2015年西北太平洋臺風(fēng)季提早展開:2015/2016超級厄爾尼諾的影響

錢伊恬,徐邦琪

南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際聯(lián)合實驗室/氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044

2015年西北太平洋臺風(fēng)季提早展開:2015/2016超級厄爾尼諾的影響

錢伊恬,徐邦琪*

南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際聯(lián)合實驗室/氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044

2016-03-03收稿，2016-10-12接受

國家自然科學(xué)基金資助項目(41375100);國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2015CB453200)

2015年1—5月西北太平洋上異常出現(xiàn)了7個熱帶風(fēng)暴(Tropical Storms,TS),其中有5個發(fā)展成臺風(fēng)(Typhoons,TY),分別為氣候平均態(tài)(1979—2015年)的2.5和3.6倍,亦即2015年的臺風(fēng)季提前展開。利用ERA-Interim再分析資料、JTWC熱帶氣旋最佳化路徑數(shù)據(jù)等資料,通過計算臺風(fēng)生成指數(shù)(Genesis Potential Index,GPI)和比較天氣尺度和季節(jié)內(nèi)振蕩分量,探討2015年臺風(fēng)季提前的原因。結(jié)果表明:1)2015年初異?；钴S的臺風(fēng)活動與2015/2016年超級El Ni?o事件于西北太平洋上引發(fā)的海氣狀態(tài)異常有關(guān)。2)通過對大尺度環(huán)境場和臺風(fēng)潛在生成指數(shù)(GPI)的診斷分析發(fā)現(xiàn),動力因子(低層渦度、垂直速度)和熱力因子(與海表面溫度、大氣溫度有關(guān)的潛在強度、中低層大氣相對濕度)均對2015年1—5月臺風(fēng)的發(fā)生有正貢獻。其中,渦度項的貢獻最大,相對濕度的貢獻次之。3)3～10 d天氣尺度擾動和10～90 d季節(jié)內(nèi)振蕩在2015年1—5月也異?；钴S,有利于TS和TY的生成與發(fā)展。

2015超級El Ni?o

臺風(fēng)活動

GPI

高、低頻擾動

厄爾尼諾—南方濤動(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)為赤道中東太平洋海氣相互作用的大尺度氣候異常,其為年際時間尺度上最顯著的信號之一。ENSO與赤道太平洋的海表溫度(Sea Surface Temperature,SST)的變化有密切的關(guān)系,并且將影響到全球的氣溫、環(huán)流和降水(Bradley et al.,1987;Ropelewski and Halpert,1987)。厄爾尼諾(El Ni?o)和拉尼娜(La Ni?a)分別是其暖事件和冷事件,周期一般是3～7 a(Collins,2005;Camargo et al.,2010)。業(yè)務(wù)監(jiān)測和預(yù)報上通常用Ni?o3.4區(qū)(170～120°W,5°S～5°N)3個月滑動平均的逐月海溫距平(SST Anomaly,SSTA)來衡量El Ni?o的強度(Trenberth,1997;Gergis and Fowler,2005)。

2015—2016年冬季爆發(fā)了一次超級El Ni?o事件,這次事件的強度與20世紀1997/1998年的超級El Ni?o事件相當,2015—2016年全球各地出現(xiàn)了不同的氣候異常特征,例如:在肯尼亞和烏干達等東非國家在10—12月的降水增加,而在南非地區(qū)卻遭遇了干旱,造成了糧食危機;處于西南季風(fēng)區(qū)的南亞地區(qū),6—9月的降水明顯增加,西南太平洋的降水減少,中東太平洋地區(qū)對流頻發(fā),導(dǎo)致東南亞國家(如印度尼西亞等國)的干旱、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害頻發(fā);在美洲中南部,墨西哥、秘魯北部等地區(qū)春季的降水增加,而在哥倫比亞和巴拿馬地區(qū)降水減少,美國南(北)部降水增加(減少)。值得注意的是,氣象學(xué)家原本認為在2015/2016超級El Ni?o發(fā)生前1 a(2014/2015)可能會出現(xiàn)本世紀的超級El Ni?o事件。從2014年5月開始,赤道中東太平洋的海溫距平(SSTA)開始逐漸上升,11月時,Ni?o3.4區(qū)的海溫距平就已經(jīng)超過了0.5 ℃,但是在2014年末時,SSTA卻開始下降。對于2014/2015 El Ni?o事件的意外夭折,有些學(xué)者(Su et al.,2014;Levine and McPhaden,2016)認為是由于在2014年夏季時,持續(xù)的西風(fēng)停止,取而代之的是東風(fēng)爆發(fā)(easterly wind burst),這一東風(fēng)爆發(fā)阻止了2014—2015年的冬季El Ni?o的發(fā)展,并且根據(jù)充放電理論(Jin,1997),爆發(fā)的東風(fēng)阻礙了暖水向兩極輸送,暖水儲存了下來。因此停止的El Ni?o卻沒有在2015年轉(zhuǎn)變成La Ni?a,反而為2015/2016的超強El Ni?o積蓄了力量(Levine and McPhaden,2016)。因此從2015年2月開始,海溫又重新升高,在8月Ni?o3.4區(qū)的SSTA超過1.5 ℃,并且在北半球冬季達到鼎盛狀態(tài),繼而發(fā)展成為一個超級El Ni?o事件。

作為年際尺度上最重要的變化之一,ENSO與臺風(fēng)的發(fā)生有非常密切的關(guān)系,許多學(xué)者都對此有很深入詳細的研究(Chan,1985;Dong,1988;Wu et al.,2004;陶麗等,2013),并且在不同的海域中的影響結(jié)果往往不同。最早Gray(1984)就研究了大西洋上的臺風(fēng)與El Ni?o的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)El Ni?o發(fā)生時,大西洋上的臺風(fēng)個數(shù)往往低于氣候平均;而在La Ni?a年,會有更多的颶風(fēng)在大西洋上產(chǎn)生(Pielke and Landsea,1999)。西北太平洋上臺風(fēng)的年際變化也與ENSO關(guān)系密切,Wang and Chan(2002)發(fā)現(xiàn)強El Ni?o事件發(fā)展階段(北半球夏季),西北太平洋上會有更多的臺風(fēng),在El Ni?o成熟期過后的夏天,臺風(fēng)個數(shù)會明顯減少,臺風(fēng)數(shù)量的變化與海溫異常相關(guān)的Walker環(huán)流經(jīng)向偏移有關(guān)(Chan,1985;Wu and Lau,1992;Chan,2000)。ENSO不僅影響臺風(fēng)的個數(shù),也與臺風(fēng)生成的位置和軌跡相關(guān),對于西北太平洋上的臺風(fēng)而言,在El Ni?o(La Ni?a)年,臺風(fēng)會生成在比較偏東南(西北)方(Chan,1985;Chen et al.,1998;Chia and Ropelewski,2002;Wang and Chan,2002),并且臺風(fēng)軌跡更加往東北方彎曲且向北深入(Camargo et al.,2007)。除此之外,還有學(xué)者對于El Ni?o對臺風(fēng)生成時間的影響進行了研究。Chan(2000)統(tǒng)計了El Ni?o年每個月發(fā)生臺風(fēng)的個數(shù),發(fā)現(xiàn)9、10月中國南海的臺風(fēng)偏少而在西北太平洋東部的臺風(fēng)偏多,在El Ni?o之后的1 a整個西北太平洋上的臺風(fēng)都偏少。

在這次2015/2016超級El Ni?o發(fā)展成熟之前,西北太平洋上的臺風(fēng)活動出現(xiàn)異常特征。例如:進入典型臺風(fēng)季(6—10月)開始前,西北太平洋上出現(xiàn)多個超強熱帶氣旋系統(tǒng),2015年5月16日在西北太平洋上生成的超強臺風(fēng)Dolphin(Category 5,風(fēng)速>114 knots)已是2015年西北太平洋第3個超強臺風(fēng)。同樣是超級El Ni?o,1997年西北太平洋上第3個Cat 5臺風(fēng)發(fā)生于7月22日,比2015年晚了兩個月。換言之,2015年的臺風(fēng)季于年初(1—5月)即已展開。ENSO或是超級El Ni?o如何影響臺風(fēng)季的開始時間?對此學(xué)界還少有研究,本文以2015/2016超級El Ni?o事件為例,探討2015年初臺風(fēng)活動異?；钴S的原因,包括:診斷西北太平洋上大尺度熱力、動力場對臺風(fēng)生成增多的相對貢獻,以及探討高頻天氣尺度擾動、季節(jié)內(nèi)振蕩活動的影響。

1 資料和方法

1.1 資料

1)臺風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)集:由美國海軍太平洋氣象及海洋中心下屬的聯(lián)合臺風(fēng)預(yù)警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)提供。前人研究指出(Song et al.,2010;Wu and Zhao,2012),相較于其他臺風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)(如:日本氣象廳RSMC_Tokyo數(shù)據(jù)、上海臺風(fēng)所臺風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)等),JTWC對臺風(fēng)強度的掌握更為精確,因此本研究采用JTWC提供的熱帶氣旋數(shù)據(jù)。時間長度從1979—2015年,時間間隔為6 h。根據(jù)Saffir-Simpson的熱帶氣旋等級定義,本文中將最大地表風(fēng)速大于34 knots定義為熱帶風(fēng)暴(Tropical Storm,TS),大于64 knots定義為臺風(fēng)(TYphoon,TY)。熱帶氣旋的生成頻率是統(tǒng)計每個時次西北太平洋上每一個2.5°×2.5°格點上熱帶氣旋生成的個數(shù),熱帶氣旋的出現(xiàn)頻率是每一個格點中的熱帶氣旋的經(jīng)過總次數(shù)。TS(TY)的生成位置定義為熱帶風(fēng)暴最大風(fēng)速第一次超過34(64)knots的位置。

2)為了解大尺度海、氣狀態(tài)異常,本研究收集了歐洲中期天氣預(yù)報中心提供的再分析資料(ERA-Interim;Dee et al.,2011)和美國國家海洋大氣管理局的擴展重建海溫[NOAA Extended Reconstructed Sea Surface Temperature(ERSST),Smith and Reynolds,2004],時間長度皆為1979—2015年,時間分辨率為逐月資料,ERSST的空間分辨率為2°×2°,ERA-Interim三維數(shù)據(jù)的空間分辨率為1.5°×1.5°,垂直方向有37層,變量有水平風(fēng)速u和v,垂直速度w(Pa·s-1),溫度T、比濕q。為了研究高頻波動的影響,也采用了ERA-Interim日平均的風(fēng)場數(shù)據(jù)。

3)月平均降水數(shù)據(jù)采用的是1979—2015年全球降水氣候項目(Global Precipitation Climatology Project,GPCP;Adler et al.,2003),分辨率為2.5°×2.5°。

1.2 方法

1)熱帶氣旋生成潛在指數(shù)(Genesis Potential Index,GPI)診斷

本文采用的是經(jīng)過Murakami and Wang(2010)改進了之后的GPI,和原來的GPI公式(Emanual and Nolan,2004)相比,加入了垂直運動項,以下為GPI(IGPI)的公式:

(1)

其中:ζ是850 hPa的絕對渦度(單位:s-1);IRH是700 hPa的相對濕度(單位:%);Vpot是熱帶氣旋的最大潛在強度(Potential Intensity,PI;單位:m·s-1);Vs是850 hPa和200 hPa之間的垂直風(fēng)切變的大小(單位:m·s-1);ω是500 hPa的垂直速度(單位:Pa·s-1)。PI的定義是基于Emanuel(1995)的工作,同時經(jīng)過Bister and Emanual(1998)的改進。

為了計算GPI變化量中各項物理過程的相對貢獻,GPI的各項可以簡單表示為:

IGPI=η·γ·ψ·s·ω。

(2)

其中:η代表低層渦度;Υ代表低層濕度;ψ代表有關(guān)海溫及大氣溫度的PI項;s代表高低層的垂直風(fēng)切變;ω代表垂直風(fēng)速。將方程兩邊取對數(shù)后,可將非線性的各項相乘轉(zhuǎn)為線性的各項相加,如下式:

ln(IGPI)=lnη+lnγ+lnψ+lns+lnω。

(3)

X=

(4)

同理,可得其他項的相對貢獻大小。各項貢獻之和等于GPI相對于氣候態(tài)的變化。分母是各項絕對值之和。

2)水汽方程診斷

根據(jù)Yanaietal.(1973),在等壓面上某一層的水汽傾向方程可以表示為:

(5)

其中:q是比濕;t為時間;V是水平風(fēng);是水平梯度算符;p是氣壓;ω是垂直速度;Q2是視水汽匯(由于凝結(jié)和蒸發(fā)過程造成的潛熱加熱和次網(wǎng)格尺度的水汽通量輻合);L是凝結(jié)潛熱。方程(5)左邊代表水汽傾向或是水汽變化率,右邊為造成水汽變化的物理過程,右邊第1項-V·q為水汽平流的貢獻;第2項為垂直平流的貢獻;第3項與潛熱釋放有關(guān)的水汽源匯項。2015年初異常水汽的變化可能來自于不同時間尺度的運動引發(fā)的物理過程,為了定量研究水汽的變化來自于何種尺度相互作用,將每月的水汽傾向和各個變量都表示為氣候態(tài)與距平場的和:

(6)

(7)

方程(7)左邊表示水汽距平的傾向;右邊的第1—3項分別表示異常風(fēng)場輻合氣候平均水汽場、氣候風(fēng)場輻合水汽距平場以及異常風(fēng)場輻合水汽距平場;第4項代表垂直速度的距平場平流氣候平均水汽;第5項代表氣候平均的垂直速度平流水汽距平場;第6項代表垂直速度的距平場平流水汽距平場;第7項代表視水汽匯的距平。

3)再分析數(shù)據(jù)中對臺風(fēng)的濾除和帶通濾波

再分析數(shù)據(jù)中的大尺度信號可能包含了臺風(fēng)本身,即臺風(fēng)的信號反饋可能隱含在大尺度場當中(Hsu et al.,2008)。為了濾除再分析數(shù)據(jù)中包含的臺風(fēng)信號,本文采用了Kurihara et al.(1995)運用在GFDL模式上的去除臺風(fēng)的方法,這種方法主要是根據(jù)切向風(fēng)的徑向梯度和大小來確定臺風(fēng)的邊界。同時,為了提取3～10 d和10～90 d的環(huán)流信號,采用了Lanczos帶通濾波(Duchon,1979)。

2 2015/2016超強El Nio的演變過程和臺風(fēng)特征

圖1 2014—2016年各季節(jié)的平均海溫(等值線)分布及其與氣候平均態(tài)(1979—2015年)的差值(陰影,紅色代表正距平大于0.5 ℃,藍色代表負距平小于-0.5 ℃)[藍色框代表Nio3.4區(qū)(170～120°W,5°S～5°N)的位置;單位:℃] a.2014年秋季;b.2014/2015年冬季;c.2015年春季;d.2015年夏季;e.2015年秋季;f.2015/2016年冬季Fig.1 2014—2016 seasonal mean SST(contours;units:℃) and its anomaly(relative to the climatology in 1979—2015)[red(blue) shading indicates SSTAs greater(smaller) than 0.5 ℃(-0.5 ℃);blue box represents the Nio3.4 region(5°S—5°N,170—120°W);units:℃]:(a)2014 autumn;(b)2014/2015 winter;(c)2015 spring;(d)2015 summer;(e)2015 autumn;(f)2015/2016 winter

圖2 1979—2015年氣候平均(灰色)和2015年(紅色)各月在西北太平洋(100～200°E,0～40°N)上發(fā)生的TS(a)及TY(b)個數(shù)Fig.2 1979—2015 climatological mean(gray bars) and 2015(red bars) (a)TS and (b)typhoon counts over the western North Pacific(0—40°N,100—200°E) in each month

對應(yīng)熱帶太平洋海溫異常的演化,西北太平洋臺風(fēng)活動也出現(xiàn)明顯的異常。由熱帶氣旋每月在西北太平洋上生成的個數(shù)(圖2)可以看出,就氣候平均(1979—2015)而言,在西北太平洋海域,全年都有TS(圖2a)和TY(圖2b)生成,每年6—10月為臺風(fēng)季,生成在6—10月的TS(TY)占全年的73%(80%)。值得注意的是,在2015年的臺風(fēng)季(6—10月)期間,熱帶氣旋的個數(shù)與氣候平均并沒有太大的差別,并且全年總個數(shù)也沒有太大差距,反而在臺風(fēng)季發(fā)生之前的1—5月,2015年的熱帶氣旋個數(shù)在每個月均大于氣候平均。2015年1—5月TS的個數(shù)為7個,而氣候平均只有2.8個(圖2a),2015年是氣候平均的2.5倍。2015年1—5月TY的個數(shù)也達5個,大約是氣候平均(1.4個)的3.6倍。

圖4是TY的生成和出現(xiàn)頻率,與TS結(jié)論一致,菲律賓海以東的熱帶太平洋(130～170°E,2.5～12.5°N)洋面上有較多TY生成,西北太平洋上TY頻次增加。下文將進一步討論有利于2015年年初熱帶氣旋活動的關(guān)鍵大尺度環(huán)境場以及高頻擾動。

3 大尺度環(huán)境場對2015年初臺風(fēng)活動活躍的貢獻

3.1 大尺度環(huán)境場分析

熱帶氣旋的生成與大尺度大氣與海洋狀況有密切的關(guān)系(Gray,1979),圖5顯示與2015年1—5月臺風(fēng)生成有關(guān)的大尺度環(huán)境距平場。2015年年初時,熱帶太平洋的海溫異常增暖(圖5a),并且赤道中東太平洋有一個暖水異常中心,東太平洋/加州西岸亦為暖水異常區(qū),這些暖海溫異常與這次El Nio事件在2015年春季開始迅速發(fā)展有關(guān)。赤道中東太平洋的暖海溫對應(yīng)低壓異常(圖5f)及低層的輻合/氣旋式環(huán)流異常(圖5b、e)的發(fā)生,低層西風(fēng)使信風(fēng)存在負異常,日界線附近垂直風(fēng)切變減小(圖5d)。同時,Walker環(huán)流上升區(qū)異常東移至中太平洋150～180°E一帶(圖5c)。伴隨著異常低壓氣旋和異常上升運動,赤道西太平洋140°E以東,大氣中層水汽呈正異常(圖5g)、降水引發(fā)較強的非絕熱加熱異常(圖5h),這些大尺度的變化提供了熱帶擾動產(chǎn)生和發(fā)展的環(huán)境。

圖3 西北太平洋1—5月TS生成(a—c)及出現(xiàn)(d—f)頻率分布(單位:a-1) a,d.1979—2015年氣候平均;b,e.1979—2014年氣候平均;c.a與b的差值;f.d與e的差值Fig.3 The frequency of TS (a—c)genesis and (d—f)occurrence(units:a-1) during January to May over the western North Pacific:(a,d)1979—2015 climatological mean;(b,e)1979—2014;(c)difference between (a) and (b);(f)difference between (d) and (e)

圖4 西北太平洋1—5月TY生成(a—c)及出現(xiàn)(d—f)頻率分布(單位:a-1) a,d.1979—2015年氣候平均;b,e.1979—2014年氣候平均;c.a與b的差值;f.d與e的差值Fig.4 The frequency of TY (a—c)genesis and (d—f)occurrence(units:a-1) during January to May over the western North Pacific:(a,d)1979—2015 climatological mean;(b,e)1979—2014;(c)difference between (a) and (b);(f)difference between (d) and (e)

圖5 2015年1—5月海表面溫度(a;單位:℃)、850 hPa流函數(shù)[b;藍色風(fēng)標為風(fēng)場(單位:m·s-1);單位:10-6 m2·s-1]、500 hPa垂直速度(c;單位:Pa·s-1)、垂直風(fēng)切變(d;單位:m·s-1)、850 hPa的速度勢(e;單位:10-6 m2·s-1)、平均海平面氣壓(f;單位:Pa)、400～700 hPa各層平均的比濕(g;單位:10-3kg·kg-1)和(h)降水(h;單位:mm·d-1)的距平場分布(實線代表正距平,虛線代表負距平)Fig.5 Large-scale environmental anomalies for January to May 2015:(a)SST(units:℃);(b)850 hPa stream function(units:10-6 m2·s-1) and wind fields(blue vectors;units:m·s-1);(c)ω(units:Pa·s-1);(d)vertical wind shear(units:m·s-1);(e)velocity potential(units:10-6 m2·s-1);(f)mean sea level pressure(units:Pa);(g)400—700 hPa averaged humidity(units:10-3 kg·kg-1);(h)precipitation(units:mm·d-1)(solid lines represent positive anomalies;dotted lines represent negative anomalies)

3.2 潛在生成指數(shù)(GPI)分析

圖5說明了西北太平洋上的動力因子(低層正渦度、低壓、上升運動、垂直風(fēng)切變)和熱力因子(暖海溫、濕度增加)均提供了2015年年初臺風(fēng)發(fā)生的有利條件,為了進一步確認這些因子的相對貢獻,進一步計算熱帶氣旋的潛在生成指數(shù)(GPI)。圖6是2015年1—5月的GPI相對于氣候平均的總變化(圖6a)和GPI每一項變量的改變造成的GPI的變化(圖6b—6f)。GPI的正異常距平區(qū)位于140°E以東的熱帶太平洋區(qū),與TS/TY生成增多的區(qū)域(圖3c,圖4c)非常接近。異常的氣旋性渦度(圖6b)、較濕的中低層大氣(圖6c)、上升運動(圖6f)以及與海溫及大氣溫度有關(guān)的PI項(圖6d)都在2015年1—5月提供了一個有利熱帶氣旋生成的環(huán)境條件。通過對它們在TS/TY生成關(guān)鍵區(qū)域(130～170°E,2.5～12.5°N)進行區(qū)域平均后發(fā)現(xiàn)(圖7),其中渦度項的貢獻最大,達到了83%,其次是相對濕度項(45%),PI項和垂直速度項作用相當(18%),而垂直切變項的正貢獻出現(xiàn)在170°E以東,在關(guān)鍵區(qū)的平均貢獻為負值(-64%)。

圖6 2015年1—5月的GPI距平(a)及由各分項導(dǎo)致的GPI差異(b—f分別為渦度、相對濕度、PI、垂直風(fēng)切變和垂直速度的貢獻;陰影部分代表正距平的區(qū)域)Fig.6 (a)GPI anomaly during January—May 2015 and the GPI changes induced by individual terms:(b)vorticity;(c)RH;(d)PI;(e)vertical shear;(f)ω effects(shading represents positive anomalies)

圖7 TS/TY生成關(guān)鍵區(qū)(130～170°E,2.5～12.5°N)區(qū)域的平均GPI變化(各項貢獻之和)及其各項貢獻的百分比(單位:%)Fig.7 Changes in total GPI(sum of each budget term) and each budget term over the key region(2.5—12.5°N,130—170°E) for tropical storms/typhoon genesis

3.3 水汽方程診斷分析

圖8 2014年10月—2015年5月逐月的400～700 hPa積分的比濕距平(a;單位:10-4 kg·m-2)、比濕距平傾向(b;單位:10-6 kg·m-2·s-1)在TS/TY生成關(guān)鍵區(qū)(130～170°E,2.5～12.5°N)的變化以及2014年11月—2015年1月平均的400～700 hPa積分的水汽收支項(c;單位:10-6 kg·m-2·s-1)Fig.8 (a)400—700 hPa integrated monthly moisture anomaly(units:10-4 kg·m-2) and (b)anomalous moisture tendency(units:10-6 kg·m-2·s-1) over the TS/typhoon genesis region(2.5—12.5°N,130—170°E) during October 2014 to May 2015,and (c)moisture budget terms(units:10-6 kg·m-2·s-1) averaged from November 2014 to January 2015

圖9 2015年1—5月平均(a,d)和1979—2015年1—5月氣候平均(b,e)的3～10 d(a—c)和10～90 d(d—f)渦度標準差以及兩者的差值(c,表示a減去b;f,表示d減去e)(單位:10-5s-1)Fig.9 Standard deviations of (a—c)3—10-day and (d—f)10—90-day band-pass filtered vorticity in (a,d)January—May 2015 and (b,e)the 1979—2015 climatological mean,and (c,d)their respective differences(units:10-5 s-1)

4 天氣尺度擾動和季內(nèi)振蕩異常的貢獻

除了大尺度環(huán)境背景場的作用之外,許多學(xué)者的研究結(jié)果都表明天氣尺度擾動和季節(jié)內(nèi)振蕩都對臺風(fēng)產(chǎn)生明顯影響。北半球夏季期間,西北太平洋上東北—西南傾斜的天氣尺度波列顯著,隨時間向西北移行(Li,2006;Hsu and Li,2011),觀測中有許多熱帶低壓系統(tǒng)在天氣尺度波列中生成,因此3～10 d的天氣尺度波列也稱為TD-type擾動(Liebmann and Hendon,1990;Takayabu and Nitta,1993;Dunkerton and Baldwin,2015)。圖9a、9b是運用Kurihara et al.(1995)去除臺風(fēng)的方法將大尺度環(huán)境場中的臺風(fēng)去除以后得到的3～10 d擾動的強度。2015年年初,天氣尺度擾動活動強于氣候平均態(tài)(圖9c),推測有較多的TS/TY可以生成于較活躍的TD-type擾動系統(tǒng)。

早期的觀測已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱帶氣旋活動在時間和空間上具有群發(fā)的特性(丁一匯等,1977;Gray,1979),活躍和中斷的周期約為2～3周。隨著全球格點資料的逐漸豐富,許多研究進一步指出熱帶氣旋活動的周期變化與季節(jié)內(nèi)振蕩有關(guān)(Liebmann et al.,1994;Maloney and Hartmann,2000;祝從文等,2004;Kim et al.,2008;孫長等,2009;李崇銀等,2012;何潔琳等,2013),季節(jié)內(nèi)振蕩處于對流位相時,低頻氣旋性環(huán)流和輻合區(qū)均有利于天氣尺度擾動從季節(jié)內(nèi)振蕩獲得動能,因此有較多的臺風(fēng)發(fā)生并且增強(陳光華和黃榮輝,2009;Hsu et al.,2011)。Camargo et al.(2009)和Zhao et al.(2015)也指出季節(jié)內(nèi)尺度的中層水汽場和低層渦度場與臺風(fēng)活動的低頻變化密切相關(guān),同時,季節(jié)內(nèi)振蕩對西北太平洋地區(qū)熱帶氣旋路徑也有一定的影響(陶麗等,2012)。與天氣尺度擾動相似,10～90 d季節(jié)內(nèi)振蕩活動在2015年初也呈現(xiàn)較活躍的特征,大氣低頻擾動的增強也可能是2015年1—5月臺風(fēng)生成增多的原因之一。

5 結(jié)論

2015年初活躍的臺風(fēng)活動與熱帶太平洋海溫引發(fā)的大氣動力和熱力狀態(tài)的變化有關(guān)。2014/2015年的El Nio雖然夭折,但其余留下的赤道暖海溫于2014年底至2015年初開始持續(xù)增強(圖1),至2015年底達到最強。2015年初(1—5月)在赤道中東太平洋海溫加熱的作用下,西北太平洋大氣出現(xiàn)羅斯貝波響應(yīng)(Gill,1980),因此在西北太平洋上為氣旋性環(huán)流盤據(jù),低層西風(fēng)使赤道信風(fēng)減弱,垂直風(fēng)切變隨之減弱;同時Walker環(huán)流上升支加強,中低層大氣水汽充足,降水導(dǎo)致較高的非絕熱加熱作用,這些大尺度?！獨鈼l件提供了TS/TY生成的有利大尺度環(huán)境(圖5)。

而水汽平流為負貢獻。

除了大尺度環(huán)境場對于臺風(fēng)生成的貢獻之外,2015年年初西北太平洋地區(qū)的3～10 d天氣尺度擾動和10～90 d季節(jié)內(nèi)振蕩活動也明顯增強(圖9),這些活躍的大氣高頻、低頻擾動系統(tǒng),也為TS/TY的生成提供了可能的有利條件(Takayabu and Nitta,1993;Liebmann et al.,1994;Maloney and Hartmann,2000)。

過去研究發(fā)現(xiàn)ENSO會影響西北太平洋臺風(fēng)季(6—10月)的TS活動(Chan,1985;Chen et al.,1998;Chia and Ropelewski,2002;Wang and Chan,2002),本研究則進一步指出,ENSO可能也會對臺風(fēng)季的起始產(chǎn)生調(diào)控作用。此次2015/2016超級厄爾尼諾事件使2015年臺風(fēng)季提早發(fā)生,且2016年臺風(fēng)季延遲發(fā)生(第1個臺風(fēng)出現(xiàn)在2016年7月)。本文討論了2015年臺風(fēng)季提早發(fā)生的原因,未來將對2016年臺風(fēng)季延遲發(fā)生的原因,以及ENSO如何影響臺風(fēng)季早晚的機制進行深入研究。

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Early onset of the typhoon season over the western North Pacific in 2015:Influence of the 2015/2016 super El Nio event

QIAN Yitian,HSU Pang-chi

KeyLaboratoryofMeteorologicalDisasterofMinistryofEducation(KLME)/JointInternationalResearchLaboratoryofClimateandEnvironmentChange(ILCEC)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters(CIC-FEMD),NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China

To investigate what mechanisms induced the earlier onset of the typhoon season in 2015,we diagnosed the large-scale environments from ERA-Interim and NOAA ERSST data.The results show that the unusual growth of TS activity in early 2015 was related to the anomalous air-sea conditions of the 2015/2016 super El Nio event.The anomalous warming over the central equatorial Pacific associated with the abortion of the 2014/2015 El Nio was accompanied by a cyclonic anomaly,low-level convergence and increased atmospheric moisture content over the WNP,where tropical cyclones were generated.We further analyzed the genesis potential index(GPI) to understand the relative roles of different dynamic and thermodynamic effects in the increased number of typhoons during January to May 2015,as compared to the climatological state.The results of the GPI diagnosis indicated that the dynamic(low-level vorticity and vertical velocity) and thermodynamic(potential intensity related to sea surface and air temperature and atmospheric relative humidity in the lower to middle levels) factors both contributed positively to the increases in typhoon genesis during January to May in 2015.The low-level vorticity anomaly showed the largest contribution,while the enhanced relative humidity was the secondary contributor.The former may have been related to the Rossby wave response to the warm sea surface temperature in the central equatorial Pacific.The low-level westerly wind associated with the cyclonic anomaly may have weakened the trade winds and vertical wind shear.The processes related to increased moisture content were examined in detail through moisture budget diagnosis.The leading term was related to the advection of low-level seasonal mean moisture in the warm pool via the anomalous ascending motion of the Walker circulation.The strengthened vertical moisture advection rapidly increased from November 2014 to January 2015 and reached its maximum value in February 2015,resulting in mid-level moistening and atmospheric diabatic heating.Apart from the influence of large-scale air-sea conditions,3—10-day synoptic-scale disturbances and 10—90-day intraseasonal oscillation were also enhanced during January to May 2015,favoring the genesis and development of tropical depressions/typhoon systems.

(責(zé)任編輯：孫寧)

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10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161012010

*聯(lián)系人，E-mail:pangchi@nuist.edu.cn