北印度洋熱帶氣旋月季變化特征及成因分析

吳風(fēng)電，羅堅，葉朝輝

（解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101）

北印度洋熱帶氣旋月季變化特征及成因分析

吳風(fēng)電，羅堅，葉朝輝

（解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101）

采用美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心（JTWC）提供的北印度洋1977年至2008年熱帶氣旋（TC）資料、NOAA提供提供的1977—2008年月平均海表面溫度（SST）資料、逐日的高度場（HGT）資料和NCEP提供1982—2008年全球再分析資料，對北印度洋熱帶氣旋的月季變化的雙峰結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明：500 hPa流場上熱帶輻合帶的北進(jìn)南退和500hPa高度場上南亞高壓季節(jié)性進(jìn)退跟雙峰結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化有很好的對應(yīng)關(guān)系。此外，海溫的季節(jié)性變化和季風(fēng)的爆發(fā)對熱帶氣旋的月季變化有很大的影響，海溫較高的時期，熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)較多，反之依然。當(dāng)季風(fēng)爆發(fā)時，存在著強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，不利于熱帶氣旋的生成。正是這些綜合因素，才造成了北印度洋熱帶氣旋的雙峰結(jié)構(gòu)。

北印度洋；熱帶氣旋；雙峰結(jié)構(gòu)

1 引言

世界氣象組織（WMO）將熱帶氣旋海域劃分為北大西洋、東部和中部北太平洋、西北太平洋、北印度洋、西南印度洋、澳大利亞海區(qū)和南太平洋7塊[1]。目前對其他海域上熱帶氣旋的研究有了很大的進(jìn)展，對于熱帶氣旋的年月季變化有了一個比較清楚的認(rèn)識，對其形成機(jī)理做了深刻大量的研究，而對印度洋特別是北印度洋熱帶氣旋的研究工作開展比較少。北印度洋熱帶氣旋通常生成于阿拉伯海和孟加拉灣，每年平均只有5—6個熱帶氣旋生成，與西北太平洋（平均每年有28個熱帶氣旋發(fā)生）相比，印度洋并不是熱帶氣旋活動頻繁的的洋面，陳聯(lián)壽指出盡管印度洋上生成的熱帶氣旋只占全球熱帶氣旋很少的一部分，但是他們是世界上破壞力最強(qiáng)的氣旋。在1970年，一個發(fā)生在孟加拉灣強(qiáng)熱帶氣旋竟可以奪走30萬人的生命。因此有必要對北印度洋熱帶氣旋進(jìn)行分析研究。本文從北印度洋熱帶氣旋月季變化的雙峰結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，試圖解釋造成這種雙峰結(jié)構(gòu)的原因。

2 資料應(yīng)用

本文所用熱帶氣旋資料包括美國聯(lián)合臺風(fēng)預(yù)警中心（JTWC）提供的1977—2008熱帶氣旋資料，NOAA數(shù)據(jù)庫（ftp://ftp.cdc.noaa.gov/pub/Datasets/noaa.oisst.v2.highres）提供的1977—2008年月平均海表面溫度（SST）資料、逐日的高度場（HGT）資料，美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）提供的1982—2008年全球再分析資料。其中熱帶氣旋基本數(shù)據(jù)包括：熱帶氣旋編號、起始日期、終止日期、中心最低氣壓、中心附近最大風(fēng)速以及中心經(jīng)緯度位置，NCEP全球再分析資料網(wǎng)格分辨率為2.5°×2.5°，850 hPa、500 hPa和200 hPa上的風(fēng)場。其中SST和HGT資料分辨率分別為2°×2°和2.5°×2.5°

3 月季變化

O.P.Sing[2]在對北印度洋上熱帶氣旋頻數(shù)變化分析時發(fā)現(xiàn)孟加拉灣上熱帶氣旋在1877—1998年有顯著的增加趨勢，5月和11月是熱帶氣旋活躍的兩個月份，在季風(fēng)過度時期，7—9月熱帶氣旋呈減少趨勢。MARK A.LANDER[3]在分析1995年北印度洋熱帶氣旋活動特征發(fā)現(xiàn)，1995年北印度洋有4個熱帶氣旋生成，其中一個生成于阿拉伯海，另外3個生成于孟加拉灣。北印度洋上通常平均每年有5個熱帶氣旋生成，大約2個發(fā)生在春季和3個發(fā)生在秋季。1995年北印度洋上熱帶氣旋顯著減少的原因可能是很強(qiáng)的垂直風(fēng)切變造成的。1995年4月北印度洋上層為西風(fēng)異常，下層為東風(fēng)異常，導(dǎo)致在北印度洋大部分區(qū)域有很強(qiáng)的垂直風(fēng)切變。

圖1是1977—2008年間TC在一年中各月發(fā)生的頻數(shù)，呈明顯的雙峰變化特征。其中2月份沒有TC生成，5月、10月和11月份是TC生成頻數(shù)較多的月份，其中又以11月居首，有44個TC生成，5—6月和9—12月是全年TC發(fā)生的集中時期，在此期間TC的總頻數(shù)為150個，占總數(shù)的89.8%。從季節(jié)性變化來看，春季（3—5月）共32個，占19.2%；夏季（6—8月）共19個，占11.3%；秋季（9—11月）共93個，占55.7%；冬季（12月、1月、2月）共23個，占13.8%。在TC季節(jié)性變化過程中，秋季頻數(shù)最大，春季次之冬夏季頻數(shù)少，且冬季大于夏季。

圖1 TC各月發(fā)生頻數(shù)

4 海溫和垂直風(fēng)切變對TC影響

一些研究表明，海表面溫度對熱帶氣旋的發(fā)生具有顯著影響。海表面溫度越高，在海氣交換作用下使得低層空氣溫度越高濕度越大，這種條件會使局地的對流活躍，有利于擾動生成，所以高海溫有利于TC的生成[4]。由于海陸交界的地方資料缺省，為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，現(xiàn)對海陸交界處缺省的格點(diǎn)用每年平均海溫加以代替。從圖2a可以看出海溫（SST）與TC的生成有很好的正相關(guān)，位于和孟加拉灣東部區(qū)域相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.25以上。每年夏季是南亞季風(fēng)爆發(fā)的時機(jī)，南亞季風(fēng)不僅范圍較大，而且強(qiáng)度很強(qiáng)，其顯著特征是底層盛行大范圍的西風(fēng)，通常用WYI指數(shù)來定義南亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱（即850 hPa與200 hPa緯向風(fēng)切變，范圍通常為40°—110°E，0°—20°N）。本文選取40°—110°E，0°—20°N范圍內(nèi)垂直風(fēng)切變的平均值即垂直風(fēng)切變指數(shù)來代表該年垂直風(fēng)切變的大小。圖2b是1977—2008年每年6—8月TC頻數(shù)和這段時間內(nèi)平均垂直風(fēng)切變指數(shù)的相關(guān)，可以明顯看出，TC頻數(shù)與垂直風(fēng)切變有負(fù)的相關(guān)，位于阿拉伯海和孟加拉灣的北部區(qū)域相關(guān)系數(shù)更是高達(dá)-0.5。從圖3a可以發(fā)現(xiàn)，垂直風(fēng)切變與該期間發(fā)生TC頻數(shù)呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.41,并且通過了α=0.05的顯著性檢驗。圖3b反映了TC頻數(shù)與海溫的相關(guān)性，其中海溫是通過計算北印度洋每個格點(diǎn)上海溫和的平均，TC頻數(shù)與海溫的相關(guān)系數(shù)為0.258，并且通過了α=0.2的顯著性檢驗。因此，海溫和夏季風(fēng)是影響TC頻數(shù)的因素之一。

圖2 海溫和垂直風(fēng)切變對TC的影響

圖3 垂直風(fēng)切變和海溫與TC年際變化的相關(guān)

5 熱帶輻合帶

熱帶輻合帶又稱赤道輻合帶。是赤道低壓帶在流場方面的表現(xiàn)，是南北兩半球信風(fēng)氣流形成的輻合地帶，同時，熱帶輻合帶是熱帶地區(qū)熱量、水汽最集中的地區(qū)，也是熱帶擾動發(fā)生的主要源地[5]。圖4為1977—2008年北印度洋5月、8月、10月、2月500 hPa上平均流場分布，分別作為春、夏、秋、冬季的代表月份?？梢钥闯觯庇《妊笊蠠釒л椇蠋г码H變化呈現(xiàn)出2月最南（位于赤道附近），2—5月表現(xiàn)為北進(jìn)（到達(dá)北緯10°—15°），8月抬升至印度半島（20°N），10月南退至北印度洋（10°N）。這也部分解釋了圖1熱帶氣旋頻數(shù)變化的雙峰結(jié)構(gòu)，在2月份，輻合帶位于赤道附近，北印度洋為大范圍的西風(fēng)所覆蓋，由于缺少合適的初始擾動，因此TC生成較少，5月份熱帶輻合帶位置北印度洋上，為熱帶氣旋生成之前的初始擾動提供了有利的條件。5月份以后隨著季風(fēng)的爆發(fā)，輻合帶北抬至印度半島，沒有合適的初始擾動，熱帶氣旋頻數(shù)開始急劇減少。10月份之后，隨著輻合帶的南退，再一次為熱帶氣旋的產(chǎn)生提供了有利的初始條件。輻合帶的北進(jìn)南退較好的解釋了熱帶氣旋頻數(shù)的季節(jié)變化。

圖4 1977—2008年500 hPa平均流場

6 海溫的季節(jié)變化

圖5是利用NOAA高分辨率合成分析資料，對1982—2008年間2月、5月、8月、10月對北印度洋海溫進(jìn)行27年的平均后得到的，它反映了北印度洋上海溫的季節(jié)變化（從春季至冬季）呈現(xiàn)出高-低-高-低的變化，春季北印度洋大部分洋面都被29.5℃的高海溫所覆蓋，呈現(xiàn)出北低南高的形勢，南北溫差不大。到了夏季，索馬里附近有一條狹長的冷舌，最低溫度僅僅為25℃，一直延伸到阿拉伯海的中部，呈現(xiàn)出東高西低的形勢，這種春季和夏季的海溫特征與谷良雷[6]等人在南亞夏季風(fēng)典型強(qiáng)弱年與阿拉伯海溫一文所反映的現(xiàn)象較為一致，4月份整個阿拉伯海海表面溫度呈正距平，索馬里也呈現(xiàn)出正距平的變化，7月，阿拉伯海漸漸被海表面負(fù)距平占據(jù)，索馬里附近溫度呈現(xiàn)出強(qiáng)負(fù)距平中心。到了秋季，北印度洋大部分洋面被28°—29℃的高海溫覆蓋，高海溫出現(xiàn)在孟加拉灣附近，阿拉伯海上的冷舌依然存在，但最低溫度已經(jīng)上升到27.5℃。冬季，僅僅在孟加拉灣的南部靠近赤道地區(qū)的海溫達(dá)到了29℃。，其北部阿拉伯?？拷黢R里附近最低溫度僅有24℃，呈現(xiàn)出北低南高的形勢，等溫線比較密集。

圖5 1982—2008年2、5、8、10月北印度洋平均海溫分布

7 高度場形勢

南亞高壓是活躍在南亞地區(qū)較為深厚的高壓系統(tǒng)，在冬季南亞高壓主要位于東南亞-菲律賓近赤道上空，這種情況可以持續(xù)到4月底，5月份其中心迅速移到孟加拉灣北部地區(qū)，7月和8月又跳到高原及其鄰近地區(qū)，以后再這些位置上成準(zhǔn)周期震蕩。9月份開始，南亞高壓開始南退[7]。圖6是春季和秋季TC頻數(shù)與500 hPa各格點(diǎn)平均高度場的相關(guān)系數(shù)。從圖上可以看出，當(dāng)南亞高壓位于北印度洋北部時，有較多的TC產(chǎn)生。而恰恰春季和秋季是北印度洋熱帶氣旋多發(fā)時期。當(dāng)南亞高壓位于北印度洋以北，北印度洋上空有強(qiáng)的東風(fēng)切變，有利于TC的產(chǎn)生和發(fā)展，這主要是因為當(dāng)TC以整層平均速度移動時，低層輻合和高層暖核仍然保持同位相，因此有利于TC的生成和發(fā)展[8]。

圖6 高度場與TC的相關(guān)系數(shù)

此外，每年的夏季和冬季是夏季風(fēng)和冬季風(fēng)爆發(fā)的時期，在這段時間內(nèi)由于較大的垂直風(fēng)切變，不利于TC的生成。由于沒有找到合適的冬季風(fēng)指數(shù)，對于冬季風(fēng)的研究本文沒有進(jìn)行。

8 結(jié)論

本文從熱帶輻合帶、海溫、季風(fēng)、高度場的季節(jié)變化規(guī)律找出了能夠合理解釋北印度洋熱帶氣旋雙峰結(jié)構(gòu)特征，熱帶輻合帶和南亞高壓的季節(jié)性的北跳南退和海表面溫度的季節(jié)性特征與這種雙峰結(jié)構(gòu)有較好的一致性，另外，南亞地區(qū)季風(fēng)的季節(jié)性變化也從某種程度解釋了這種雙峰結(jié)構(gòu)特征。

[1]陳聯(lián)壽,丁一匯.西太平洋臺風(fēng)概論[M].科學(xué)出版社,1979:5-6.

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[3]Lander M A,Guard C P.A look at global tropical cyclone activity during 1995:contrasting high atlantics activity with low activity in other basins[J].monthly weather review.1998,126:1163-1173.

[4]張文龍,張大林,王昂生,等.臺風(fēng)榴蓮（2001）在季風(fēng)槽中生成的機(jī)制探討[J].氣象學(xué)報,2009,67(5):811-827.

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[8]毛麗娜,潘益農(nóng).環(huán)境風(fēng)垂直切變對熱帶氣旋“碧利斯”的影響[J].氣象科學(xué),2009,29(4):507-512.

Monthly characteristics of tropical cyclone in the North Indian Ocean

WU Feng-dian，LUO jian，YE Chao-hui
（Institute of Meteorology,PLAUST,Nanjing 211101 China)

Based on the data of tropical cyclone in the North Indian Ocean from 1977 to 2008 from JTWC,the monthly SST and daily HGT from NOAA,and the global reanalysis data from 1982 to 2008 from NCEP,the double peak character of tropical cyclone over the North Indian Ocean is analyzed.The results show that:(1)the position of flow field in the 500 hPa Intertropical Convergence Zone(ITCZ)well explained seasonal changes of tropical cyclone,as well as the seasonally changes of South Asia High in the 500 hPa according to the changes of tropical cyclone;(2)the seasonal variation of SST and the outbreak of the Monsoon show their impacts on occurring frequency of tropical cyclone,which means that high SST and weak vertical wind shear were in favor of the tropical cyclone frequency;(3)When the Monsoon broke out,the strong wind vertical shear was not conducive to the formation of tropical cyclone.Considering all the factors of above,they are the factors that led to the double peak structure of the tropical cyclone in the North Indian Ocean.

North Indian Ocean；tropical cyclone；double peak

book=46,ebook=46

P444

：A

：1003-0239（2012）04-0029-06

2011-09-22

國家自然科學(xué)基金（40976015）；國家“973”項目（2010CB950302）

吳風(fēng)電（1981-），男，研究生在讀，主要從事熱帶氣旋方面的研究。E-mail:salina1982@126.com