1960西北太平洋熱帶氣旋源地變化特征及與局地海表溫度的關(guān)系

1960西北太平洋熱帶氣旋源地變化特征及與局地海表溫度的關(guān)系

熱帶氣旋概述世界氣候變化已達(dá)成共識(shí)。這種變化的氣候背景可能會(huì)影響海洋上生成的熱帶氣旋發(fā)生頻率、發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)展強(qiáng)度、移動(dòng)路徑等,從而會(huì)導(dǎo)致一些極端氣候事件的發(fā)生。近年來(lái),臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā),損失也愈來(lái)愈嚴(yán)重。如2005年9月初,“卡特里那”颶風(fēng)襲擊美國(guó)南部沿海地區(qū),造成數(shù)千人喪生和失蹤,數(shù)十萬(wàn)美國(guó)普通民眾無(wú)家可歸。因此,在全球氣候變暖背景下進(jìn)一步開(kāi)展熱帶氣旋活動(dòng)的氣候規(guī)律研究,對(duì)于提高對(duì)熱帶氣旋的短期預(yù)測(cè)水平,做好防災(zāi)減災(zāi)工作,具有重要意義。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外在熱帶氣旋活動(dòng)的氣候規(guī)律方面研究較多,取得了不少研究成果。Johnny等、Chang-HoiHo等、BallingJr.等分別對(duì)熱帶氣旋的發(fā)生頻率、強(qiáng)度、路徑等的氣候變化特征進(jìn)行了分析。吳慧、耿淑琴等、王東生等分別分析了我國(guó)南海、近海、西北太平洋(含南海)熱帶氣旋的氣候特征及其與大尺度環(huán)境場(chǎng)、ENSO等的關(guān)系。但這些研究較多地集中在熱帶氣旋的頻數(shù)、強(qiáng)度、路徑等方面,而在熱帶氣旋生成位置,特別是其年際變化特征方面近年來(lái)研究相對(duì)較少。由于熱帶氣旋的發(fā)展強(qiáng)度、移動(dòng)路徑與其生成位置有著較密切的關(guān)系,因此本文以熱帶氣旋生成位置為著眼點(diǎn),研究其一般氣候特征,季節(jié)及年際變化規(guī)律及其與西北太平洋海表溫度之間的關(guān)系,同時(shí)對(duì)TC強(qiáng)度、路徑與TC生成位置之間的關(guān)系作初步探討,希望通過(guò)上述研究一方面來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證以前一些學(xué)者在熱帶氣旋生成位置方面的論述,另一方面為利用海表溫度來(lái)預(yù)測(cè)熱帶氣旋發(fā)生、發(fā)展及移動(dòng)路徑等提供科學(xué)依據(jù)。本文所用的熱帶氣旋資料來(lái)源于中國(guó)氣象局編著的1949—1988年的《臺(tái)風(fēng)年鑒》和1989—2005年的《熱帶氣旋年鑒》。文中TD、TS、STS、TY分別指熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)。月平均海表溫度資料來(lái)自英國(guó)氣象局Hadley氣候預(yù)測(cè)和研究中心,網(wǎng)格距為1°×1°,年限為1950—2005年。1tc高頻源地的分布圖1為1950—2005年間0°～40°N,100°～180°E范圍內(nèi)每5°×5°經(jīng)緯度網(wǎng)格中TS等級(jí)以上熱帶氣旋的生成總數(shù)的地理分布。由圖1可見(jiàn),TC生成數(shù)的空間分布很不均勻,在4°N以南與30°N以北,及110°E以西與170°E以東,很少有TC生成。TC生成數(shù)存在4個(gè)高頻中心:我國(guó)的南海中北部偏東洋面(14°～18°N、114°～120°E)、菲律賓以東的附近洋面(10°～14°N、130°～134°E)、關(guān)島附近洋面(8°～12°N、140°～145°E)和馬紹爾群島附近洋面(6°～8°N、164°～168°E)。自東向西,以上4個(gè)TC高頻中心依次向北推移,馬紹爾群島附近洋面位置最南,南海中北部源地位置最北。TC生成數(shù)以這4個(gè)區(qū)域?yàn)橹行南蚋鱾€(gè)方向呈輻射狀減少。在以上4個(gè)TC高發(fā)源地中,西太平洋中源地(關(guān)島附近洋面)TC生成數(shù)最多,是TC發(fā)生的一個(gè)主要源地,其次為南海中部偏東海面和菲律賓以東的附近洋面,馬紹爾群島附近洋面TC生成數(shù)最少。以上結(jié)論與1970年代陳聯(lián)壽等提出的“南海中北部海面、菲律賓群島以東和琉球群島附近海面、馬里亞納群島附近海面和馬紹爾群島海面”4個(gè)TC高頻源地以及1990年代陳世榮提出的“菲律賓海盆、馬里亞納群島兩側(cè)的海面和南海海盆”三個(gè)TC高頻源地的結(jié)論不完全一致。與文獻(xiàn)相比,其中一個(gè)源地的位置稍有不同(本文為關(guān)島附近洋面,文獻(xiàn)為馬里亞納群島附近海面),與文獻(xiàn)相比,除有一個(gè)源地位置不同外,還多了一個(gè)源地(馬紹爾群島附近洋面)。這可能是由于所采用的資料年限不同造成的。2西北太平洋熱帶氣候的季節(jié)變化與海表溫度的關(guān)系2.1tc生成的時(shí)間TC生成位置具有顯著的季節(jié)變化特征。圖2為1950—2005年西北太平洋各月熱帶氣旋生成位置和各月平均海表溫度≥27℃等溫線分布圖。由圖2可見(jiàn),1—4月,TC一般生成于10°N以南,130°E以東的洋面,我國(guó)南海及菲律賓以東附近洋面TC生成較少。從5月一直到8月,TC生成位置逐漸向西、向北擴(kuò)展,我國(guó)南海及10°N以北的西北太平洋生成的TC逐漸增多,8月TC生成位置最北,可達(dá)30°N以北。9月到12月,TC生成位置逐漸南移,南海及20°N以北生成的TC數(shù)逐漸減少,12月TC生成位置基本上又回到了10°N及以南的洋面上。從生成數(shù)目看,7—10月是TC生成的高峰期,期間生成的TC數(shù)占西北太平洋TC總生成數(shù)的70%左右,其中8月生成的TC數(shù)目最多,占TC生成總數(shù)的21%左右。1—4月是全年TC生成較少的月份,期間生成的TC數(shù)不到西北太平洋TC總生成數(shù)的7%,其中2月生成的TC最少,不到TC生成總數(shù)的1%。2.2tc生成的時(shí)間TC生成位置的季節(jié)變化與局地海表溫度密切相關(guān)。由圖2可見(jiàn),1—3月(冬季),受海陸熱力性質(zhì)差異的影響,西太平洋西部SST低于同緯度的中東部海區(qū),130°E以西的南海及菲律賓東部附近海域水溫較低,而10°N以南,130°E以東的洋面水溫較高,導(dǎo)致1—3月TC生成位置偏東偏南,而我國(guó)南海、菲律賓東部海域及10°N以北的西北太平洋地區(qū)TC生成很少。4月,西太平洋西部開(kāi)始升溫,生成于130°E以西的TC開(kāi)始增多。5—8月,受大陸增溫的影響,南海中東部和菲律賓東部附近海域升溫明顯,同時(shí)西太平洋中東部高溫水域也向北推進(jìn),從而導(dǎo)致TC生成位置向西、向北擴(kuò)展,南海、菲律賓東部附近海域及10°N以北的西北太平洋地區(qū)TC生成數(shù)目逐漸增多,并于8月達(dá)到最多,位置達(dá)到最北。9月,暖水范圍較8月略有收縮,該月TC發(fā)生頻率仍然很高,發(fā)生數(shù)僅次于8月,且生成位置仍較偏北。10—12月,暖水范圍迅速開(kāi)始收縮,且由于受海陸熱力性質(zhì)的影響,陸地降溫快于海洋,南海中東部及菲律賓東部附近海域降溫明顯,致使南海及菲律賓東部沿海TC發(fā)生數(shù)迅速減少,TC源地逐漸南移,10月位于20°N以南,11月位于15°N以南,12月位于10°N左右。從圖2還可以看出,TC生成位置的西北邊界與月平均SST的27.5℃等溫線(圖中實(shí)線所示)具有較好的匹配關(guān)系,絕大多數(shù)TC都發(fā)生在月平均SST≥27.5℃的海區(qū)。這與何麗萍等最近的研究基本一致。3西北太平洋熱帶空氣的年生態(tài)度變化以及與海洋表面溫度的關(guān)系3.1tc生成的年際變化特征圖3為TS等級(jí)以上TC生成的平均緯度(一年中生成TC發(fā)現(xiàn)點(diǎn)緯度的算術(shù)平均值)和平均經(jīng)度(一年中生成TC發(fā)現(xiàn)點(diǎn)經(jīng)度的算術(shù)平均值)的時(shí)間序列曲線。由圖3可見(jiàn),TC生成的平均緯度和平均經(jīng)度具有顯著的年際變化特征。TC生成的平均緯度最大年超過(guò)17°N,最小年不到11°N,最大最小年相差6個(gè)緯度以上。TC生成的平均經(jīng)度最大年超過(guò)150°E,最小年不到130°E,兩者相差20個(gè)經(jīng)度以上。從總的變化趨勢(shì)(圖中虛線所示)看,隨著時(shí)間的推移,TC生成的平均位置有逐漸向北、向西偏移的趨勢(shì)。3.2tc生成的平均坡度TC生成位置的年際變化與海表溫度同樣有著密切的關(guān)系。圖4為西北太平洋TC主要生成源地(5°～20°N、125°～155°E)年平均SST距平的時(shí)間序列曲線。由圖4可見(jiàn),SST在呈現(xiàn)明顯的年際變化的同時(shí)呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的上升趨勢(shì),這種變化趨勢(shì)與TC生成的平均緯度的變化趨勢(shì)相同,與TC生成的平均經(jīng)度的變化趨勢(shì)相反。TC生成的平均緯度、平均經(jīng)度與TC生成源地SST的相關(guān)系數(shù)分別為0.55和-0.38,均通過(guò)了顯著水平為0.01的顯著性檢驗(yàn)。即TC生成源地SST高,TC生成的平均緯度高(偏北)、經(jīng)度小(偏西);TC生成源地SST低,TC生成的平均緯度低(偏南)、經(jīng)度大(偏東)。近年來(lái),由于TC生成源地SST的升高,導(dǎo)致TC生成的平均位置向西向北偏移。為進(jìn)一步驗(yàn)證以上結(jié)論,我們分別計(jì)算了西北太平洋偏暖年(5°～20°N、125°～155°E海域年平均SST正距平年)和偏冷年(5°～20°N、125°～155°E海域年平均SST負(fù)距平年)每5°×5°經(jīng)緯度網(wǎng)格中平均每10年TC生成的數(shù)目以及偏暖年和偏冷年TC生成數(shù)目的差值,并繪制了相應(yīng)的等值線圖,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5a可見(jiàn),偏冷年TC生成位置分布出現(xiàn)3個(gè)明顯的高頻中心,分別位于我國(guó)南海中東部、142°E附近的關(guān)島附近洋面和168°E附近的馬紹爾群島附近。其中,142°E附近的關(guān)島附近洋面TC發(fā)生頻數(shù)高于南海中東部及其他海域。而偏暖年,TC生成位置的地理分布與前者有較大的差異(見(jiàn)圖5b),TC發(fā)生的3個(gè)高頻中心分別位于我國(guó)南海中東部、菲律賓東部附近海域和關(guān)島附近洋面,且自西向東,3個(gè)中心的TC發(fā)生頻數(shù)逐漸減少,即南海中東部最多,菲律賓東部附近海域次之,關(guān)島附近洋面最少。從TC生成的高頻中心緯度來(lái)看,偏暖年高于偏冷年。這說(shuō)明,偏暖年TC生成的高頻源地有向西、向北偏移的趨勢(shì)。從圖5c偏暖年和偏冷年TC生成數(shù)的差值分布圖上可以清楚看出,偏暖年南海中東部、菲律賓東部附近海域以及西太平洋東北部部分海區(qū)TC生成頻數(shù)是增加的,其中菲律賓東部附近海域增加最明顯,而其余海區(qū)TC生成頻數(shù)都是減少的,其中關(guān)島附近洋面減少最顯著。偏暖與偏冷年之間各地TC生成數(shù)的增減程度可能與各地SST變化有一定的關(guān)系,這有待今后作進(jìn)一步探討。4tc生成位置的變化對(duì)我國(guó)沿海影響TC生成位置與其發(fā)展強(qiáng)度關(guān)系密切。圖6為1950—2005年每5°×5°經(jīng)緯度網(wǎng)格中不同發(fā)展強(qiáng)度等級(jí)TC生成數(shù)目的地理分布圖。由圖6可見(jiàn),TC發(fā)展強(qiáng)度越強(qiáng),其生成地的高頻中心逐漸向東、向南偏移。發(fā)展強(qiáng)度為TD(熱帶低壓)、TS(熱帶風(fēng)暴)+STS(強(qiáng)熱帶風(fēng)暴)的TC生成地的高頻中心在南海中北部偏東海域,次高頻中心在菲律賓以東附近海域,140°E以東發(fā)生較少,而發(fā)展強(qiáng)度為TY(臺(tái)風(fēng))及以上的TC生成地的高頻中心則在140°E以東的關(guān)島附近洋面,南海發(fā)生數(shù)較少。由此可知,局地SST升高導(dǎo)致的TC生成位置的偏西偏北,有可能導(dǎo)致強(qiáng)熱帶氣旋發(fā)生數(shù)的減少。TC生成位置的變化還將影響其路徑。TC生成位置偏東偏南將導(dǎo)致其路徑偏東偏南,TC容易發(fā)生向東北方向的轉(zhuǎn)向,從而可能導(dǎo)致影響日本沿海的TC增加,而影響我國(guó)東部沿海的TC減少;TC生成位置偏西偏北,其路徑也將偏西偏北,從而可能導(dǎo)致影響我國(guó)東部沿海的TC增加,而影響日本沿海的TC減少。為驗(yàn)證以上結(jié)論,我們利用1950—2005年西北太平洋生成的所有TS等級(jí)以上TC每6小時(shí)的位置數(shù)據(jù)(經(jīng)、緯度表示),分別計(jì)算了西北太平洋偏暖年和偏冷年每5°×5°經(jīng)緯度網(wǎng)格中TC年平均通過(guò)的數(shù)目以及兩種年份間TC年平均通過(guò)數(shù)目的差值,并繪制了相應(yīng)的等值線圖。為減少篇幅,本文只給出偏暖年和偏冷年每5°×5°經(jīng)緯度網(wǎng)格中TC年平均通過(guò)數(shù)目的差值分布圖(見(jiàn)圖7)。由圖7可見(jiàn),在西北太平洋偏暖年,TC年平均通過(guò)數(shù)目增加較為明顯的海區(qū)為我國(guó)東部及北部沿海地區(qū),而日本在內(nèi)的其他海區(qū)都是減少的。偏冷年的情況正好相反。這一結(jié)論與陳光華等的研究基本一致。5tc生成位置分布的季節(jié)變化特征通過(guò)對(duì)TC生成位置分布的一般氣候特征,季節(jié)、年際變化特征及其與局地海表溫度的關(guān)系分析,以及TC強(qiáng)度、路徑與TC生成位置之間關(guān)系的探討,得到以下幾點(diǎn)主要結(jié)論:(1)西北太平洋存在4個(gè)TC高頻源地:南海中北部偏東洋面、菲律賓以東附近洋面、關(guān)島附近洋面和馬紹爾群島附近洋面,其中關(guān)島附近洋面TC發(fā)生數(shù)最多,是TC發(fā)生的一個(gè)主要源地。自東向西,4個(gè)源地的高頻緯度逐漸增大。(2)TC生成位置分布存在顯著的季節(jié)變化特征,且這種變化與局地SST存在密切的關(guān)系。1—4月,因SST相對(duì)較低,TC生成源地偏東偏南,主要生成于10°N以南,130°E以東的洋面;5—8月,隨著SST的上升,TC生成源地逐漸向西、向北推移,8月可達(dá)30°N以北地區(qū);9—12月,隨著SST的下降,TC生成源地逐漸向南向東收縮,12月退到10°N及以南地區(qū)。同時(shí)發(fā)現(xiàn),TC生成位置西北邊界與月平均SST的27.5℃等溫線具有較好的匹配關(guān)系,絕大多數(shù)TC都發(fā)生在月平均SST≥27.5℃的海區(qū)。(3)TC生成位置分布存在顯著的年際變化特征,且這種變化與局地SST也密切相關(guān)。