北太平洋濤動對熱帶氣旋活動的響應(yīng)

北太平洋濤動對熱帶氣旋活動的響應(yīng)

人們早就注意到，仙童以南的風浪對太平洋地區(qū)（wdp）和太平洋沿岸物種候變帶（ta）的活動頻率、強度、發(fā)生區(qū)域和著陸特征有顯著影響。結(jié)果表明，ens對亞熱帶氣候的影響主要是通過影響緯向風的垂直變斜率、海表面溫度、沃克循環(huán)以及太平洋臺風槽的活動來實現(xiàn)的。gry和chay還指出了平面擾動對風暴和臺風活動的影響。然而,臺風/颶風活動的年際變化非常復雜,所以,研究其他因素對臺風/颶風活動的可能影響對于了解臺風/颶風活動的變異和可預(yù)測性非常重要.所以,基于前人研究工作的基礎(chǔ),本文重點研究北太平洋濤動(NPO)和臺風/颶風活動頻次之間的聯(lián)系,主要是分析研究NPO的變化如何以及怎樣和臺風/颶風活動所依賴的大尺度及區(qū)域大氣環(huán)流及海溫條件聯(lián)系起來的.NPO是北太平洋大氣年際變化的主要模態(tài),反映的是北太平洋區(qū)域海平面氣壓(SLP)在高緯和低緯之間的翹翹板式變化特征.關(guān)于NPO的定義:已經(jīng)有很多種,主要是3類用兩個點(65°N,170°E)和(25°N,165°E)之間的氣壓差的標準化值;用兩個區(qū)域平均的氣壓差的標準化值;用北太平洋區(qū)域SLP的經(jīng)驗正交函數(shù)分解的第一模態(tài)的時間系數(shù).對這3種定義作了初步比較發(fā)現(xiàn)其結(jié)果非常相似,3種指數(shù)在1949～1998年期間年際變化的相關(guān)系數(shù)都高于0.75,前兩個指數(shù)的相關(guān)系數(shù)高于0.90.并且,這3個指數(shù)都和西太平洋臺風有類似的相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為:0.37,0.30,0.41)因此,用這3個指數(shù)均能較好地代表NPO,本文中統(tǒng)一用第一種定義.值得指出的是,我國學者在NPO及相關(guān)研究中有很多成果[14,16,17,18,19,20].最近的研究還揭示了南極濤動對西太平洋臺風頻次之間的關(guān)系國內(nèi)外的這些研究成果增加了對NPO以及臺風氣候的年際和年代際變化規(guī)律的認識.但是,對于NPO和臺風/颶風活動之間的聯(lián)系還沒有研究,這也正是本文的出發(fā)點.1美國大氣再分析結(jié)果兩種本文所用的西太平洋和熱帶大西洋臺風和颶風資料均來自于美國的聯(lián)合臺風預(yù)警中心(JointTyphoonWarningCenter)和美國國家海洋大氣局的颶風研究部(HurricaneResearchDivision),資料長度分別為1945～1998年和1851～1998年;應(yīng)用了美國國家大氣科學研究中心和環(huán)境預(yù)測中心的大氣再分析資料(1949～1998年),水平分辨率是2.5°×2.5°,垂直方向有17層;使用了英國Hadley氣候預(yù)測和研究中心的海平面氣壓(SLP)分析資料(1871～1998年,5°×5°水平分辨率)以及美國國家海洋大氣局的最優(yōu)差值的海溫(SST)資料.本文中使用Saffir-Simpson標準來區(qū)分熱帶風暴和臺風/颶風,即,當風速處于39～73mi/h(或者62.8～117.5km/h),定義為熱帶風暴;當風速大于74mi/h(或者119.1km/h),定義為臺風/颶風.2路徑和相關(guān)場首先計算6～9月NPO指數(shù)和臺風/颶風頻次(即,一年中有多少個臺風/颶風)的相關(guān)系數(shù),結(jié)果是:1949～1998年期間NPO和西太平洋臺風頻次(TNWP)相關(guān)系數(shù)是0.37,和熱帶大西洋颶風頻次(HNAT)的相關(guān)系數(shù)為-0.28.另外,在此期間NPO和上述兩個區(qū)域熱帶風暴頻次的相關(guān)系數(shù)分別是-0.20和0.23.所以,NPO和臺風/颶風的頻次變化相關(guān)程度更高一些,所以,集中討論臺風/颶風的頻次變化和NPO的聯(lián)系問題.圖1給出了1945～1998年6～9月NPO、西太平洋熱帶風暴頻次和臺風頻次標準化時間序列,從圖1中可以看出,確實存在NPO和西太平洋熱帶風暴頻次及臺風頻次之間顯著的同向變化對應(yīng)關(guān)系.另外在整個1871～1998年這128a中NPO和熱帶大西洋颶風頻次的反向變化對應(yīng)關(guān)系也很好,5a滑動平均的變化對應(yīng)關(guān)系還更好一些(圖略).為了進一步印證NPO和臺風/颶風頻次變化的關(guān)系,分析了NPO和SLP的相關(guān)場以及臺風/颶風頻次和SLP的相關(guān)場分布(圖2).我們看到,NPO的相關(guān)場在北太平洋區(qū)域存在相當規(guī)則的分布特征,在低緯太平洋區(qū)是反相關(guān),在高緯太平洋區(qū)是正相關(guān).同時在熱帶大西洋區(qū)是正相關(guān).西太平洋臺風頻次和SLP的相關(guān)分布在太平洋區(qū)和NPO-SLP的相關(guān)場基本相似;而熱帶大西洋颶風頻次和SLP相關(guān)分布和NPO-SLP的相關(guān)場分布在熱帶大西洋區(qū)基本相反.這就印證了NPO和西太平洋臺風頻次、熱帶大西洋颶風頻次的正相關(guān)和反相關(guān)關(guān)系的存在.緯向風的垂直切變幅度(MWS)對于熱帶氣旋生成和發(fā)展是非常重要的一個環(huán)境參量,可以定義為150和850hPa之間緯向風垂直切變的絕對值.這里分析了NPO-MWS的相關(guān)分布,并和TNWP-MWS以及HNAT-MWS的相關(guān)分布進行比較(圖3),發(fā)現(xiàn)NPO-MWS的相關(guān)系數(shù)在熱帶大西洋區(qū)是正值,當然HNAT-MWS的相關(guān)是負值;而且從空間分布來看HNAT-MWS和NPO-MWS的結(jié)果也基本相反.說明,NPO的變化確實是和熱帶大西洋颶風頻次變化相反.西太平洋臺風的初始生成區(qū)域主要是在5°～20°N的熱帶中西部太平洋區(qū)域,所以這個區(qū)域的MWS的變化非常關(guān)鍵,從圖3(c)和(d)的B區(qū)中的變化看到,NPO-MWS的相關(guān)是負的,這和TNWP-MWS的相關(guān)特征是一致的.所以,如果NPO處于正異常位相,則B區(qū)MWS處于負位相,有利于臺風生成和發(fā)展;反之亦然.圖4又進一步給出了NPO-MWS的大尺度相關(guān)分布,從圖4中看到,存在很清楚的遙相關(guān)分布型,一個是在北太平洋和熱帶西太平洋之間,另一個是在北太平洋和熱帶大西洋之間.正是這兩個遙相關(guān)型把NPO的變化和西太平洋及熱帶大西洋的變化聯(lián)系起來,使得臺風/颶風頻次的變化和NPO聯(lián)系起來.海溫的變化對于熱帶氣旋的生成和發(fā)展是至關(guān)重要的熱力條件.圖5顯示,NPO和SST的相關(guān)場在熱帶太平洋是正相關(guān),所以當NPO處于正(負)位相時該區(qū)域傾向于有正(負)的海溫距平,而有(不)利于臺風生成和發(fā)展.然而,在熱帶大西洋,情況則祝好相反,即,當SST處于正(負)位相時,會傾向于有負(正)的海溫距平存在而不(有)利于颶風生成和發(fā)展.反之亦然.3緯向風垂直切變幅度的變化現(xiàn)在討論一下NPO和臺風/颶風頻次相關(guān)聯(lián)的可能機制.考慮NPO處于正距平的年份和處于負距平的年份的平均差異,會有什么變化,把標準化NPO序列中正異常和負異常的年份組合分別作為NPO正距平組合和負距平組合.同時,為了盡可能地剔除ENSO的可能影響,把ElNi?o年(1951,1953,19571963,1965,1972,1982,1987,1991,1997)和LaNina年(1954,1955,1956,1964,1970,1971,1973,19751988,1998)都排出去.這樣,在正負NPO距平的年份組合中各有15a,分析這兩個15a平均結(jié)果的差異.圖6給出了150和850hPa之間緯向風垂直切變幅度的差值分布,其分布特征和圖3,4的結(jié)果非常吻合.這說明NPO的變異確實和西太平洋區(qū)及熱帶大西洋區(qū)的緯向風垂直切變幅度密切相關(guān),這是NPO和臺風/颶風頻次聯(lián)系一個重要環(huán)節(jié).圖7給出了NPO正負距平組合的150和850hPa風場差異的空間分布.在150hPa上,太平洋的20°～40°N區(qū)是西風異常—表明西風急流加強了(實際上,也分析了緯向風的組合差異,確實有西風急流的加強),由于西風急流的加強,其南側(cè)的異常反氣旋型環(huán)流形成,其北側(cè)的異常氣旋型環(huán)流形成,結(jié)果導致西太平洋區(qū)有東風異常存在.在850hPa,西太平洋區(qū)的緯向風異常為東風異常,但數(shù)值很小.這樣的高低層緯向風異常配置導致高低層緯向風垂直切變幅度顯著減小(見圖7中標出的矩形區(qū)域).在熱帶大西洋,150hPa上的西風急流是減弱的從而導致與西太平洋的變化相反,即,急流的南北兩側(cè)分別有氣旋式異常和反氣旋式異常存在,在熱帶大西洋區(qū)是西風異常.同時,850hPa上的緯向風變化仍然很小,結(jié)果使得緯向風的垂直切變幅度變大了(見圖中標出的橢圓區(qū)域).150hPa上急流的變化則和前文提到的兩個大氣遙相關(guān)密切相關(guān).實際上,在重力位勢高度場的變化上也可以清楚看到這兩個遙相關(guān)型(圖8).4檢波關(guān)聯(lián)與耦合模式為了證實從觀測資料分析中得到的結(jié)果,再來分析一個全球大氣-海洋環(huán)流耦合模式的氣候態(tài)數(shù)值積分結(jié)果.這個模式是由挪威的幾個研究機構(gòu)共同研發(fā)的海氣耦合模式(BCM),已經(jīng)有很多應(yīng)用,包括幾次在政府間氣候變化委員會的科學評估中應(yīng)用,其氣候態(tài)的模擬積分了300a,因此,分析這300a積分中NPO和相關(guān)氣候變量的關(guān)系.圖9給出了NPO和150和850hPa之間緯向風垂直切變幅度的相關(guān)場,在西太平洋區(qū)確實是反相關(guān),而在熱帶大西洋區(qū)確實正相關(guān).這和觀測資料的結(jié)果吻合.NPO和SST的相關(guān)分布(圖10)也和觀測資料的結(jié)果吻合,在西太平洋區(qū)是正相關(guān),在熱帶大西洋區(qū)是反相關(guān).所以,這個耦合模式的結(jié)果NPO和MWS及SST的相關(guān)分布印證了觀測資料的結(jié)果.還分析了大氣輻散輻合及渦度的變化,由于篇幅的原因,這里給出了NPO和850hPa散度的相關(guān)分布(圖11).B區(qū)是負的相關(guān)區(qū),即,當NPO處于正位相時為異常輻合區(qū),有利于熱帶氣旋和臺風的生成和發(fā)展.在熱帶大西洋區(qū)為正相關(guān),結(jié)果與熱帶西太平洋的情況相反.總之,散度和渦度的變化同樣支持NPO與臺風/颶風頻次之間的相關(guān)關(guān)系,印證了觀測資料的結(jié)果.當然,基于更多的耦合氣候系統(tǒng)模式的分析研究還是非常需要的,今后的工作中將加強這方面的研究工作.5mws、sst、mws的變化本文揭示了NPO和臺風/颶風頻次之間存在著顯著的聯(lián)系.研究表明,與NPO的變化相聯(lián)系的西太平洋區(qū)和熱帶大西洋區(qū)的緯向風垂直切變幅度、海溫等變化均證實了這種聯(lián)系的存在性.當NPO處于正異常位相時,西太平洋區(qū)MWS減小、SST增高;熱帶大西洋的情況相反.結(jié)果有利于西太平洋臺風生成和發(fā)展不利于熱帶大西洋颶風生成和發(fā)展.反之亦然.在對流層上層由于兩個大氣遙相關(guān)的存在使得西