許澤銘，吳敏敏，黃華明，王磊

（廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江 524088）

熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）是一種破壞力極大的自然災(zāi)害，對(duì)TC生成活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)分析一直是廣大氣象科技工作者的研究重點(diǎn)［1-2］。在西北太平洋（WNP）海域生成的TC有很多會(huì)在我國(guó)沿海登陸，給沿海地區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡［3-6］。

TC活動(dòng)的變異在很大程度上取決于大尺度背景環(huán)流狀態(tài)的變異［7］。垂直風(fēng)切變、低層相對(duì)渦度以及對(duì)流層低層和中層的相對(duì)濕度對(duì)TC生成活動(dòng)的變化起著重要的作用［8-10］。局地海表面溫度（SST）的變化可以通過(guò)影響海面蒸發(fā)和熱通量，而非局地SST變化也可以通過(guò)產(chǎn)生大氣環(huán)流異?；蛘叽髿膺b相關(guān)型影響TC生成海域的大氣背景環(huán)境，進(jìn)而影響TC生成活動(dòng)［11-12］。

前人的研究關(guān)注更多的是WNP海域TC盛期（6—10月）的活動(dòng)，對(duì)春季（3—5月）TC的研究相對(duì)較少。Xu等［13］發(fā)現(xiàn)WNP 5月份 TC生成數(shù)量在20世紀(jì)90年代末以后出現(xiàn)顯著的增多趨勢(shì)；Tu等［14］也發(fā)現(xiàn)WNP在5月份出現(xiàn)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻次在2000年以后有顯著增多的趨勢(shì)。雖然WNP春季TC生成數(shù)目較少，但春季TC的登陸也可能會(huì)給我國(guó)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。例如，2006年5月的臺(tái)風(fēng)“珍珠”在我國(guó)廣東登陸，對(duì)廣東、福建等地區(qū)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，對(duì)WNP春季TC生成數(shù)量的變異進(jìn)行研究是具有現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)意義的。

本研究將進(jìn)一步分析春季W(wǎng)NP區(qū)域TC生成數(shù)量的年際變異特征，對(duì)比春季與其他季節(jié)的TC生成數(shù)量年際變異的異同，考察春季TC生成偏多年與偏少年對(duì)應(yīng)的背景環(huán)境場(chǎng)的差異，探究影響春季TC數(shù)量年際變化的物理過(guò)程和變異機(jī)制。研究結(jié)果將有助于更加全面地認(rèn)識(shí)WNP TC在不同季節(jié)的生成活動(dòng)規(guī)律，以及提高臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的早期預(yù)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究中使用的TC數(shù)據(jù)來(lái)自IBTrACSWMO數(shù)據(jù)集［15］；SST數(shù)據(jù)為 ERSST月平均數(shù)據(jù)［16］。大氣環(huán)境場(chǎng)數(shù)據(jù)使用的是 NCEP-NCAR再分析月平均數(shù)據(jù)［17］。選取數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍均為1980—2016年。

TC生成數(shù)量選取的是在春季（3—5月）WNP區(qū)域（100°E—180°E，0°N—30°N）內(nèi)所生成的TC的數(shù)量。本研究選用Ni?o 3.4指數(shù)作為 El Ni?o-Southern Oscillation（ENSO）的表征指數(shù)，定義為赤道東太平洋區(qū)域（170°W—120°W，5°N—5°S）的SST異常值。數(shù)據(jù)時(shí)間序列通過(guò)7年高通濾波去除年代際變化信號(hào)之后得到年際變化。依據(jù)大于或小于1倍的標(biāo)準(zhǔn)方差選取WNP春季TC數(shù)量偏多或偏少年份。若某一年份TC數(shù)量≥4個(gè)，就定義此年為TC數(shù)量偏多年；選取的偏少年的春季TC數(shù)量=0個(gè)。選取的偏多年和偏少年的TC個(gè)數(shù)的差異可以通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)。通過(guò)合成分析對(duì)比TC偏多年和偏少年的環(huán)境背景場(chǎng)差異。利用小波分析考察TC生成數(shù)量變化的主周期特征。利用相關(guān)分析來(lái)考察WNP春季TC數(shù)量與ENSO以及SST的相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)的顯著性用t檢驗(yàn)來(lái)進(jìn)行判別。

2 WNP春季TC生成數(shù)量的年際變異

通過(guò)統(tǒng)計(jì)1980—2016年期間WNP每年春季TC的生成數(shù)量，可以發(fā)現(xiàn)WNP春季TC生成數(shù)量存在顯著的年際變化（圖1a）。WNP每年春季TC的平均生成數(shù)量約為2.1個(gè)，其中TC生成數(shù)量最多出現(xiàn)在1997、2008和2015年，生成數(shù)量各為5個(gè)。TC生成數(shù)量最少出現(xiàn)在1983、1984、1992、1998、2013和2016年，生成數(shù)量均為0個(gè)。

春季W(wǎng)NP TC的生成位置傾向于東西向延伸分布（圖1b），平均生成位置位于141.11°E，8.93°N。相比較地，WNP在夏季的TC平均生成位置位于 138.37°E，15.96°N；在秋季（9—11月）的TC平均生成位置位于142.01°E，13.81°N。因此，WNP春季TC的生成位置相對(duì)于夏季和秋季來(lái)說(shuō)生成緯度更低，位置更加偏南。

圖1 1980—2016年期間WNP春季TC生成數(shù)量的時(shí)間序列（a）和生成位置的空間分布（b）

春季與夏季TC數(shù)量之間的相關(guān)系數(shù)（-0.042）很小，這表明春季TC數(shù)量跟夏季TC數(shù)量的年際變化規(guī)律并不一致（圖2）。以往的研究多關(guān)注TC盛期（例如夏季）WNP海域TC生成活動(dòng)，由于春季與夏季的TC生成數(shù)量的年際變化并不相同，因此本研究需要對(duì)WNP春季TC生成數(shù)量的年際變化進(jìn)行單獨(dú)研究。另外注意到，WNP春季與秋季TC生成數(shù)量時(shí)間序列的相關(guān)系數(shù)是-0.382（圖2），表明兩者傾向于反位相的變化趨勢(shì)?；谶@種反位相關(guān)系，可以利用當(dāng)年WNP春季的TC生成數(shù)量對(duì)接下來(lái)秋季的TC生成數(shù)量活躍程度進(jìn)行預(yù)估，有助于更好地認(rèn)識(shí)當(dāng)年其它季節(jié)的TC生成活動(dòng)。

圖2 WNP海域TC生成數(shù)量異常在不同季節(jié)（春季、夏季和秋季）的時(shí)間序列對(duì)比圖

3 TC數(shù)量偏多年和偏少年對(duì)應(yīng)環(huán)境背景場(chǎng)的對(duì)比

以當(dāng)年TC生成數(shù)量大于或小于1倍的標(biāo)準(zhǔn)方差為標(biāo)準(zhǔn)，選取春季W(wǎng)NP TC數(shù)量偏多年和偏少年進(jìn)行合成分析。共選取7個(gè)TC數(shù)量偏多年（1982、1986、1991、1997、2003、2008、2015年）和6個(gè) TC數(shù)量偏少年（1983、1984、1992、1998、2013和2016年）。對(duì)比偏多年和偏少年對(duì)應(yīng)環(huán)境背景場(chǎng)（包括低層大氣相對(duì)渦度、垂直風(fēng)切變、中層相對(duì)濕度和SST）的差異。

3.1 大氣相對(duì)渦度和風(fēng)場(chǎng)

由850 hPa相對(duì)渦度和風(fēng)場(chǎng)的氣候態(tài)平均場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，在春季W(wǎng)NP海域TC生成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的基本為正的850 hPa相對(duì)渦度。在10°N以北的海域，850 hPa相對(duì)渦度整體為負(fù)值，該區(qū)域基本沒(méi)有TC生成。WNP春季TC生成數(shù)量偏多年份的背景風(fēng)場(chǎng)對(duì)應(yīng)更強(qiáng)的正的850 hPa相對(duì)渦度異常（圖3），更有利于 TC的生成。通過(guò)對(duì)比850 hPa大氣環(huán)流場(chǎng)，TC偏多年對(duì)應(yīng)的正的850 hPa相對(duì)渦度異常是由氣旋型的環(huán)流異常所貢獻(xiàn)的。

圖3 春季TC偏多年與偏少年850 hPa相對(duì)渦度差值分布（單位：×10-6 s-1）

3.2 大氣垂直風(fēng)切變

春季氣候平均態(tài)的大氣垂直風(fēng)切變顯示，在TC生成區(qū)域的垂直風(fēng)切變相對(duì)較小，基本都小于10 m/s；在TC生成區(qū)域以北，垂直風(fēng)切變呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)，這種增強(qiáng)的垂直風(fēng)切變不利于TC生成。根據(jù)TC數(shù)量偏多年份與偏少年份的垂直風(fēng)切變的對(duì)比圖（圖4），可以看出，TC數(shù)量偏多年份的背景風(fēng)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的垂直風(fēng)切變顯著地減小，這也更有利于TC的生成。

圖4 春季TC偏多年與偏少年垂直風(fēng)切變差值分布（單位：m/s）

3.3 中層大氣相對(duì)濕度

春季氣候平均態(tài)的500 hPa相對(duì)濕度顯示，TC生成的區(qū)域也是500 hPa相對(duì)濕度相對(duì)較高的區(qū)域。在10°N以北的海域，500 hPa相對(duì)濕度顯著降低，相對(duì)應(yīng)地在這些區(qū)域也基本上沒(méi)有TC生成。通過(guò)對(duì)比TC數(shù)量偏多和偏少年份（圖略），TC數(shù)量偏多年份的500 hPa相對(duì)濕度顯著增加，正值的范圍也出現(xiàn)北移。TC偏多年和偏少年的差值顯示在WNP海域出現(xiàn)大范圍500 hPa相對(duì)濕度的顯著正異常。這些現(xiàn)象都說(shuō)明TC偏多年500 hPa相對(duì)濕度場(chǎng)的分布為TC生成提供了更有利的條件。

3.4 海表面溫度

根據(jù)氣候態(tài)平均SST和TC生成位置的空間分布，春季TC生成區(qū)域主要分布在WNP暖池范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)TC數(shù)量偏多和偏少年對(duì)應(yīng)SST差值的比較，在前一年冬季赤道東太平洋出現(xiàn)顯著的SST冷異常，這種冷異常可以持續(xù)到接下來(lái)的春季，而在接下來(lái)的冬季赤道東太平洋出現(xiàn)顯著的SST暖異常。這種SST形態(tài)分布表明在TC生成數(shù)量偏多年份的前一個(gè)冬季傾向于發(fā)生La Ni?a冷事件，然后在接下一個(gè)冬季迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镋l Ni?o暖事件，這種位相轉(zhuǎn)變代表了準(zhǔn)兩年周期的ENSO演變過(guò)程［18］。在1980—2016年期間WNP春季TC數(shù)量與之前冬季和同時(shí)期春季的Ni?o3.4指數(shù)都呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.47和-0.32。這表明：在前一個(gè)冬季出現(xiàn)La Ni?a冷事件的情況下，WNP春季的TC數(shù)量趨向更多。

對(duì)春季TC生成數(shù)量時(shí)間序列進(jìn)行小波分析發(fā)現(xiàn)：春季W(wǎng)NP的TC生成數(shù)量也具有準(zhǔn)兩年（2～3年）的周期特征。這種準(zhǔn)兩年變化周期與ENSO的準(zhǔn)兩年周期變化密切相關(guān)，特別是在20世紀(jì)90年代初期以后，ENSO的準(zhǔn)兩年變化周期有顯著的增強(qiáng)［19］。這表明在ENSO準(zhǔn)兩年周期演變的影響下，春季W(wǎng)NP的TC生成數(shù)量也具有一定的準(zhǔn)兩年周期特征。

4 結(jié)論

1）WNP春季與夏季的TC生成數(shù)量的年際變化特征具有明顯差別，與秋季TC生成數(shù)量?jī)A向于反位相的變化。

2）WNP春季 TC數(shù)量偏多年具有更強(qiáng)的850 hPa大氣相對(duì)渦度、更小的垂直風(fēng)剪切和更高的500 hPa大氣相對(duì)濕度，這些背景環(huán)境場(chǎng)的變化為TC的生成提供了更有利的環(huán)境，促使TC生成數(shù)量的增多。

3）WNP春季的 TC數(shù)量與上一年冬季的Ni?o 3.4指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。在上一個(gè)冬季出現(xiàn)La Ni?a冷事件時(shí)，WNP春季的TC生成數(shù)量趨向更多。

4）受到ENSO準(zhǔn)兩年周期演化過(guò)程的顯著影響，春季W(wǎng)NP的TC生成數(shù)量也表現(xiàn)出一些準(zhǔn)兩年周期特征。

以往的研究發(fā)現(xiàn)ENSO與WNP盛期（6—10月）的TC生成個(gè)數(shù)的相關(guān)系數(shù)并不高，而ENSO與TC生成位置具有更好的相關(guān)關(guān)系［20］。相比較盛期，本研究的結(jié)果顯示W(wǎng)NP春季TC生成個(gè)數(shù)與ENSO的相關(guān)關(guān)系更強(qiáng)。前人結(jié)果也發(fā)現(xiàn)WNP海域盛期TC生成個(gè)數(shù)的年際變化可能受到熱帶印度洋 SST［21］、熱帶大西洋 SST［22］、熱帶西太平洋和西南太平洋SST梯度［23］的影響。而與ENSO密切關(guān)聯(lián)的熱帶東太平洋SST對(duì)春季TC的年際異常表現(xiàn)出更重要的影響。另外，春季TC生成數(shù)量的準(zhǔn)兩年周期也比盛期的TC更加明顯。

WNP春季TC與秋季TC生成數(shù)量呈現(xiàn)出反位相關(guān)系，即當(dāng) WNP春季 TC生成數(shù)量偏多（少）時(shí)，在當(dāng)年接下來(lái)的秋季TC數(shù)量?jī)A向偏少（多）。這種反位相關(guān)系可以幫助利用當(dāng)年WNP春季的TC生成數(shù)量異常對(duì)接下來(lái)秋季的TC生成數(shù)量活躍程度進(jìn)行預(yù)估。

本研究主要關(guān)注了WNP春季TC生成數(shù)量的年際變異，TC的位置、路徑和強(qiáng)度也是表征TC活動(dòng)的重要參量，在今后的研究中將進(jìn)一步分析春季TC生成位置、路徑和強(qiáng)度的變化及其影響因素，完善和加深人們對(duì)WNP海域TC活動(dòng)的認(rèn)識(shí)。