。我们在2010年12月初对2011年发布的预测中认为,2011年不可能发生厄尔尼诺现象。然而当今年4月热带太平洋迅速回暖后,我们开始关注厄尔尼诺现象,但是我们在6月初发布的预测中仍然坚信不会发生厄尔尼诺现象。我们在8月初发布的报告中认为发生厄尔尼诺事件的概率不大。经过6-7月短暂的过渡,在进入飓风季后ENSO开始由中性向弱拉尼娜现象转化。以下引用的是我们对2011年ENSO进行的预测:

(2010.12.8) –
“一个重要问题就是即将到来的2011年飓风季是否会发生厄尔尼诺现象。在这一点上,鉴于热带太平洋目前的上层海水热含量模式,我们认为厄尔尼诺现象几乎不可能发生。”


(2011.4.6) –
“基于这些信息并结合我们的经验后,我们认为2011年飓风季中的ENSO条件应为中性。因为我们预测温暖的热带大西洋并不会继续保持(在下一部分中详细讨论),我们相信中性的ENSO条件不会对2011年飓风季带来显著影响。”


(2011.6.1) –
“在过去的几个月中,热带太平洋的上层海水热含量持续偏高,我们不希望看到未来几个月内的气候模式开始向厄尔尼诺现象过渡。”


(2011.8.3) –
“在晚冬和早春显著变暖后,中性条件可能会在接下来的几个月中持续。热带太平洋中部和东部上层海水热含量通常是反映未来趋势良好的指标。在1月-3月急剧变高后,上层海水热含量已经趋于平缓并有所下降,为此我们认为,发生厄尔尼诺现象的概率已大大降低。”


我们判断拉尼娜现象是的强弱使用的是厄尔尼诺3.4海区8月至10月海温距平值。当该值在0.5-1.0°C之间时,我们便把它定义为弱拉尼娜事件,当该值在负1.0-1.5°C之间时,我们便把它定义为中度拉尼娜事件,而当值低于负1.5℃时,我们便把他定义为强拉尼娜事件。2011年8月至10月厄尔尼诺3.4海区的值约为-0.7°C,属于弱拉尼娜事件。

在2010/2011冬季发生的强拉尼娜现象在春季时过渡为中度拉尼娜现象。之后又迅速过渡为强拉尼娜现象。然而热带太平洋东部和中部海域在夏初时突然变暖使得该现象结束,到了8月下旬,ENSO水平又重新转化为弱拉尼娜现象。表13显示的是1月,4月,7月,10月,4-10月以及1-10月的海温距平值。虽然今年拉尼娜现象再次发生,但是从海温距平值上看,今年发生的拉尼娜现象较去年发生的来得弱。
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表13:厄尔尼诺第1+2海区,第3海区,第3.4海区,第4海区2011年1月,4月,7月,10月,4-10月以及1-10月海温距平值。

我们相信今年ENSO之所以没有发展,是因为国际日期变更线附近的异常强劲的信风不断持续。这些强于正常水平的信风会造成上升流并阻碍向东传播的开尔文波,而这种波往往是导致太平洋中部和东部海温上升的原因。图27显示4月中旬到10月中旬热带太平洋地区低层风场的异常情况。除了5月中旬的一次西风爆发造成西风正距平外,在这6个月的时间中,MJO所导致的东风正距平都占主导地位。
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图27:印度洋/太平洋地区赤道风距平图。请注意国际日界线附近东风持续的正距平(较强的信风)。图来自气候预测中心。

8.2、季节内变化

2011个飓风季同过去两年相比,除了10月份MJO异常活跃之外,季节内变化的活跃程度普遍偏低。相比之下,2008年季节内变化十分活跃。由于MJO的活跃程度较低,2011年飓风季生成的热带气旋数量低于我们的预测水平。

8.3、大西洋海温

2011年飓风季热带大西洋的海温接近正常水平,然而与2010年同期的海温相比仍然偏低。海温正距平主要地区(MDR)2月-3月的海温也低于正常水平,这可能是由于从去年冬季持续到2011年初春的北大西洋涛动(NAO)的正相事件造成的(图28)。NAO的正相事件会造成热带太平洋的信风强度高于正常水平,从而造成底层海水上涌,并使得海温低于正常水平(图29)。图30显示了至1月下旬-5月下旬的海温距平情况。从图中可以看出,热带和亚热带大西洋东部地区均为海温负距平区。
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图28:2010年12月1日-2011年4月30日每日NAO变化情况。需要注意的是自1月下旬开始,NAO逐渐转化为正相事件。
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图29:2月-3月925毫巴高度上热带和亚热带大西洋纬向风的异常情况。需要注意的是亚热带大西洋地区显著的东风异常(较强的信风)。
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图30:2011年1月下旬-2011年5月下旬之间海温距平值变化情况。

海温异常变化可能是造成今年大西洋飓风季活跃程度没有达到我们预期的原因之一。图31显示了2011年7月海温距平模式。从图中可以看出,亚热带大西洋东北部海温异常偏低,而热带大西洋海温的异常偏高,从而导致了高于正常水平的海温梯度,使得斜压增强并使得冷低压在飓风季时发育。通常这些冷低压会使得垂直切变增强并使得中纬度的干空气进入热带。这些因素共同导致2011年的飓风季活跃程度低于我们的预测水平。
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图31:2011年7月亚热带和热带大西洋海温距平模式。

我们注意到,这种海温异常模式通常会导致飓风季活跃程度低于正常水平,所以我们在8月初的预测模型中便考虑了这一点。然而,由于我们的一个预测值计算错误,从而导致我们高估了7月海温异常值。这使得我们8月初统计模型的预测值高于实际水平(NTC预测值高于实际值30),这都是由于我们7月的预测值错误造成的。

8.4、热带大西洋海平面气压(SLP)

衡量大西洋海盆热带气旋活动水平的另一个重要参数是热带大西洋海平面气压值。一般来说,热带大西洋海平面气压值较低时大气状况较不稳定,并使得低层水汽含量较高,有利于热带气旋的生成和发展。2011年大西洋飓风季海平面气压较低。图32为2011年8-10月热带和亚热带北大西洋的海平面气压距平值。
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图32:2011年8-10月热带和亚热带北大西洋海平面气压距平值。今年热带大西洋海平面气压低于正常水平。

8.5、热带大西洋垂直风切变

2011年热带大西洋垂直风切变高于2010年的水平(图33)。而热带大西洋东部和中部的垂直风切变仅略高于平均水平,这解释了为什么热带气旋通常在进入大西洋中部前一直不会加强为飓风。虽然加勒比海盆的垂直风切变低于平均水平,但引导气流的改变(在8.7中详细讨论)引导热带气旋向东北方向移动而不是进入加勒比海。墨西哥湾以及亚热带太平洋的垂直风切变远高于平均水平(图33中用蓝色表示),从而使得许多系统在北上图中无法加强。
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图33:2011年8月17日-2011年10月15日大西洋垂直风切变距平情况。热带大西洋垂直风切变高于平均水平,是加勒比海盆垂直风切变低于平均水平。请注意亚热带大西洋异常强烈的垂直风切变(图中蓝色椭圆部分)。

8.6、热带大西洋水汽状况

热带大西洋比正常水平干燥也是导致2011年大西洋海盆飓风季活跃程度低于预测水平的原因之一。今年热带大西洋和墨西哥湾远比正常水平干燥,而加勒比海盆也比正常水平略为干燥。大气中层的干空气会抑制深层对流的增强,并使得对流不稳定性减弱(图34)。2011年包括MDR在内的环境因素与2010年相比更不利于飓风的形成。
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图34:热带大西洋8月-10月的垂直不稳定性。从图中可以看出,在这三个月中对流不稳定性维持在相对较低的水平,表明大气较为稳定。

8.7、引导气流变化情况

与去年一样,在MDR形成的大多数热带气旋并未登陆美国海岸线(除了飓风Irene)。到目前为止,已经连续6年没有主要飓风登陆美国。中心位于俄亥俄河谷的低压槽一直延伸到大西洋西部,其造成的南风使许多威胁美国沿海的系统转向(图35)。
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图35:2011年8-9月大西洋700毫巴高度气压距平情况。在美国东海岸附近的负距平区使得引导气流转向,并使许多威胁美国海岸的热带气旋转向。

8.8、印度洋偶极子(IOD)

另一个使得大西洋海盆飓风季活跃程度低于预测水平的是印度洋偶极子(IOD)的正相事件。IOD通常用于衡量西部热带印度洋和东部之间的海温梯度,IOD的正相事件表明印度洋东西部之间存在着巨大的海温梯度。IOD正相事件通常在厄尔尼诺年出现,在厄尔尼诺年,海水表面温度异常偏低的区域从热带西太平洋一直延伸到热带东印度洋。然而,拉尼娜年偶尔也会出现IOD正相事件,这种事件上次出现在2007年。而2011年也出现了与2007年类似的IOD正相事件,阿拉伯海海温异常偏高,而孟加拉湾的海温则异常偏低。

当IOD正相事件发生时,通常热带西太平洋的对流会相应减弱,沃克环流也较正常情况下弱。图36显示了过去一年中赤道附近OLR距平情况。需要注意的是,通常情况下,拉尼娜现象会使得OLR出现正距平(在2010/2011的秋冬十分明显),但在今年的飓风季中这种情况却不十分明显。因此,在热带大西洋上层与拉尼娜现象相关的东风正距平主要发生在加勒比海,并使得MDR的垂直切变略高于正常水平。
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图36:过去一年中OLR距平情况。从图中可以看出,今年8月至10月之间的OLR活动进入了低谷。最近OLR距平情况表示MJO的传播十分明显。

8.8、大西洋多年代际振荡(AMO)

通常情况下,大西洋多年代际振荡(AMO)或温盐环流(THC)是决定大西洋海盆的飓风季活跃程度的物理因素之一。通常AMO的正相位(或THC的强相位)会导致大西洋海盆的飓风活动水平比负相位时高3-5倍。AMO的典型周期为60年左右,但是有时为40-50年的短周期,有时为70-80年的长周期。这意味着,大西洋海盆通常有25-35年的热带气旋活动高于平均水平,并有类似时间的热带气旋活动低于平均水平。 AMO的正相位或THC的强相位会导致北大西洋温度以及含盐度上升,使得非洲萨赫勒地区降雨增加,使得热带大西洋海温升高,使得热带大西洋海平面气压下降,减少ENSO发生频率并降低其他物理过程(图37)。它不是由单一的参数(热带大西洋海温)决定的,而是4-5个参数综合起来共同使得大西洋主要飓风出现频率升高或降低。

THC对大西洋海温正距平主要地区对流层垂直风切变,信风强度,海温,大气中层水汽含量等条件的影响是一个循序渐进的过程(MDR-10-20°N; 20-70°W)。THC造成的最显著的变化是MDR海温变化,并对大西洋MDR其他条件造成一定影响(图37)。THC正相位会造成图中1区的海平面下降,从而反过来降低大西洋环流强度。图37显示了THC正相位时对大西洋MDR环境因素造成的变化,这些变化有利于TC生成和加强。图中(2)代表太平洋东部地区的冷水南下的变化,(3)代表SLP的变化,(4)代表海温的变化,(5)代表降雨量的变化。这些变化反过来会导致(6)信风强度的变化和(7)200毫巴纬向风变化。并改变(8)飓风活动的变化。这些变化通常会导致较弱的信风,减少蒸发量,通常还会造成海温的上升。同时我们发现,在THC正相位时,(9)厄尔尼诺的发生频率和强度通常会降低,并促使大西洋飓风(特别是主要飓风)产生频率增加。

虽然AMO通常在25-35年间稳定在正相位或负相位,但是期间可能有几个月,几年或更长的时间内的AMO(或THC)会出现相反的相位,如海温,盐度,压力,风速和水汽在正相位时表现出负相位的特点或相反。在多年代际变化中断期间,我们有时候会在正相位期间观察到负相位的特点(例如1962年和1968年)或在负相位期间观察到正相位的特点(例如1988年和1989年)。

我们发现自1995年以来出现的AMO正相位(或THC强相位)在2011年有所减弱。我们观察到NAO的正相事件从2010年冬季一直持续到2011年初春。这使得大西洋环流变得更强,并使得东大西洋的SST降低,并使得亚热带大西洋(20°N-30°N)向西的垂直风切变增加。AMO/THC在2011年的突然减弱也是我们高估今年主要飓风活动的原因之一。
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图37:图中表示的是与AMO或THC变化密切相关的一些参数的示意图。

8.9、总结

2011年大西洋海盆飓风季的活跃程度虽然高于平均水平,但是仍然没有达到之前我们预测的水平。虽然热带大西洋的海水表面温度异常偏暖以及拉尼娜现象的发生为今年飓风季热带气旋的出现提供了有利条件,但与此同时,亚热带大西洋的海水表面温度异常偏低,热带大西洋异常干燥以及印度洋偶极子(IOD)的正相事件导致今年风季的活跃程度低于我们的预测水平。由于今年位于美国东海岸附近的副热带高压脊异常薄弱,从而使得原本可能威胁到美国海岸的几个系统转向。在上次主要飓风(2005年10月的Wilma)登陆之后,已经连续6年没有主要飓风袭击美国。
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 楼主| 发表于 2011-12-23 13:22 | 显示全部楼层
9、大气中二氧化碳浓度增加导致1995年以来大西洋海盆主要飓风增多?

A. 背景

在2004年登陆美国东南部的四个主要飓风-Charley,Frances,Ivan和Jeanne,2005年登陆美国的主要飓风Dennis,Katrina,Rita和Wilma和2008年登陆墨西哥湾的三个飓风(Dolly,Gustav和Ike)给美国带来了严重的破坏后,人们开始关心全球变暖对这些破坏性的飓风造成的影响。一些研究人员认为,由于20世纪末二氧化碳浓度的增加使得全球海温变暖,进而导致产生更强的飓风。

这些将飓风强度增加归咎于二氧化碳浓度增加的猜测吸引了许多媒体的关注;然而,鉴于目前的观测数据,我们可以肯定这个推测是错误的。Gray在2011年进行的细节调查中得出的结论是,二氧化碳浓度的增加不会对飓风活动造成影响。

虽然过去17年中(1995年至今)大西洋海盆生成的主要飓风与1978-1994年相比有着显著的增加(图38),在1970-1994年这半个世纪中也有着显著的增加。许多人认为,这是一个强有力的证据来证明二氧化碳浓度会使得飓风数量增加。然而同时也应该注意,虽然1948-1964年的飓风活动与之前17年的飓风活动相比也有显著增加,但是当时大气中的二氧化碳含量却低于17年前的水平。
43.png
图38:1995-2011年THC强相位时生成的主要飓风(3-5级)数量和1978-1994年THC弱相位时生成的主要飓风数量。从图中可以看出,THC强相位时生成的主要飓风数量约为THC弱相位时生成的主要飓风数量的2.5倍。

表14显示了THC在强相位时和在弱相位时的对比。可以看出,THC在强相位时和在弱相位时的主要飓风日数对比十分鲜明(3.7)。Pielke与Landsea(1998年)和Pielke et al.(2008)在论文中曾对飓风造成的破坏进行过正规化研究,其中提到,主要飓风造成的损失占损失总量的80-85%,但数量仅占登陆飓风数量的20-25%。

虽然二十世纪末全球表面温度有所上升,但却没有可靠的数据表明自1972年以来的飓风频率和强度都有所增加。全球累积气旋能量(ACE)定义为一个命名风暴每六小时最大风速(单位为10的4次方平方海里)的平方和,但是这个指数在过去40年中并没有表现出上升的趋势(图39)。同时Klotzbach(2006)也认为1986-2005年的热带气旋活动并没有明显变化。
表17.jpg
表14:在THC(或AMO)不同相位时大西洋海盆的飓风活动情况对比。
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图39:1971年12月-2011年10月北半球和全球ACE变化情况。原图由Ryan Maue提供。

1995年以来的主要飓风活动增加的原因。大西洋的飓风活动是一种很强的的多年代际变化,这可能与THC的多年代际变化有关(图40)。THC造成海洋和大气的变化被称为大西洋多年代际振荡(AMO)。在本文余下部分,THC和AMO将交替使用。THC的强度虽不能直接测量,但是可以将北大西洋海温异常(SSTA)与赤道至50°N的海平面气压异常(SLPA)结合判断其强度(Klotzbach和Gray 2008)(图41)。

当北大西洋的低纬度暖水以平流的形式向高纬度地区和极地流动时,THC(或AMO)便会较强。当这些暖水抵达高纬度的海域时,这些暖水会在称为深层海水形成的过程中沉到海底,之后这些水便从海底向南方移动。下沉的水量与水的密度有关,而水的密度则取决于水的温度以及盐度。咸度较高的水的密度高于淡水,当水温接近冰点时尤其如此。北大西洋海温异常与海水盐度密切相关(图42)。高盐度意味着北大西洋深层海水形成过程(或下沉)速度加快,这使得低纬度海水向高纬流动的速度也相应加快。详细信息可参见Gray等人(1999),Goldenberg等人(2001)和Klotzbach(2009)的论文。
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图40:THC或AMO强(顶部)弱(低部)时的对比。
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图41:1878至2006年北大西洋海水表面温度异常(SSTA)情况,红色(偏暖)时期,THC(或AMO)位于强相位,蓝色时期,THC(或AMO)位于弱相位。
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图42:1958-2004年之间北大西洋年平均海水表面温度异常情况与北大西洋盐度密切相关。

B.为何二氧化碳浓度上升并非大西洋海水表面温度上升与飓风活动增加的原因?

我们的研究得出海面温度和飓风强度并没有密切关系。虽然全球正在变暖,但上层空气温度变化与海温变化呈长期相关。因此垂直递减率将不会因此出现显著变化。当大西洋海水表面温度上升1-2℃时,与飓风活动相关的许多气候特征(垂直风切变或大气中层水汽含量)并没有显著变化,所以没有任何物理原因能使我们相信全球气温变暖与飓风频率及强度密切相关,所以我们认为,全球变暖对热带气旋活动的影响甚微。

不同时间尺度容易使人容易混淆海水表面温度的影响。当飓风经过温暖海域(墨西哥湾暖流区)时,常常爆发性增强。这是因为飓风中心在经过温暖海域时,热递减率会突然增加。温暖的海水表面温度会导致飓风底部边界的温度和水汽突然增加。但与此同时,对流层上部的条件却没有显著变化。这些迅速发生的变化会导致飓风底层和上层之间的温差加大,并使得飓风中心得热递减率增加,从而形成强烈的积云对流。这通常会导致飓风强度快速增强。这种常见现象使得许多观察员认为海水表面温度增加会使得飓风增强。但是我们却认为,这种结果时飓风强度日际变化与海面的温度变化相互作用形成的。但是通过热带海洋环境的长期变化上看,当底层大气温度和湿度高于(或低于)高层大气温度时,高层大气温度为了弥补这个温差也将会随之变化,所以其也不会造成垂直热递减率和全球降雨模式的明显变化。

由于气候变暖所引发的边界层温度和水汽增加,很大程度上会被10公里厚的深厚对流层抵消(防止全球降水急剧变化)。虽然对流层顶部的变化比边界层的变化弱,但这是却是一种深层变化。这种深层变化抵消了边界层温度和水分增加的浅层变化。当大气垂直递减率发生较为显著的变化时,全球热带降雨将会发生明显改变。

因此,我们不能想当然地认为全球海水表面温度升高便会导致全球热递减率改变,并使得主要飓风数目增加。某些洋面海温上升并不会导致主要飓风频率/强度增加。历史资料表明,虽然十九世纪末和二十世纪初的飓风猛烈程度并不亚于现在,但当时海面温度却比现在来得低。

C. 讨论

我们不认为全球海洋温度继续上升会使大西洋飓风频率和强度发生重大变化。例如,在1945-1969这25年间,全球气温变冷,但大西洋海盆却生成了80个主要飓风(3-5级),主要飓风日数达到201天。相比之下,1970-1994这25年间,全球大气环境与前者类似,此时全球气温变暖,但是只生成了38个主要飓风(是前者的48%)和主要飓风日数仅为63天(是前者的31%)(图43)。这表明大西洋海温和飓风活动的变化与全球变暖无关。
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图43:1945-1969年25年中全球主要飓风路径图,当时全球气温经历了一个弱变冷时期。和1970-199425年中全球主要飓风路径图,当时全球气温经历了一个中等的变暖时期。后者的二氧化碳含量超过正常水平18%,但是大西洋海盆主要飓风数量仅为前者的二分之一。

通过对1900年以来的飓风数据调查表明,虽然在过去的两个56年间(1900-1955年与1956-2011年),全球与大西洋海水表面温度上升了约0.4℃,但是后者的飓风登陆概率却有所下降(表15)。这种趋势在美国东海岸/佛罗里达半岛尤为显著,1921-1965年登陆该地的主要飓风(3-5级)数量(24个)远高于1966-2011年登陆该地的主要飓风数量(7个)(图44)。而在美国的全部海岸线,1920至1965年有39个主要飓风登陆,而1966-2011年登陆的主要飓风数量减少为26个。而这段时间内全球二氧化碳浓度却由1920-1965年的310ppm提升到1966-2011年的365ppm。
表18.jpg
表15:在过去的两个56年间登陆美国的热带气旋数量统计。

我们不应该认为2004年,2005年,2008年和2010年的飓风季的活跃程度是异常的。其实这些年份的飓风活动水平仍然都在正常范围内。

事实上,2004年,2005年和2008年飓风对美国海岸造成严重破坏的原因并不是因为飓风数量增加,而是由于这些年中引导气流方向有利于飓风的登陆。
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图44:1966-2011年与1920-1965年登陆佛罗里达半岛/美国东海岸的飓风数量对比。

虽然2005年热带气旋数量达到创记录的水平(28个命名风暴),但这个情况并未超越自然规律。事实上,有几个年份的飓风活动可以和2005年相媲美。例如,1933年生成了21个命名风暴,但当时却没有卫星或飞机数据。根据记录,1933年的命名风暴都生成于60 °W以西。而2005年有7个命名风暴在60°W以东生成,而在60°W以西生成的热带风暴数量(21个)仅与1933年生成的命名风暴数量持平。

国家飓风中心最佳路径数据库的命名风暴数据可以追溯到1875年,数据中表示1878年,1893年,1926年,1933年,1950年和1995年生成的飓风数量多于2005年。此外,主要飓风日数最多的前五名分别是1893年,1926年,1950年,1961年和2004年。虽然这2005年飓风季十分活跃已成定局,但许多资料共同表明2005年的飓风活动并不异常。

我们相信,由于THC在接下来的10到20年中将继续位于强相位,因此大西洋海盆飓风活动仍将十分活跃。之后大西洋海盆的飓风活动将像1970-1994年和1901-1925年一样进入平静期。大西洋飓风经过多年代际周期。19世纪中叶以来的数据表明,大西洋海盆飓风有着明显的多年代际变化。而通过对格陵兰冰芯的研究,可以推测出几千年来的THC(或AMO)的变化情况。这些自然变化都与人类活动无关。

10、对于2012年飓风活动的预测

我们将在2011年12月7日发布对2012飓风季的首次预测。其中将会指出可能对2012年飓风季造成影响的部分因素。我们关于2012年飓风季的所有预测可登陆该网站查询:http://hurricane.atmos.colostate.edu/forecasts

11、致谢

除了之前在答谢中提到的人之外,还有一些其他的气象学家为我们提供了全球大气海洋条件的宝贵数据。其中包括Brian McNoldy,Art Douglas,Ray Zehr,Mark DeMaria,Todd Kimberlain,Paul Roundy和Amato Evan。此外,Barbara Brumit和Amie Hedstrom在过去数年中为我们的图形和数据分析手稿提供了宝贵的援助。多年来我们都对NHC的飓风预报进行深入的探讨。所以我们也为我们提供帮助的Neil Frank,Robert Sheets,Robert Burpee,Jerry Jarrell和国家飓风中心(NHC)的前任董事Max Mayfield和现任董事Bill Read表示感谢。

12、参考资料

13、对之前预测的验证
表19.jpg
表16:对于1984年以来的季节性预测验证,从表中可以看出,虽然我们预测的细节仍不够准确,但是我们关于风季活跃程度的预测与只相比较为准确。
表20.jpg

表17是五年以来对于大西洋海盆热带气旋活动季节性预测的验证。若想查看1984年以来的对于大西洋海盆热带气旋活动季节性预测的验证,可登陆:http://tropical.atmos.colostate.edu/includes/documents/publications/forecast_verifications.xls

最后感谢1111,fxhopexi,icepeople,老干部,加油rau等会员对这篇翻译提供的帮助。

原文: nov2011.pdf (2.24 MB, 下载次数: 0)
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发表于 2011-12-23 21:38 | 显示全部楼层
这次的翻译很强大 支持申精
但有一个地方是否出错了?
Nate的那一部分应该是“翌日,它达到颠峰强度60knots(风季后的再分析升为65knots)”
    [li]Nate was reclassified to hurricane status in post-storm analysis. [/li]
PS:正在写2011北大西洋的回顾,被楼主抢先了
nate.jpg
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发表于 2011-12-23 22:04 | 显示全部楼层

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1056568293:这次的翻译很强大 支持申精
但有一个地方是否出错了?
Nate的那一部分应该是“翌日,它达到颠峰强度60knots(风季后的再分析升为65knots)”

PS:正在写2011北大西洋的回顾,被楼主抢先了
....... (2011-12-23 21:38)
谢谢支持及提出意见,我刚才看了一下,我应该木有翻错,如果这真的错了的话那应该是原文的问题...
PS:你可以接着写,说不定这篇文章会对你的创作有所帮助
原文:
It reached its maximum intensity of 65 knots (upgraded from 60 knots in post-season analysis)
某颗斑竹的马甲.....
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