倪文琪，蔣國榮，陳弈德，杜振彩，盧姁，令聰婧，韋道明，郁紅弟，康建偉

（1.解放軍61741部隊，北京100074；2.解放軍理工大學，江蘇南京211101）

西北太平洋8月熱帶氣旋頻數異常特征分析

倪文琪1，蔣國榮2，陳弈德2，杜振彩1，盧姁1，令聰婧1，韋道明1，郁紅弟1，康建偉1

（1.解放軍61741部隊，北京100074；2.解放軍理工大學，江蘇南京211101）

利用1949—2014年的美國國家環(huán)境預報中心2.5°×2.5°的月平均資料和上海臺風研究所提供的臺風年鑒，對西北太平洋8月熱帶氣旋頻數異常進行了統計相關和合成分析，并通過對臺風異常偏少的2014年進行診斷分析，使相關和合成結果得到驗證。主要結論有：（1）西北太平洋8月臺風頻數和赤道、副熱帶區(qū)域500 hPa位勢高度、當年4—7月該區(qū)域的異常位勢高度均有顯著負相關；與孟加拉灣北部SST、赤道中東太平洋850 hPa緯向風場和印緬地區(qū)地面低壓系統也有顯著關聯；（2）臺風少年孟加拉灣北部SST偏高，極渦中心值偏低，副高強度強，北半球位勢高度梯度小，東亞大槽淺，而多年則相反；（3）8月臺風偏多（少）年低頻能量的位相分布完全相反，傳播特征明顯不同。偏多年在6月中旬和8月上旬為正位相，偏少年相反；多年表現為系統西傳，少年為東傳；（4）2014年8月臺風異常偏少的原因有：西太平洋副高位置偏南；赤道中太平洋SST異常增暖造成沃克環(huán)流發(fā)生異常；季風槽位置較常年明顯偏西強度顯著偏弱；（5）2014年的環(huán)流形勢屬于典型的臺風偏少型，驗證了歷史相關統計和合成結果。

8月臺風頻數；SST診斷分析；相關；大氣ISO；低頻傳播

1 引言

臺風是一種破壞力極強的災害天氣，它直接影響到我國領海如東海、南海，以及周邊海域如北印度洋的海上絲路建設、與他國海權維護等重要問題；同時中國是個擁有廣闊領海的軍事大國，軍事氣象水文的預測能力對作戰(zhàn)武器系統的使用及效能的發(fā)揮、戰(zhàn)爭、非戰(zhàn)爭軍事行動都有著非常實用的價值，因此對于西北太平洋臺風形成、發(fā)展和頻數的相關研究一直都是氣象學者十分重視的問題。針對臺風年頻數前人做過很多相關研究，有研究指出厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）能夠影響西太平洋熱帶氣旋活動，主要是通過影響緯向風垂直切變幅度、海表面溫度[1]、Walker環(huán)流以及西太平洋季風槽[2]的活動等來實現的。吳勝安等[3]的研究指出前期中高緯度印度洋SST與西北太平洋臺風頻數（Typhoon Frequencies over the western North Pacific，WNPTYF）相關顯著，中高緯度印度洋SST年際變化對WNPTYF年際變化的指示能力相當或超過熱帶東太平洋。謝定升等[4]利用若干組合因子，對西太平洋、南海及登陸我國的熱帶氣旋的年月頻數進行了多種預測試驗，得到一些較好的經驗和結果。潘靜等[5]發(fā)現MJO活動對西北太平洋臺風的生成有比較明顯的調制作用。王慧等[6]認為西北太平洋夏季風主要是通過季風槽活動影響臺風生成，季風的季節(jié)內振蕩對臺風也有顯著的影響。

然而，這些研究主要針對臺風年頻數的異常及年代際變化，或是針對登陸臺風頻數及某一特定區(qū)域臺風頻數的特征分析，針對個別時段（8月份）的情況很少涉及。而本文主要針對8月份的熱帶氣旋頻數進行相關合成分析，并對8月臺風偏多、偏少年的大氣環(huán)流形勢進行分型，這些研究有利于8月臺風頻數的氣候預測。臺風的多發(fā)季節(jié)為7—10月，8月份是臺風生成和發(fā)展最頻繁的月份，針對臺風年鑒中1949—2014年8月熱帶氣旋月平均生成頻數來看（圖略），8月份平均生成6個，最多8—10個。而在本該頻繁出現臺風的時段，2014年的8月卻沒有一個臺風生成，針對這一極端事件，十分有必要探討一下8月臺風頻數異常時大氣環(huán)流形勢場特點。

本文將首先利用相關和合成分析對1949—2014年8月臺風頻數及對應的大氣環(huán)流形勢進行統計，然后對2014年8月大氣環(huán)流形勢進行診斷分析，最后將2014年的情況與統計分析的結果進行對比。

2 資料和方法

2.1 資料簡介

本文所用1949—2014年熱帶氣旋資料取自由國家氣象局編輯、氣象出版社出版的《熱帶氣旋年鑒》[7]（1989年以前為《臺風年鑒》）。《熱帶氣旋年鑒》于2006年6月15日起正式實施國家標準（GB/T 19201—2006）。主要整編西北太平洋的熱帶氣旋概況、熱帶氣旋路徑等情況，其中包括熱帶氣旋中心位置和中心強度等級（http://www.typhoon.gov. cn）。1949—2014年2.5°×2.5°的全球月平均資料來自美國國家環(huán)境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP），網址為http:// www.cdc.noaa.gov/。

2.2 方法簡介

本文使用的是統計相關和合成分析方法，濾波方法為Lanczos帶通濾波。Lanczos濾波器（簡記為L.F.）常用作季節(jié)內振蕩研究中的濾波工具，Lanczos低通濾波器的權重函數為：

Lanczos帶通濾波權重函數為：

式中：fc1、fc2為截斷頻率，（2N+1）為權重函數窗寬，t為時間變量，w(t)是時間濾波器的脈沖響應函數（或稱權重函數）。

3 8月臺風頻數異常的相關和合成分析

本節(jié)主要討論造成8月臺風頻數異常的大氣環(huán)流形勢（動力因素）和海表面溫度（熱力因素）具有何種特點，分別就8月500 hPa位勢高度、850 hPa緯向風、SST、海平面氣壓與8月臺風頻數的相關性及其顯著情況作出分析。圖1是8月臺風頻數與8月500 hPa位勢高度、850 hPa緯向風、SST、海平面氣壓的同步相關圖，為簡便起見，下述分析中提到的臺風均指8月臺風。

從圖1a看，500 hPa位勢高度的顯著相關區(qū)域分布在環(huán)赤道地區(qū)，高相關區(qū)域為我國東南及華南沿海一帶的西北太平洋和赤道東太平洋海區(qū)，顯著相關系數達-0.5以上。說明20°S—30°N之間緯圈范圍內的500 hPa位勢高度越強，越不利于臺風的增加。從8月臺風頻數與500 hPa位勢高度場的超前滯后相關圖上（圖略），1—2月負相關區(qū)域位于赤道非洲地區(qū)和赤道大西洋海域，且負相關很弱；3月赤道非洲區(qū)域和南美洲東部海域開始出現高于0.5的負相關，西太平洋逐漸出現小范圍的負相關，相關極值-0.5；4—6月顯著負相關區(qū)開始連接成一條帶狀分布，西太平洋和赤道印度洋進入高負相關的區(qū)域；7—8月赤道東太平洋負相關超過-0.5，8月位于我國東南部沿海的高負相關區(qū)開始出現，9月大片的負相關位于赤道中太平洋，10月之后太平洋的顯著負相關帶逐漸減弱斷裂至消失。負相關區(qū)域集中在赤道附近，說明赤道附近500 hPa位勢高度異常與8月臺風頻數異常有著密切聯系，可以通過當年4—7月赤道區(qū)域的異常位勢高度對8月臺風頻數做定性預測。圖1b中60°—120°E之間亞洲大陸南側邊緣的海平面氣壓場都和臺風頻數存在強的負相關，其中印度至中南半島之間（90°E、15°N）的海平面氣壓與臺風頻數負相關系數達到-0.5以上。從物理意義來看，亞洲大陸南部的氣壓偏高使得陸地和海洋的氣壓差異變小，氣壓梯度變小造成西南季風的減弱，同時高壓使得該區(qū)域盛行反氣旋環(huán)流，造成不利于臺風生成的低層大氣環(huán)流形勢；當該區(qū)域為低壓控制時，東部的副高和西部的印緬低壓形成西低東高的地面形勢，副高偏東有利于臺風從西太平洋暖池生成并西移。從緯向風場圖1c的相關分布來看，赤道中東太平洋的西風與8月臺風有很高負相關，極大值也達到-0.5。該海域緯向西風越強，頻數越少，這與El Ni?o年東太平洋海溫偏高導致walker環(huán)流減弱，赤道東風減小相對應。諸多學者都研究過海表溫度與熱帶氣旋頻數之間的關系[8-9]，圖1d中，8月臺風頻數與各大洋SST都普遍存在負相關。最大范圍的負相關顯著區(qū)域為北印度洋，負相關極值可達-0.5以上，這從本文后面的合成分析結果可以得到進一步驗證。這也與Xie等[10]研究指出的熱帶印度洋持續(xù)增溫使西北太平洋上臺風生成頻次減少是一致的。

圖1 全球8月動力、熱力因素與臺風頻數的相關圖（陰影為通過99.9%顯著檢驗的高相關區(qū)域）

為了進一步探討造成臺風頻數異常的大氣環(huán)流形勢特征，本節(jié)對臺風偏多和偏少年大氣環(huán)流形勢和SST異常進行合成。分別將熱帶低壓以上、熱帶風暴以上熱帶氣旋頻數做正負距平超過2個，以及按照年代際變化趨勢將前33 a和后33 a分別求各自的平均得到的正負距平超過2個作為合成的3種分類標準，取這3種標準的共同年份得到頻數偏多年為：1950、1960、1966、1967、1968、1974、1985共7 a，偏少年為：1980、2011、2014共3 a。主要針對這些年份的500 hPa位勢高度場、SST以及850 hPa低頻能量場作合成分析。低頻場通過Lanczos帶通濾波方法將大氣30—60 d季節(jié)內振蕩（Intraseasonal Oscillation，ISO）提取出來。

圖2 2014年8月臺風頻數異常年海氣要素合成圖

通過合成SST（見圖2a、e）來看，臺風偏多年29℃等溫線范圍僅為西太平洋，而臺風偏少年其范圍向西擴展至孟加拉灣北部，溫度偏高1～2℃，說明臺風偏少年孟加拉灣北部海域SST偏高，這與之前SST與臺風頻數相關分析中的孟加拉灣北部顯著負相關一致。同時西太平洋的高海溫區(qū)域偏大，也就是說西太平洋暖池的大范圍高海溫未必和西太平洋臺風的增多直接對應。這與前人的有些研究[11]是不一致的，可作進一步深入研究。500 hPa位勢高度合成圖（見圖2c、d）可以看到，臺風偏少年北半球極渦中心值偏低，低緯度副熱帶高壓強度比多年偏強，北半球位勢高度梯度大，特別是在偏多年90°E（我國西北地區(qū)的以北地區(qū)）附近的低槽較深，而偏少年該地區(qū)盛行西北氣流，東亞大槽卻比較強勁。圖2e、f、g、h為合成風場及低頻風場，偏多年風場均盛行西南風，季風槽（西南風和東南風的匯合處）偏東且強度強；副高西邊界明顯偏東。西太平洋地區(qū)（南海大部和菲律賓以東一直延伸到150°E附近）大多處于低層低頻氣旋性輻合的環(huán)流場控制中，有利于臺風的形成和加強。在500 hPa位勢高度場、SST以及850 hPa低頻能量場3方面，臺風偏多年與偏少年的風場、低頻場有著截然相反的特征，這足以說明8月臺風偏多（少）的典型環(huán)流特征是一個共性而不是偶然。

圖3 2014年8月臺風頻數異常年合成的低頻緯向風隨時間傳播圖

西太平洋熱帶氣旋的生成也和大氣季節(jié)內振蕩的傳播、強度有一定關系[12]，按照前述分類方法，經過濾波作出圖3。臺風偏多年和偏少年大氣低頻經向傳播特點截然不同，多臺風年表征為較系統的西傳（見圖3a箭頭方向所示），印度半島南側（80°E）到菲律賓群島（120°E）一帶的8月中上旬異常低頻場都處在西風位相中，并且同時達到最大，強度達到最強2 m/s。說明該地區(qū)的低頻能量能夠促進8月份西北太平洋臺風的多發(fā)。而在少臺風年，8月上旬為低頻負異常，與多臺風年傳播位相完全相反。8月中下旬低頻正異常才出現在菲律賓（120°E）以西地區(qū)。7月中旬之后傳播方向均以系統性東傳為主。從圖3c、d可以看到臺風頻數偏多、少年里，ISO的緯向傳播位相也是完全相反的。這與祝從文等[13]的研究是一致的。在頻數多年的8月上旬，菲律賓群島（10°N附近）為低頻正異常，并達到最大2.5 m/s。8月下旬轉為負位相；頻數少年由7月上旬出現的正位相，到8月份轉為負位相，并達到最大值-3.0 m/s，這可以說明低頻正位相有利于臺風形成和發(fā)展。從緯向傳播特征來看，多臺風年從5月開始即為一致的向北傳播，北傳可以達到40°N。而在少臺風年里，大氣ISO在7月中旬之前，近赤道地區(qū)沒有明顯的向南或向北傳播特征，到了7月中下旬開始向北傳播，但是到30°N與較高緯度的匯合之后轉而向南傳播，北傳不如多臺風年顯著。這些分析與全年臺風頻數異常時大氣ISO所具有位相分布及傳播特征相類似[12]，但也存在一些自己的特點。

4 2014年8月臺風異常概述及偏少原因分析

2014年西北太平洋共生成23個熱帶氣旋（160°E以西的西北太平洋區(qū)域所有編號的熱帶低壓以上的熱帶氣旋）。2014年臺風的特點首先就是總數少，登陸頻數少。尤其是歷年生成臺風最多的8月，創(chuàng)下了西北太平洋8月臺風生成的歷史最少記錄。本節(jié)主要針對2014年8月臺風異常偏少的情況做一診斷分析。

從圖4上可以看到無論是7—10月還是8月熱帶氣旋頻數都存在振蕩向下的趨勢，以20世紀70年代中后期為界限呈現逐漸減少的趨勢。2014年8月異常無臺風也是在臺風頻數長期減少的大背景下的極端現象。

從500 hPa副熱帶高壓及其距平的異常位置（見圖5d）來看，西太平洋副高控制了我國東南沿海地區(qū)，位置偏南，并且距平場上江南南部和華南地區(qū)出現大范圍正距平，位勢高度呈現北低南高的狀態(tài)，在這種形勢控制下，我國東南、華南沿海及南海北部、菲律賓東北部一帶盛行下沉氣流，導致熱帶洋面對流不活躍，形成了不利于臺風生成的環(huán)境。這與余帆等[14]的研究是一致的。圖5c是66 a平均和2014年8月的季風槽位置，往年季風槽可以從130°E、20°N延伸至150°E、10°N，而2014年8月季風槽不明顯，范圍和強度都有所減弱。研究表明季風槽為臺風的形成提供了大量條件，臺風大多發(fā)生在季風槽中[6，12]。因此季風槽的強度弱、范圍小抑制了該海區(qū)的對流運動，直接影響了臺風的生成、發(fā)展和加強，從而造成2014年8月臺風異常偏少。

從850 hPa風場距平圖（見圖5a）可以看到，在臺灣至菲律賓以東洋面上為距平反氣旋，并且在西北太平洋有一支從160°E、20°N向西南延伸到赤道的距平東北氣流，反氣旋與強大的東北風距平配合，造成西南暖濕氣流的減弱，這與季風槽的減弱并存。在赤道中東太平洋海區(qū)（170°W、0°N—110°W、20°N）存在一支異常強勁的西南風，其極大值達到8～10 m/s，大大削弱赤道東風的強度，甚至轉為西風，引起赤道緯圈沃克環(huán)流的大大減弱，從沃克環(huán)流方向抑制了西北太平洋海域對流的發(fā)展，形成不利于臺風生成的大氣環(huán)流形勢。這與陳美榕[15]的研究一致。

圖4 1949—2014年熱帶氣旋頻數距平及其5點滑動平均對比分析

圖5 2014年8月大氣環(huán)流形勢場

5 2014年8月大氣環(huán)流場與統計結果的對比

上文將1949—2014年8月熱帶氣旋頻數異常的大氣環(huán)流形勢場做了相關和合成分析，現將2014年的情況與統計結果做一對比。這些分析有助于找到2014年8月熱帶氣旋頻數異常的普遍性和特殊性。

圖6中500 hPa位勢高度場上極渦中心值偏低，東亞大槽偏深，使我國北方地區(qū)高度場偏低，高度距平呈現北低南高，副高偏南偏強。從SST分布情況來看與合成分析也十分符合，西太平洋海表29℃等溫線西伸到孟加拉灣北部，雖然從距平場（見圖5b）上看孟加拉灣北部正距平并不明顯，但是圖2a和圖2e可以看到，8月頻數偏多和偏少的年份在該區(qū)域的SST要相差1～2℃，可能是由于太平洋北部和東部的距平相對孟加拉灣北部的SST距平要大很多，但其并不是8月臺風頻數的主要相關因子，這一點有待進一步研究。從850 hPa低頻緯向風來看6月中旬和8月上旬120°E為負位相，且經向傳播方向近似為自西向東傳播至120°W，從緯向分布來看，10—20°N區(qū)域在6月中旬和8月上旬同樣均為負位相，且傳播方向為自赤道向北傳播，到30°N與北邊一支匯合。低頻風場上，我國東南海域存在一個反氣旋環(huán)流，以上結論都說明2014年8月的大氣環(huán)流形勢屬于典型的臺風異常偏少型，同時也驗證了之前的相關和合成分析結果。

6 小結

本文結合8月西北太平洋熱帶氣旋異常的相關和合成分析，對2014年8月熱帶氣旋頻數異常的原因進行了診斷分析和對比統計分析，得到以下結論：

圖6 2014年8月海氣要素場

（1）西北太平洋8月熱帶氣旋頻數和赤道、副熱帶海域的500 hPa位勢高度場存在顯著負相關；同時與孟加拉灣北部SST、赤道中東太平洋850 hPa緯向風場和印緬地區(qū)地面低壓系統有關聯。4—7月赤道區(qū)域的異常位勢高度場與當年的8月熱帶氣旋頻數有顯著負相關；

（2）8月熱帶氣旋偏多、少年特征明顯不同。偏少年孟加拉灣北部SST偏高，極渦中心值偏低，副高位置偏南偏西，強度偏強，北半球位勢高度梯度小，東亞大槽淺，而偏多年則相反；

（3）8月熱帶氣旋偏多、少年低頻風場的位相分布完全相反，經、緯向傳播特征明顯不同。熱帶氣旋偏多年在6月中旬和8月上旬為正位相，偏少年相反；偏多年表現為系統的西傳和北傳，偏少年經向為東傳，沒有確定的緯向傳播特征；

（4）西太平洋副高控制了我國東南沿海地區(qū)，位置偏南，位勢高度呈現北低南高的狀態(tài)。受赤道中太平洋SST異常增暖的影響，沃克環(huán)流發(fā)生異常。季風槽位置較常年明顯偏西、強度顯著偏弱，這些是造成2014年8月熱帶氣旋異常偏少的直接原因。這驗證了之前的相關和合成分析結果。

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Characteristics analysis of abnormal tropical cyclone frequency in august in the Northwest Pacific

NI Wen-qi1，JIANG Guo-rong2，CHEN Yi-de2，DU Zhen-cai1，LU Xu1，WEI Dao-ming1，LING Cong-jing1，YU Hong-di1，KANG Jian-wei1
（1.The 61741 Army Meteorological Center,Beijing 100074 China;2.The PLA university of science and technology,Nanjing 211101 China）

Using 2.5°×2.5°monthly average data from 1949 to 2014 from National Centers for Environmental Prediction and typhoon yearbook by Shanghai Typhoon Institute,the statistical correlation and synthetic analysis towards the abnormal typhoon frequency inAugust are made through analyzing the reason of fewer TropicalCyclone(TC)frequency in August 2014 and the related and synthetic results are verified.The conclusions are 1) typhoon frequency in August in the northwest Pacific has significant negative correlation with the geopotential height on 500hPa at the equator and subtropical area,abnormal equatorial geopotential height in April-July in the same year;it also has significant correlation with the SST of the northern bay of Bengal,zonal wind field on 850hPa at middle-east equator Pacific Ocean and low pressure system of Indian-Burma area.2)In fewer typhoon years,the SST of the northern bay of Bengal is higher,the value of polar vortex center is lower,the subtropical high is stronger,geopotential height gradient of the northern hemisphere is small,east Asia trough is shallow, while oppositely in more typhoon years.3)The phases of low frequency energy are entirely opposite in more and less typhoon years,propagation characteristics are obviously different.For more typhoon years,positive phases appear in the middle of June and early August,while fewer years are opposite;For more typhoon years, propagation characteristic is systematically westward,while eastward in fewer years.4)The causes of abnormal fewer typhoon frequency in August 2014 are that the location of western Pacific subtropical high is further south, anomaly of walker circulation happens while the influence of anomaly higher middle equatorial Pacific SST, position of monsoon trough is obvious westward,and intensity is significantly weaker.5)The situations in 2014 belongs to representative fewer typhoon type,which coincides with the historical statistics and synthetic results.

typhoon frequency in august；SST diagnostic analysis；correlation；atmospheric ISO；low frequency propagation

P444

A

1003-0239（2017）01-0047-10

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.01.006

2016-02-29；

2016-07-13。

國家自然科學青年基金（41306010）。

倪文琪（1983-），女，工程師，碩士，從事海氣相互作用、區(qū)域氣候模式和天氣預報等方面研究工作。E-mail：niwenqi@126.com