楊亞新

（江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)學(xué)院，江蘇南通 226010）

0 引言

南海是西北太平洋熱帶氣旋的主要發(fā)生源地之一。與西北太平洋熱帶氣旋相比，南海熱帶氣旋具有范圍小、發(fā)展快、強(qiáng)度強(qiáng)、移動(dòng)路徑復(fù)雜多變等特點(diǎn)，對(duì)南海及周邊地區(qū)的影響不容忽視，其帶來(lái)的狂風(fēng)、暴雨、巨浪、風(fēng)暴潮也嚴(yán)重影響過(guò)往船舶的航行安全。因此，分析南海熱帶氣旋的活動(dòng)規(guī)律與大風(fēng)分布特征，能夠?yàn)槟虾釒庑目茖W(xué)預(yù)測(cè)和船舶防避提供參考。

對(duì)于南海熱帶氣旋，前人做了不少研究，有部分是關(guān)于其強(qiáng)度和路徑預(yù)報(bào)的[1-3]，但更多的是氣候統(tǒng)計(jì)特征分析。李春暉等[4]利用1949—1999 年《臺(tái)風(fēng)年鑒》資料，研究了近50 a 南海海域生成和經(jīng)過(guò)的熱帶氣旋位置點(diǎn)頻數(shù)的時(shí)空分布特征及其海洋影響因子，結(jié)果表明6—10 月熱帶氣旋位置點(diǎn)頻數(shù)表現(xiàn)出明顯的地理分布集聚性特征，主要分布在南海15°～22°N 海域，并有明顯的年代際變化特征。江文等[5]利用1949—2019 年的熱帶氣旋資料，對(duì)不同移動(dòng)路徑的南海熱帶氣旋的頻數(shù)、源地、強(qiáng)度變化等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，近70 年來(lái)南海熱帶氣旋頻數(shù)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，其中東北走向的頻數(shù)相對(duì)較少，西/西北走向的頻數(shù)相對(duì)較多，東北走向的熱帶氣旋平均強(qiáng)度比西/西北走向更強(qiáng)，生命史也更長(zhǎng)。秦南南等[6]利用中國(guó)氣象局1949—2017年的熱帶氣旋資料對(duì)南海地區(qū)的熱帶氣旋特征進(jìn)行了研究，分析了熱帶氣旋生成的時(shí)空分布特征、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間特征以及登陸熱帶氣旋的特征，結(jié)果表明，南海熱帶氣旋生成的密度中心主要集中在19°N、115°E 附近，生成和登陸均主要集中在夏、秋兩季，持續(xù)時(shí)間多在7 d 以下，移動(dòng)路徑主要為西行和西北行。廖菲等[7]利用1949—2017年的熱帶氣旋資料，統(tǒng)計(jì)分析了不同等級(jí)熱帶氣旋的發(fā)生強(qiáng)度和路徑快速變化的特征。曹力戈等[8]利用中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家海洋信息中心的海洋再分析數(shù)據(jù)，研究了途經(jīng)南海的熱帶氣旋迅速加強(qiáng)的年代際變化。黃小燕等[9]、胡皓等[10]研究了環(huán)境場(chǎng)與南海熱帶氣旋活動(dòng)的關(guān)系。這些研究為南海熱帶氣旋的預(yù)報(bào)和科研提供了重要的參考。

然而，以上研究主要集中在南海熱帶氣旋的發(fā)生頻率、強(qiáng)度、源地等方面，對(duì)氣旋各月移動(dòng)路徑的研究比較少見，對(duì)其7 級(jí)和10 級(jí)大風(fēng)分布特征的研究尚未見有報(bào)道。此外，以上研究采用的資料均為1949 年以來(lái)的，由于早期觀測(cè)技術(shù)和分析手段的落后，歷史資料在完整性和準(zhǔn)確性上均有不足，不可避免地會(huì)影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果。因此，利用相對(duì)完整和準(zhǔn)確的最近幾十年的觀測(cè)數(shù)據(jù)資料對(duì)南海生成熱帶氣旋活動(dòng)的氣候特征進(jìn)行再分析是十分必要的。本文基于東京臺(tái)風(fēng)中心提供的西北太平洋最近50年的熱帶氣旋資料，對(duì)南海生成熱帶氣旋的發(fā)生頻數(shù)、發(fā)生源地、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間、移動(dòng)路徑以及大風(fēng)分布特征進(jìn)行較為全面、系統(tǒng)地分析，以補(bǔ)充、修正前人的研究成果，同時(shí)為有效預(yù)測(cè)、防避南海熱帶氣旋提供參考。

1 資料與說(shuō)明

南海熱帶氣旋資料來(lái)源于世界氣象組織區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心（The Regional Specialized Meteorological Center，RSMC）——東京臺(tái)風(fēng)中心提供的西北太平洋1971—2020 年共50 a 的熱帶氣旋資料[11]，包括熱帶氣旋編號(hào)、每隔6 h 一次的中心位置、中心氣壓、近中心最大平均風(fēng)速、30 kt 和50 kt 大風(fēng)圈的半徑等。熱帶氣旋的分類采用國(guó)際分類標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。 我國(guó)熱帶氣旋分類標(biāo)準(zhǔn)較國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)多兩個(gè)等級(jí)，即將12 級(jí)以上的臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步分成了臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；另外，我國(guó)熱帶氣旋近中心最大平均風(fēng)速采用2 min 最大持續(xù)風(fēng)速，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用的是10 min最大持續(xù)風(fēng)速。

表1 國(guó)際熱帶氣旋分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 International classification standards for tropical cyclones

資料的統(tǒng)計(jì)范圍為0°～23°N，105°～120°E 的南海地區(qū)，統(tǒng)計(jì)的熱帶氣旋只是在南海海域內(nèi)生成（不包括從西北太平洋移入）且強(qiáng)度達(dá)到熱帶風(fēng)暴（TS）等級(jí)以上的熱帶氣旋，下文統(tǒng)一簡(jiǎn)稱南海熱帶氣旋。

2 南海熱帶氣旋的活動(dòng)規(guī)律

2.1 南海熱帶氣旋的頻數(shù)

1971—2020 年南海共發(fā)生熱帶氣旋153 個(gè)，其中，熱帶風(fēng)暴（TS）93 個(gè)，占60.8%，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）37 個(gè)，占24.2%，臺(tái)風(fēng)（T）23 個(gè)，占15.0%。南海熱帶氣旋巔峰強(qiáng)度以熱帶風(fēng)暴級(jí)為主，臺(tái)風(fēng)級(jí)發(fā)生頻率最小，遠(yuǎn)低于西北太平洋臺(tái)風(fēng)的發(fā)生頻率（約占總數(shù)的50%）[12]。

南海熱帶氣旋發(fā)生數(shù)年際變化較大（見圖1），最多年份為6 個(gè)（1997 年），個(gè)別年份沒有熱帶氣旋發(fā)生（1993年和2006年），平均每年發(fā)生數(shù)為3.1個(gè)，這與文獻(xiàn)[6]得出的平均每年發(fā)生數(shù)為4.8 個(gè)的結(jié)論不一致，這可能與資料來(lái)源、統(tǒng)計(jì)年限、統(tǒng)計(jì)范圍等不同有關(guān)。20 世紀(jì)70 年代和80 年代南海熱帶氣旋的發(fā)生數(shù)接近平均值，20 世紀(jì)90 年代后期—21 世紀(jì)初發(fā)生數(shù)明顯上升，高于平均值，此后又開始下降，2016年后又有所上升。

圖1 南海熱帶氣旋生成頻數(shù)的年際變化Fig.1 Interannual variation of the frequency of tropical cyclones in the South China Sea

南海熱帶氣旋的發(fā)生數(shù)具有明顯的月際變化特征（見圖2）。在統(tǒng)計(jì)的時(shí)間范圍內(nèi)，1 月和2 月南海沒有熱帶氣旋生成，3 月和4 月生成數(shù)量極少，50年中僅各有1個(gè)生成，5月開始熱帶氣旋生成數(shù)量顯著增多，8月達(dá)到峰值，10月以后迅速減少，其中6—9月為盛行期，這4個(gè)月中熱帶氣旋發(fā)生數(shù)占總數(shù)的近70%。由此可見，南海熱帶氣旋主要發(fā)生在夏秋季節(jié)，冬春季節(jié)較少。

圖2 南海熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)的月際變化Fig.2 Monthly variation of the frequency of tropical cyclones in the South China Sea

2.2 南海熱帶氣旋的發(fā)生源地

圖3 為2°×2°網(wǎng)格內(nèi)南海熱帶氣旋的發(fā)生數(shù)。由圖可見，此類熱帶氣旋在0°～22°N，105°～120°E范圍內(nèi)均有生成，但主要集中在14°～20°N，114°～120°E 的范圍內(nèi)，尤其是16°～18°N 的東部海面最多。這一結(jié)論與前人的研究結(jié)論[4，6]基本一致。由此可見，南海熱帶氣旋主要發(fā)生在南海中北部偏東海面上。

圖3 1971—2020年2°×2°經(jīng)緯度網(wǎng)格內(nèi)南海熱帶氣旋的發(fā)生數(shù)Fig.3 The numbers of tropical cyclones in the South China Sea in the 2°×2°longitude and latitude grid

南海熱帶氣旋的生成源地與季節(jié)關(guān)系比較密切，尤其表現(xiàn)在生成的平均緯度與季節(jié)的關(guān)系上（見圖4）。3 月和4 月南海熱帶氣旋生成于14°N 以南，5月開始生成源地顯著北移，8月達(dá)到最北，平均位置位于17°N 以北，以后又逐漸南退，10 月以后，生成源地平均位置迅速南撤至13°N 以南，基本與3月和4月相同。南海熱帶氣旋生成位置的這一季節(jié)變化特征與南海海溫的季節(jié)變化關(guān)系密切[8]，6—9月南海北部的海溫高于29 ℃，為南海熱帶氣旋的大量生成提供了有利的海洋熱力條件。

圖4 南海熱帶氣旋生成的平均緯度與季節(jié)的關(guān)系Fig.4 The relationship between the average latitude and season of tropical cyclones in the South China Sea

從強(qiáng)度來(lái)看，不同強(qiáng)度等級(jí)的熱帶氣旋在南海的各個(gè)區(qū)域都可以形成，但總體來(lái)說(shuō)，南海熱帶氣旋發(fā)展強(qiáng)度越強(qiáng)，其生成地的高頻中心有向東、向南偏移的趨勢(shì)（見圖5）。如臺(tái)風(fēng)（T）生成的平均位置為14.3°N，115.5°E，而熱帶風(fēng)暴（TS）位置為15.2°N，114.3°E，臺(tái)風(fēng)較熱帶風(fēng)暴生成的平均位置偏南近1個(gè)緯度、偏東超過(guò)1 個(gè)經(jīng)度。其原因可能是熱帶氣旋生成位置越偏南、偏東，在海面上移行距離越長(zhǎng)，獲得的熱量和水汽越多，發(fā)展越強(qiáng)。

圖5 南海不同強(qiáng)度等級(jí)熱帶氣旋的生成源地（1971—2020年）Fig.5 Origin of tropical cyclones of different intensity levels(1971—2020)

2.3 南海熱帶氣旋的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間

1971—2020 年，南海熱帶氣旋中心最低氣壓為940～1 004 hPa，平均中心氣壓值為985.4 hPa，近中心最大風(fēng)速為35～85 kt，平均最大風(fēng)速為48.3 kt。熱帶風(fēng)暴（TS）、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）、臺(tái)風(fēng)（T）的中心最低氣壓的平均值分別為991.8 hPa、981.8 hPa 和966.1 hPa；近中心最大風(fēng)速的平均值分別為40.4 kt、54.1 kt和69.8 kt（見表2）。

表2 南海熱帶氣旋的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間Tab.2 Intensity and duration of tropical cyclones generated in the South China Sea

南海熱帶氣旋的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為22 d（1986年第14 號(hào)臺(tái)風(fēng)），最短的僅為2 d，平均持續(xù)天數(shù)為6.2 d。熱帶氣旋持續(xù)天數(shù)與其強(qiáng)度有著非常密切的關(guān)系，臺(tái)風(fēng)（T）的平均持續(xù)天數(shù)為9 d，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）的平均持續(xù)天數(shù)為6.9 d，而熱帶風(fēng)暴（TS）的平均持續(xù)天數(shù)為5.1 d（見表2）。1971—2020 年，南海153 個(gè)熱帶氣旋中有34 個(gè)最后轉(zhuǎn)變?yōu)闇貛庑ㄕ?2.2%），如果不考慮熱帶氣旋轉(zhuǎn)變?yōu)闇貛庑奶鞌?shù)，則南海熱帶氣旋的平均持續(xù)天數(shù)為5.6 d。

2.4 南海熱帶氣旋的移動(dòng)路徑

圖6 為1971—2020 年3—12 月南海熱帶氣旋的移動(dòng)路徑圖。綜觀各月南海熱帶氣旋的移動(dòng)路徑，大致可劃分為4 類：西移和西北移型、東北移型、倒拋物線型（先向東北或北，然后轉(zhuǎn)向西北）和不規(guī)則型。這其中西移和西北移型路徑最多，約占56%，其次為東北移型，約占28%，倒拋物線型和不規(guī)則型各約占8%。東北移型主要發(fā)生在5—6月，5月除1 條為西北移型外，其余均為東北移型，6 月也是東北移型路徑居多，占65%以上。倒拋物線型主要發(fā)生在7—8月，此類路徑相對(duì)較少。西移和西北移路徑各月都有發(fā)生，主要發(fā)生在6—12月，是南海熱帶氣旋移動(dòng)的主要路徑，其中6—9 月路徑偏北，一般在15°～25°N 之間西行或西北行，10—12 月路徑偏南，一般在10°～15°N 之間西行或西北行。不規(guī)則路徑主要包括打轉(zhuǎn)、回旋等，此類路徑出現(xiàn)不多。以上結(jié)論與文獻(xiàn)[5]中提出的“東北走向的南海熱帶氣旋頻數(shù)相對(duì)較少，其峰值集中在5 月、6 月，西/西北走向的南海熱帶氣旋頻數(shù)相對(duì)較多，其峰值集中在8月、9月”的結(jié)論基本一致。

圖6 1971—2020年南海熱帶氣旋各月的移動(dòng)路徑Fig.6 Monthly moving path of tropical cyclones in the South China Sea from 1971 to 2020

3 南海熱帶氣旋的大風(fēng)分布特征

3.1 大風(fēng)范圍的分布特征

南海熱帶氣旋10 級(jí)以上大風(fēng)范圍以熱帶氣旋中心呈對(duì)稱分布（即10級(jí)以上大風(fēng)圈以中心呈圓形分布）的居多，占總數(shù)的88.7%，不對(duì)稱分布的僅占11.3%。7 級(jí)以上大風(fēng)范圍以熱帶氣旋中心呈對(duì)稱分布的占57.6%，遠(yuǎn)小于10 級(jí)以上對(duì)稱分布的概率。在大風(fēng)不對(duì)稱分布的熱帶氣旋中，大風(fēng)圈的最大半徑主要出現(xiàn)在SE 方向上，其次為E 和S（見圖7），10 級(jí)以上大風(fēng)圈最大半徑在這3 個(gè)方向上出現(xiàn)的概率為91.9%，7 級(jí)以上大風(fēng)圈最大半徑在這3 個(gè)方向上出現(xiàn)的概率為77.2%。由此可見，在10 級(jí)和7 級(jí)大風(fēng)不對(duì)稱分布的南海熱帶氣旋中，大風(fēng)的最大范圍主要位于其中心的SE象限。

圖7 南海熱帶氣旋10級(jí)和7級(jí)大風(fēng)圈的最大半徑在各方位出現(xiàn)的概率（單位：%）Fig.7 Probability of occurrence of the maximum radius of tropical cyclone in the South China Sea with magnitude 10 and magnitude 7 in all directions(unit：%)

3.2 大風(fēng)范圍及其與熱帶氣旋強(qiáng)度的關(guān)系

南海熱帶氣旋10 級(jí)大風(fēng)圈的平均半徑為20～125 n mile，平均值為53.2 n mile；7 級(jí)大風(fēng)圈的平均半徑為20～450 n mile，平均值為142.3 n mile，約為10 級(jí)大風(fēng)圈平均半徑的3 倍。南海熱帶氣旋10 級(jí)和7級(jí)大風(fēng)圈的平均值均小于西北太平洋熱帶氣旋10 級(jí)和7 級(jí)大風(fēng)圈的平均值（分別為73.5 n mile 和187.9 n mile）[13]。南海熱帶氣旋大風(fēng)范圍的大小與其強(qiáng)度有著非常密切的關(guān)系，熱帶氣旋強(qiáng)度越強(qiáng)，大風(fēng)范圍越大。圖8為10級(jí)和7級(jí)大風(fēng)圈平均半徑與熱帶氣旋中心氣壓之間的關(guān)系。由圖8 可見，中心氣壓≤950 hPa 的熱帶氣旋的10 級(jí)大風(fēng)圈平均半徑為70～80 n mile，7 級(jí)的平均半徑為200～250 n mile；中心氣壓為950～980 hPa 的熱帶氣旋的10 級(jí)大風(fēng)圈平均半徑為50～60 n mile，7 級(jí)的平均半徑為 150～200 n mile；中心氣壓＞980 hPa 的熱帶氣旋的10 級(jí)大風(fēng)圈平均半徑為40～50 n mile，7 級(jí)的平均半徑為100～150 n mile。

圖8 南海熱帶氣旋10級(jí)和7級(jí)大風(fēng)圈平均半徑與其強(qiáng)度的關(guān)系Fig.8 The relationship between the mean radius and intensity of tropical cyclones of magnitude 10 and 7 in the South China Sea

4 結(jié)論

本文基于東京臺(tái)風(fēng)中心提供的西北太平洋最近50 年來(lái)的熱帶氣旋資料，對(duì)南海生成的TS 等級(jí)以上的熱帶氣旋的發(fā)生頻數(shù)、發(fā)生源地、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間、移動(dòng)路徑以及大風(fēng)分布特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。主要結(jié)論如下：

①南海平均每年發(fā)生熱帶氣旋3.1 個(gè)，其中以熱帶風(fēng)暴居多，占60%以上，臺(tái)風(fēng)僅占15%。發(fā)生頻數(shù)具有較明顯的年際和月際變化特征。20 世紀(jì)90 年代后期—21 世紀(jì)初期為南海熱帶氣旋的高發(fā)期。從季節(jié)來(lái)看，6—9 月為南海熱帶氣旋的盛行期，近70%的熱帶氣旋發(fā)生在這4個(gè)月。

②南海熱帶氣旋主要生成于南海中北部偏東海面，生成位置季節(jié)變化明顯，6—9 月平均生成位置聚集于17°N 附近，11 月—次年4 月生成于14°N以南的南海南部。5 月和10 月為季節(jié)轉(zhuǎn)換期，生成位置大幅北進(jìn)或南撤并伴有生成頻數(shù)的顯著增加或減少。

③南海熱帶氣旋中心最低氣壓為940 ～1 004 hPa，平均值為985.4 hPa，近中心最大風(fēng)速為35～85 kt，平均值為48.3 kt，在海面上的平均持續(xù)天數(shù)為6.2 d，強(qiáng)度明顯弱于西北太平洋熱帶氣旋。

④南海熱帶氣旋以西移和西北移路徑居多，其次為東北移路徑，兩類路徑占84%以上。東北移路徑主要發(fā)生在5—6月，西移和西北移路徑主要發(fā)生在6—12 月，其中6—9 月路徑偏北，10—12 月路徑偏南。

⑤南海熱帶氣旋10 級(jí)以上大風(fēng)以中心呈對(duì)稱分布的居多，占88.7%，7 級(jí)以上大風(fēng)以中心呈對(duì)稱分布的略多于呈不對(duì)稱分布的。在大風(fēng)呈不對(duì)稱分布的熱帶氣旋中，大風(fēng)最大范圍主要出現(xiàn)在其中心的東南象限。南海熱帶氣旋10 級(jí)和7 級(jí)大風(fēng)圈的平均半徑分別為53.2 n mile 和142.3 n mile，大風(fēng)圈的半徑與熱帶氣旋強(qiáng)度有著十分密切的關(guān)系。

本文利用最新資料對(duì)南海熱帶氣旋做了較為全面的氣候統(tǒng)計(jì)分析，得到了一些有意義的結(jié)論，為南海熱帶氣旋的預(yù)測(cè)和船舶有效避離熱帶氣旋提供參考。但本文還存在一些值得探討的問題，如南海熱帶氣旋為什么主要發(fā)生在南海中北部偏東海面，影響南海熱帶氣旋移動(dòng)路徑的因子主要有哪些，等等，這些有待今后做進(jìn)一步研究。