熱帶氣旋與太平洋海溫關系的再探討

熱帶氣旋與太平洋海溫關系的再探討

對中國北方影響路徑的研究熱帶雨林風暴（tc）是世界上最具破壞力的天氣之一，每年給中國東部沿海地區(qū)和沿海地區(qū)帶來數(shù)億美元的經(jīng)濟損失。大量事實表明,TC的異?；顒优c海水溫度密切相關。ENSO是熱帶海洋和大氣中的異常現(xiàn)象,也是全球海氣相互作用的強烈信號。潘怡航、李崇銀、董克勤等分析了赤道東太平洋海溫與西北太平洋臺風的相關關系,指出厄爾尼諾年臺風活動減少,反厄爾尼諾臺風活動增加,并對厄爾尼諾影響西北太平洋臺風活動作了定性解釋。陳興芳等還分析了厄爾尼諾和反厄爾尼諾年與臺風生成位置和強度的關系。何敏等(1999)分析了ENSO事件與西北太平洋TC活動的關系,指出厄爾尼諾年TC活動減少,拉尼娜年TC活動增加,而且TC活動與ENSO事件的起始和終止時間及其強度有關。山東省地處中緯度,東瀕太平洋,海岸線漫長、曲折,易受TC的影響。但過去對影響山東TC的研究,對其進行全面系統(tǒng)的分析研究工作很少。顧潤源等統(tǒng)計了1960—1994年影響中國北方的TC,并分析了不同路徑TC的平均環(huán)流與暴雨落區(qū)的配置關系。鄒樹烽等對1949—1994年影響中國北方的熱帶氣旋特征進行了統(tǒng)計分析,表明北方熱帶氣旋在北方造成的暴雨與熱帶氣旋的路徑密切相關。本文根據(jù)影響山東TC的頻數(shù)與太平洋海溫的關系,揭示了太平洋海溫對TC頻數(shù)存在影響的事實,從而可以根據(jù)海溫的變化規(guī)律分析影響山東TC的活動規(guī)律及特征,以期能對山東的TC預報和研究、海上安全生產、決策指揮及防災減災有所裨益。1海表溫度sst年齡及預測結果使用的TC資料來自中國氣象局組織整編的《臺風年鑒》,選取資料長度為1949—2007年。統(tǒng)計影響山東TC的頻數(shù)等資料,其中“影響山東的TC”是指:受其影響,在全省范圍內的測站中引起5個測站以上有降水,而且降水在5mm以上或者引起山東5個測站以上出現(xiàn)最大風速(10min平均)≥10.8m·s-1(6級及以上)或陣風(極大風)風速(2min平均)≥17.2m·s-1(8級及以上)者。本文使用的太平洋海表溫度資料取自Hadley中心提供的1949—2007年全球大氣逐月海表層溫度資料(1.0°×1.0°網(wǎng)格),并將其處理為逐年海表層溫度資料。在本文中分析范圍包括:100°E～90°W,10～60°N的陸地及海洋區(qū)域。中國海洋環(huán)境預報中心是用Nino3區(qū)指數(shù)來監(jiān)測和預測E1Nino,下面將Nino3區(qū)的海表溫度SST連續(xù)6個月以上高于(低于)正常0.5℃的年份定為厄爾尼諾年(拉尼娜年)。依此標準,在1949—2007年中,可以得到17個厄爾尼諾年,即1951,1957,1958,1963,1965,1969,1972,1976,1982,1983,1987,1991,1992,1997,1998,2002,2006年。20個拉尼娜年,即1954,1955,1956,1961,1962,1964,1967,1968,1970,1971,1973,1974,1975,1978,1985,1988,1989,1995,1999,2007年。2影響山東省tc頻率與海溫之間的關系2.1影響山東tc數(shù)與海溫比及相關分析TC經(jīng)常在低緯地區(qū)暖洋面上生成,且都是由熱帶擾動發(fā)展起來的,但熱帶擾動并不都能發(fā)展成TC。TC的發(fā)生發(fā)展需要一定的條件,其中之一為熱力條件,一般需要海面水溫在26～27℃以上。因此,研究影響山東TC活動與海溫關系是非常必要的。圖1給出了1949—2007年影響山東的TC數(shù)與1—6月海溫的相關系數(shù)分布。分析發(fā)現(xiàn),在太平洋地區(qū)相關較好的區(qū)域分別是南海、赤道中東太平洋的負相關區(qū)和北太平洋中部海區(qū)、菲律賓以東洋面的正相關區(qū),并具有較好的相關持續(xù)性。根據(jù)文獻統(tǒng)計,影響山東的TC,絕大多數(shù)來自菲律賓以東洋面。TC影響山東降水前3～5天,其中心都已進入15°N以北、l35°E以西及菲律賓以東洋面上。海溫的高低、分布與TC的生成發(fā)展密切相關。由圖1給出的相關系數(shù)分布可以看到,影響山東的TC數(shù)和菲律賓以東洋面、北太平洋中部海區(qū)的海溫呈正相關,并具有很好的持續(xù)性。這說明菲律賓以東洋面及北太平洋中部海區(qū)的海溫偏高時,影響山東的TC數(shù)偏多。而南海、赤道中東太平洋的海溫與影響山東的TC數(shù)為負相關,即南海、赤道中東太平洋的海溫偏低時,影響山東的TC數(shù)偏多。2.2厄爾尼諾年份的影響下面將分析厄爾尼諾年、拉尼娜年TC的活動特征,探討赤道中東太平洋海溫異常對影響山東TC頻數(shù)的影響。表1為1949—2007年間影響山東TC的月、年平均頻數(shù),可以看出,1949—2007年影響山東的TC共94個,平均每年為1.6個。而厄爾尼諾年當年平均每年為1.35個,比多年平均明顯偏少,次年平均每年為1.69個,比多年平均略多些;拉尼娜年當年平均每年為1.7個,較多年平均略多,相比厄爾尼諾年要更多些,次年平均每年為1.41個,和多年平均相比,偏少較多。由表1還可以看出,厄爾尼諾年當年各月出現(xiàn)頻數(shù)均較常年同期偏少,厄爾尼諾年次年的各月TC頻數(shù)比常年同期相比有所增加,拉尼娜年當年各月出現(xiàn)頻數(shù)均較常年同期偏多,頻數(shù)的增加8,9月份最明顯,拉尼娜次年各月出現(xiàn)的頻數(shù)與常年相比有增有減。從以上分析發(fā)現(xiàn),在厄爾尼諾年,影響山東的TC頻數(shù)較常年明顯偏少。而厄爾尼諾次年TC頻數(shù)較常年稍有增加;拉尼娜年影響山東的TC頻數(shù)較常年顯著增加,增加明顯的月份主要是8月和9月,而拉尼娜次年影響山東的TC頻數(shù)較常年卻有顯著減少。這與厄爾尼諾年的情況正好相反。這可能因為TC發(fā)生在西太平洋熱帶地區(qū),而這個區(qū)域的海溫變化與發(fā)生厄爾尼諾年的赤道東太平洋地區(qū)相反。另外,由于赤道東太平洋海溫變化會影響西太平洋副高的變化。何敏等研究了TC發(fā)生發(fā)展的環(huán)流條件,西太平洋副熱帶高壓強度等在厄爾尼諾年與拉尼娜年有明顯差別。在1949—2007年中,Nino3區(qū)海表溫度SST距平峰值最大的3次出現(xiàn)在1997—1998,1982—1983,1972年,分別為3.67℃,3.30℃,2.42℃,與此相應,在這5個年份中,只有1982年為多TC年,平均為1.4個,低于常年平均值。由此可知,厄爾尼諾事件強度越大,影響山東TC越少。厄爾尼諾事件對TC的影響是一種大尺度的海氣作用,具有一定的時滯效應。因此,一次厄爾尼諾事件的結束時間若超過5月1日,那么它勢必對次年TC數(shù)產生影響。從表2可以看出,有5次厄爾尼諾事件的結束時間超過5月1日。若以結束時間超過5月1日所在的年份作為計算年,那么除了1984年之外,次年影響山東氣旋數(shù)全部遠遠低于平均值,符合率達到4/5(80%)。由此表明,厄爾尼諾事件的結束時間若超過5月1日,那么次年影響山東TC數(shù)偏少。從上述資料可以看到,有的拉尼娜年單獨出現(xiàn),有的則連續(xù)出現(xiàn)(稱為拉尼娜相鄰年),本文把單獨出現(xiàn)的拉尼娜年的次年和最后一次出現(xiàn)的拉尼娜相鄰年次年都稱為拉尼娜次年。表3為1949—2007年出現(xiàn)的11個拉尼娜次年影響山東TC數(shù)。從表3可以看出,只有1990年為多TC年,其余都不是多TC年,符合率只有1/11(9%)。由此可以說明,在拉尼娜次年,影響山東的TC頻數(shù)偏少。圖2給出了厄爾尼諾年、拉尼娜年TC頻數(shù)與當年平均海溫的相關系數(shù)分布。分析發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾年影響山東的TC頻數(shù)與當年海溫在赤道東太平洋區(qū)為正相關,西北太平洋、赤道西太平洋為負相關。說明在厄爾尼諾年赤道東太平洋區(qū)海溫越高,影響山東的TC頻數(shù)越多。這與前面結論不太一致。不一致的原因較多,例如何敏等指出厄爾尼諾、拉尼娜事件對臺風活動頻數(shù)的影響與厄爾尼諾、拉尼娜事件的強弱、起始和終止時間、臺風生成的區(qū)域有關。Gray對全球的TC活動作了系統(tǒng)的研究,在分析大西洋颶風活動的同時,也給出了西北太平洋臺風頻數(shù)的對比統(tǒng)計,指出厄爾尼諾年的西太平洋臺風頻數(shù)并不比其前、后一年明顯偏少,厄爾尼諾年對臺風頻數(shù)的影響與臺風生成的區(qū)域有關。Ramage等也有相似的結論。從圖2還可以看出,在拉尼娜年,影響山東的TC頻數(shù)與西太平洋暖池、菲律賓以東洋面、赤道東太平洋區(qū)的海溫為負相關,北太平洋中部為正相關。因赤道東太平洋區(qū)的海溫與影響山東TC頻數(shù)成負相關,說明在拉尼娜年(海溫低于常年),影響山東TC頻數(shù)是偏多的。這與前面拉尼娜年影響山東TC頻數(shù)偏多的結論是吻合的。2.3海溫距平變化對影響山東的TC頻數(shù)異常偏多年與偏少年的太平洋海溫進行了合成分析。TC頻數(shù)異常偏多或偏少,用異常度C表示:式中Y為某年TC特征量,Yp為TC特征量平均值,δy為標準差。定義:C≥1為臺風頻數(shù)異常偏多,C≤-1為異常偏少。根據(jù)文獻得到12個多TC年,即1952,1956,1959,1960,1961,1962,1971,1982,1984,1985,1990,1994年,8個少TC年,即1958,1968,1988,1993,1995,1996,1998,2003年。圖3分別給出了影響山東TC多年和少年春季(3—5月)和夏季(6—8月)合成的海溫距平場。分析發(fā)現(xiàn)影響山東的TC多年,春季和夏季在8°N～8°S之間,118°W以西區(qū)域有較強的負距平區(qū),北太平洋中部地區(qū)、日本海南部地區(qū)為正距平區(qū)。此外,春季在臺灣島以東洋面和4°N～2°S之間、178°E以西區(qū)域有較強的負距平區(qū)。夏季在南海與2°～5°N之間、142°W以東區(qū)域有較強的負距平區(qū)。這說明在影響山東TC偏多年份里,北太平洋中部、日本海南部地區(qū)的海溫比常年海溫偏高,赤道太平洋部分海域的海溫比常年海溫偏低。而在影響山東TC偏少年份里,春季和夏季在赤道中東太平洋、北美太平洋沿岸地區(qū)、西太平洋暖池有較強的正距平區(qū),北太平洋中部地區(qū)、日本海南部區(qū)則為負距平區(qū)。即在影響山東TC少年份里,赤道中東太平洋、北美太平洋沿岸地區(qū)的海溫比常年海溫偏高,這說明了赤道中東太平洋的海溫較強影響著影響山東的TC頻數(shù)。而北太平洋中部、日本海南部區(qū)域的海溫比常年海溫偏低,這與偏多年份剛好相反。由上可知,影響山東的TC偏多年海溫距平分布形勢和偏少年分布形勢是相反的。圖4是影響山東TC頻數(shù)異常偏多年的太平洋海溫與異常偏少年太平洋海溫的合成分析圖。圖中等值線為TC偏多年減去偏少年的海溫差值線,陰影區(qū)為偏多年與偏少年的海溫差值通過tɑ(ɑ=0.10)顯著性檢驗的區(qū)域。從圖中可以看出,北太平洋中部為通過顯著性檢驗的正距平區(qū),即北太平洋中部的海溫多年高于少年;南海、西太平洋暖池和東太平洋為通過顯著性檢驗的負距平區(qū),即菲律賓海、南海、西太平洋暖池和東太平洋的海溫多年要低于少年。這說明了在影響山東TC頻數(shù)異常偏多年,北太平洋中部對應的海溫異常偏高;在影響山東TC頻數(shù)異常偏少年,南海、西太平洋暖池和東太平洋對應的海溫異常偏高。這與上面結論是一致的。3拉尼尼諾事件對山東tc的影響通過對影響山東TC頻數(shù)與太平洋海溫的分析,表明:在厄爾尼諾年,影響山東的TC頻數(shù)較常年明顯偏少。厄爾尼諾次年TC頻數(shù)較常年稍有增加;拉尼娜當年影響山東的TC頻數(shù)較常年顯著偏多,增加明顯的月份主要是8月和9月。拉尼娜次年,影響山東TC頻數(shù)偏少。厄爾尼諾事件強度越大,影響山東TC頻數(shù)越少。厄爾尼諾事件的結束時間若超過5月1日,那么次年影響山東TC頻