北太平洋爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征*

張樹欽， 傅 剛

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋氣象系，山東 青島 266100)

北太平洋爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征*

張樹欽， 傅 剛**

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋氣象系，山東 青島 266100)

利用FNL (Final Analyses)全球格點(diǎn)資料，對(duì)2000—2015年冷季(10月至來年4月)發(fā)生于北太平洋(20°N～65°N, 110°E～100°W)的爆發(fā)性氣旋進(jìn)行了分析研究。依據(jù)爆發(fā)性氣旋的空間分布特征和高時(shí)間分辨率的資料，將爆發(fā)性氣旋定義修訂為海表面中心氣壓(地轉(zhuǎn)調(diào)整到45oN) 12 h平均加深率達(dá)到1 hPa/h以上的氣旋。根據(jù)爆發(fā)性氣旋最大加深率的大小，在強(qiáng)度上將其劃分為4類：弱、中、強(qiáng)和超強(qiáng)。日本海、西北太平洋、中西太平洋、中東太平洋和東北太平洋為北太平洋爆發(fā)性氣旋的5個(gè)多發(fā)區(qū)域，發(fā)生于各區(qū)域的爆發(fā)性氣旋依次稱之為：JOS (Japan-Okhotsk Sea)、NWP (Northwestern Pacific)、WCP (West-Central Pacific)、ECP (East-Central Pacific)和NEP (Northeastern Pacific)爆發(fā)性氣旋。北太平洋爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)自西向東逐漸減少，呈現(xiàn)出“西多東少”的分布特征。爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征因發(fā)生區(qū)域不同而呈現(xiàn)出較大差異，NWP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于冬季和早春，而NEP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于秋季和早春；相對(duì)于NEP爆發(fā)性氣旋，NWP爆發(fā)性氣旋發(fā)展較為劇烈，中心最低氣壓較低，爆發(fā)史長(zhǎng)和發(fā)展史長(zhǎng)較長(zhǎng)。NWP爆發(fā)性氣旋的移動(dòng)路徑多為西南-東北向，隨著爆發(fā)強(qiáng)度的增強(qiáng)，其移動(dòng)路徑更趨于集中。NEP爆發(fā)性氣旋的移動(dòng)路徑因生成位置的不同而呈現(xiàn)出較大差異，在中西太平洋和中太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑前期多為偏東向，后期折向西北；而在中東太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑多為西南-東北向。海洋暖流為NWP和NEP爆發(fā)性氣旋的急劇發(fā)展提供了有利的海洋物理環(huán)境場(chǎng)。

北太平洋；爆發(fā)性氣旋；統(tǒng)計(jì)分析；移動(dòng)路徑

爆發(fā)性氣旋(Explosive Cyclone)，又稱“氣象炸彈(Meteorological Bomb)”[1]，具有中心氣壓迅速降低、氣旋強(qiáng)度急劇增大的特點(diǎn)，其風(fēng)速在極短的時(shí)間內(nèi)可達(dá)到30 m·s-1以上[2]，常常會(huì)伴隨著大風(fēng)、強(qiáng)降水等惡劣天氣，由于其生命周期短，多形成于中緯度海面上難以預(yù)報(bào)，被認(rèn)為是最危險(xiǎn)的天氣系統(tǒng)之一。Sanders 和 Gyakum[3]首次將爆發(fā)性氣旋定義為氣旋中心氣壓在24 h內(nèi)下降24 hPa以上，即氣旋中心氣壓加深率大于1 hPa/h (定義為1個(gè)Bergeron①1Bergeron = (24 hPa/24 h)(sin(60°)/sin(φ),φ為氣旋中心的緯度。，地轉(zhuǎn)調(diào)整到60°N)快速發(fā)展的氣旋。由于使用資料時(shí)間分辨率的提高，Yoshida和Asuma[4]將爆發(fā)性氣旋定義中的時(shí)間間隔修改為12 h。考慮到爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于中緯度地區(qū)，Roebber[5]和Gyakum等[6]分別將爆發(fā)性氣旋定義中的地轉(zhuǎn)調(diào)整緯度修訂為42.5oN和45oN。Sanders 和 Gyakum[3]對(duì)北半球爆發(fā)性氣旋的氣候?qū)W特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于冷季，最大頻數(shù)出現(xiàn)在1月份，且主要分布在太平洋和大西洋的西北部海域[5-6]。Lim和Simmonds[7]發(fā)現(xiàn)，西北太平洋是近年來全球爆發(fā)性氣旋發(fā)生最密集的區(qū)域。Yoshida和Asuma[4]指出，西北太平洋爆發(fā)性氣旋多集中在20°N～60°N、120°E～180°E的海域。Chen等[8]指出，日本海的東部和西北太平洋適宜于氣旋的快速發(fā)展。研究表明，大尺度大氣和海洋物理環(huán)境場(chǎng)對(duì)爆發(fā)性氣旋的發(fā)生發(fā)展及空間分布具有重要影響，爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于高空急流出口區(qū)的左側(cè)[3,9-11]、500 hPa槽的下游[12-15]及暖洋流和強(qiáng)SST梯度區(qū)域[3,16-20]。影響爆發(fā)性氣旋急劇發(fā)展的因素主要有：大氣的斜壓性[10-12,21-22]、上層動(dòng)力強(qiáng)迫[15,22-27]、潛熱加熱[28-31]和平流層位渦入侵[33-36]等。Sanders[12]在強(qiáng)度上將爆發(fā)性氣旋劃分成3類，即弱(1.0～1.2Bergerons)、中(1.3～1.8 Bergerons)和強(qiáng)(≥1.8 Bergerons)爆發(fā)性氣旋，不同強(qiáng)度爆發(fā)性氣旋的行為特征表現(xiàn)出明顯的差異。Yoshida和Asuma[4]根據(jù)爆發(fā)性氣旋生成和發(fā)展的位置，將西北太平洋爆發(fā)性氣旋分為3類，第1類是生成于大陸、于日本?；蚨趸舸慰撕０l(fā)展的爆發(fā)性氣旋；第2類是生成于大陸、于太平洋發(fā)展的爆發(fā)性氣旋；第3類是生成于太平洋、于太平洋發(fā)展的爆發(fā)性氣旋。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，這3類爆發(fā)性氣旋的多發(fā)季節(jié)、空間分布及平均爆發(fā)強(qiáng)度存在明顯不同。

過去研究多采用Sanders 和 Gyakum[3]給出的爆發(fā)性氣旋定義，但統(tǒng)計(jì)表明爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于中緯度地區(qū)[3-6]，許多學(xué)者質(zhì)疑把氣旋中心氣壓加深率地轉(zhuǎn)調(diào)整到60°N/S的合理性。近年來對(duì)爆發(fā)性氣旋的研究多局限在西北太平洋海域，對(duì)整個(gè)北太平洋特別是東北太平洋爆發(fā)性氣旋的研究甚少，且所使用資料的空間和時(shí)間分辨率較低，統(tǒng)計(jì)的年限較短，難以給出詳細(xì)的北太平洋爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征。北太平洋爆發(fā)性氣旋的空間分布特征是怎樣的？不同區(qū)域的爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征存在哪些差異？以上問題都亟待研究。開展對(duì)北太平洋爆發(fā)性氣旋的系統(tǒng)研究，對(duì)深入認(rèn)識(shí)該海域氣旋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，減少和防止爆發(fā)性氣旋帶來的災(zāi)害，保障海上經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)安全具有重要意義。

本文使用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心NCEP (National Centers for Environmental Prediction)的FNL (Final Analyses)全球格點(diǎn)再分析資料，對(duì)2000—2015年冷季(10月至來年4月)發(fā)生于北太平洋(20°N～65°N, 110°E～100°W)的爆發(fā)性氣旋進(jìn)行了詳細(xì)分析；在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)Sanders 和 Gyakum[3]的爆發(fā)性氣旋定義進(jìn)行了修訂。使用動(dòng)態(tài)聚類方法，把爆發(fā)性氣旋的強(qiáng)度分成弱、中、強(qiáng)和超強(qiáng)4類。統(tǒng)計(jì)表明，北太平洋海域爆發(fā)性氣旋有5個(gè)多發(fā)區(qū)域，且不同區(qū)域爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征有一定差異。

1 資料和方法

本文使用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心提供的FNL全球格點(diǎn)資料，包括海表面氣壓、位勢(shì)高度、氣溫、經(jīng)向和緯向風(fēng)分量、相對(duì)濕度、垂直速度等26個(gè)變量，水平分辨率為1°×1°，垂直分為26層，每天4個(gè)時(shí)次00、06、12和18 UTC有資料，下載地址為：http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2。

使用FNL再分析資料以1 hPa為間隔繪制海表面氣壓分布圖統(tǒng)計(jì)爆發(fā)性氣旋。本文只關(guān)心發(fā)生在海上的氣旋，對(duì)生命周期短于12 h的氣旋不予統(tǒng)計(jì)。本文根據(jù)爆發(fā)性氣旋中心海表面氣壓加深率大小分別定義了以下幾個(gè)重要概念：(1)初始生成時(shí)刻：低壓系統(tǒng)中至少出現(xiàn)一條閉合的海表面氣壓等壓線時(shí)刻。對(duì)于在研究區(qū)域外形成后移入研究區(qū)域內(nèi)并發(fā)展成為爆發(fā)性氣旋的低壓系統(tǒng)，將其在研究區(qū)域內(nèi)海表面中心氣壓最大時(shí)刻作為初始生成時(shí)刻。(2)最大加深率時(shí)刻：氣旋中心海表面氣壓加深率達(dá)到最大的時(shí)刻。(3)中心氣壓最低時(shí)刻：氣旋中心海表面氣壓降至最低的時(shí)刻。對(duì)在移出研究區(qū)域前其中心氣壓仍未降到最低的氣旋，本文將其在研究區(qū)域內(nèi)的最后時(shí)刻定義為中心氣壓最低時(shí)刻。

2 爆發(fā)性氣旋定義的修訂

本文依據(jù)Sanders 和 Gyakum[3]的爆發(fā)性氣旋定義進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)2000—2015年冷季在北太平洋共有761個(gè)爆發(fā)性氣旋。分析發(fā)現(xiàn)761個(gè)爆發(fā)性氣旋的最大加深率時(shí)刻的氣旋中心(稱為最大加深位置*最大加深位置：最大加深率時(shí)刻氣旋中心所處的位置。)緯度(見表1(a))集中分布在35°N～50°N(占84.4%)之間，30°N以南和55°N以北個(gè)例較少(占2.2%)，最大加深位置的平均緯度為42.7°N，可見北太平洋爆發(fā)性氣旋多發(fā)生在中緯度海洋上。Sanders 和 Gyakum[3]爆發(fā)性氣旋定義中的地轉(zhuǎn)調(diào)整緯度為60°N，與大多數(shù)爆發(fā)性氣旋爆發(fā)性發(fā)展時(shí)的中心緯度有偏差，因此將爆發(fā)性氣旋定義中的地轉(zhuǎn)調(diào)整緯度由60°N，修改為45°N是合理的。由于使用的FNL資料的時(shí)間分辨率是6 h，選擇12 h時(shí)間間隔不僅是可行的，而且更有利于細(xì)致地刻畫爆發(fā)性氣旋的演變和發(fā)展過程。因此本文給出修訂后的爆發(fā)性氣旋的定義如下：

(1)

式中：P為氣旋的中心氣壓；φ為氣旋的中心緯度；下標(biāo)t-6和t+6分別表示6 h前和6 h后變量。Sanders 和 Gyakum[3]給出的爆發(fā)性氣旋的定義式中的地轉(zhuǎn)調(diào)整緯度由60°N修訂為45°N，時(shí)間間隔由24 h修訂為12 h。上式表明，在12 h內(nèi)氣旋中心氣壓的平均加深率達(dá)到1 hPa/h以上就稱為爆發(fā)性氣旋。本文根據(jù)修訂后的爆發(fā)性氣旋定義對(duì)北太平洋爆發(fā)性氣旋進(jìn)行了重新統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)有783個(gè)爆發(fā)性氣旋最大加深位置的緯度集中分布在35°N～50°N (占80.6%)之間(見表1(b))，平均緯度為43.3°N。

雖然利用修訂的爆發(fā)性氣旋定義比利用Sanders 和 Gyakum[3]的爆發(fā)性氣旋定義統(tǒng)計(jì)的爆發(fā)性氣旋多22例，但分析發(fā)現(xiàn)，利用新修訂的爆發(fā)性氣旋定義統(tǒng)計(jì)的爆發(fā)性氣旋有98例是在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)展的個(gè)例。因此相對(duì)于Sanders 和 Gyakum[3]的爆發(fā)性氣旋定義，修訂后的爆發(fā)性氣旋定義有利于識(shí)別在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)展的爆發(fā)性氣旋個(gè)例。

表1 爆發(fā)性氣旋最大加深位置的南北向分布

(b)

注：頻數(shù)為5個(gè)緯度帶內(nèi)爆發(fā)性氣旋發(fā)生個(gè)數(shù)之和。(a) 根據(jù)Sanders 和 Gyakum[3]的爆發(fā)性氣旋定義；(b) 根據(jù)修訂的爆發(fā)性氣旋定義。

The frequency shows the sum of maximum deepening positions within 5olatitudes bins. (a) According to the definition of explosive cyclone given by Sanders and Gyakum[3]; (b) According to the modified definition of explosive cyclone in present study.

3 爆發(fā)性氣旋的分類

3.1 強(qiáng)度分類

圖1為爆發(fā)性氣旋頻數(shù)隨最大氣旋中心氣壓加深率分布的直方圖。從圖中可以看出，氣旋頻數(shù)隨著其加深率的增大而減少，且在1.3、1.8和2.3 Bergerons處急劇減小，呈現(xiàn)出“四級(jí)階梯狀”的特征。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)了一些超級(jí)強(qiáng)烈的爆發(fā)性氣旋個(gè)例，最大中心氣壓加深率達(dá)3.07 Bergerons，其發(fā)展劇烈程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了Sanders[12]所定義的強(qiáng)爆發(fā)性氣旋。由此可見，Sanders[12]在強(qiáng)度上將爆發(fā)性氣旋分為3類，沒有考慮到發(fā)展極為劇烈的個(gè)例，結(jié)合最大加深率頻數(shù)“四級(jí)階梯狀”減小的特征，將爆發(fā)性氣旋在強(qiáng)度上分為4類更為合理。本文利用K均值動(dòng)態(tài)聚類方法[37]確定了4類爆發(fā)性氣旋的強(qiáng)度分布區(qū)間(見表2)，分別是：弱爆發(fā)性氣旋：1.00～1.29 Bergerons，中爆發(fā)性氣旋：1.30～1.69 Bergerons，強(qiáng)爆發(fā)性氣旋：1.70-2.29 Bergerons，超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋：大于等于2.3 Bergerons。

最大加深率(間隔為0.1 Bergeron)Maximum deepening rate

表2 爆發(fā)性氣旋的強(qiáng)度分類

3.2 區(qū)域分布

本文采用Cressman[38]提出的權(quán)重計(jì)算法，對(duì)最大加深位置的空間分布進(jìn)行平滑，其計(jì)算公式如下：

Wi,j=0(ri,j≥R)。

(2)

式中：Wi,j為權(quán)重；i和j為設(shè)定的網(wǎng)格點(diǎn)；R為平滑半徑；ri,j為氣旋中心與網(wǎng)格點(diǎn)(i,j)的距離，網(wǎng)格分辨率設(shè)定為1°×1°，平滑半徑R為5°。北太平洋爆發(fā)性氣旋最大加深位置在空間分布上存在5個(gè)多發(fā)區(qū)域(見圖2)，分別位于日本海中部、西北太平洋海域、北太平洋中西部海域、北太平洋中東部海域和東北太平洋海域，在其區(qū)域發(fā)生的爆發(fā)性氣旋依次稱之為JOS (Japan-Okhotsk Sea)爆發(fā)性氣旋、NWP (Northwestern Pacific)爆發(fā)性氣旋、WCP (West-Central Pacific)爆發(fā)性氣旋、ECP (East-Central Pacific)爆發(fā)性氣旋和NEP (Northeastern Pacific)爆發(fā)性氣旋。JOS和NWP爆發(fā)性氣旋是以日本島、千島群島和堪察加半島為分界，其余各區(qū)域爆發(fā)性氣旋分界線的劃分原則：一是分界線盡量簡(jiǎn)單，有利于對(duì)各類爆發(fā)性氣旋的識(shí)別；二是分界線處于最大加深位置的稀疏區(qū)域，其分界線的具體位置見圖2。

(細(xì)實(shí)線為利用Cressman[43]權(quán)重計(jì)算法平滑(平滑半徑為5個(gè)經(jīng)緯度)的最大加深位置頻數(shù)的空間分布；粗虛線為不同的爆發(fā)性氣旋發(fā)生區(qū)域的分界線。The thin-solid contour is the smoothed frequency (3 intervals) of maximum deepening position by using Cressman[43] weighted method with the radius of 5 latitude and longitude. The boundaries of explosive cyclones for Vatious region are drawn in thick-dash line.)

4 統(tǒng)計(jì)特征

隨著爆發(fā)性氣旋爆發(fā)強(qiáng)度的增強(qiáng)，各區(qū)域的爆發(fā)性氣旋頻數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)(見表3)。爆發(fā)性氣旋多為弱和中爆發(fā)性氣旋，強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋較少，且強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于西北太平洋。NWP爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)最多(274例)，其次為WCP爆發(fā)性氣旋(166例)，再次為ECP和NEP爆發(fā)性氣旋(120例)，JOS爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)最少(103例)。因此，除JOS爆發(fā)性氣旋外，在北太平洋，爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)自西向東逐漸減少，呈現(xiàn)出“西多東少”的分布特征。由于NWP爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)最多，而過去關(guān)于NEP爆發(fā)性氣旋的研究甚少，因此在下文中將重點(diǎn)分析NWP和NEP爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征。

表3 不同區(qū)域和強(qiáng)度爆發(fā)性氣旋的頻數(shù)及其百分比

Note:①Frequency;②Percentage

圖3為NWP和NEP爆發(fā)性氣旋頻數(shù)隨最大氣旋中心氣壓加深率分布的直方圖，NWP和NEP爆發(fā)性氣旋最大加深率頻數(shù)均隨著加深率的增大而減少，但NEP爆發(fā)性氣旋減少較為迅速。NWP和NEP爆發(fā)性氣旋最大加深率的最大值分別為3.07和2.97 Bergerons，說明在西北太平洋和東北太平洋均有發(fā)展超級(jí)強(qiáng)烈的個(gè)例。NWP爆發(fā)性氣旋最大加深率的平均值為1.44 Bergerons，大于NEP爆發(fā)性氣旋最大加深率的平均值(1.34 Bergerons)，且NWP爆發(fā)性氣旋中的強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋的個(gè)數(shù)較多(58例，占21.2%，見表3)，而NEP爆發(fā)性氣旋中的強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋的個(gè)數(shù)較少(13例，占10.8)。由上分析可知，總體上NWP爆發(fā)性氣旋的爆發(fā)強(qiáng)度要大于NEP爆發(fā)性氣旋的爆發(fā)強(qiáng)度。

圖3 爆發(fā)性氣旋頻數(shù)隨最大氣旋中心氣壓加深率分布的直方圖

分析NWP和NEP爆發(fā)性氣旋月際頻數(shù)的變化特征(見圖4)可知，NWP爆發(fā)性氣旋月際頻數(shù)存在兩個(gè)峰值，分別在12和3月，從10—12月月際頻數(shù)迅速增大，從12—3月月際頻數(shù)變化幅度較小且頻數(shù)較大，而從3—4月月際頻數(shù)急劇減少。NEP爆發(fā)性氣旋月際頻數(shù)也存在兩個(gè)峰值，但分別在10和3月，從10—2月月際頻數(shù)逐漸減少，從2—3月其月際頻數(shù)增幅較大，而從3—4月其月際頻數(shù)急劇減少。由此可見，NWP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于冬季和早春，而NEP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于秋季和早春，即NWP和NEP爆發(fā)性氣旋的多發(fā)季節(jié)存在明顯差異。

圖4 爆發(fā)性氣旋的頻數(shù)隨月份分布的直方圖

NWP爆發(fā)性氣旋中心最低氣壓頻數(shù)峰值位于965～970 hPa(見圖5(a))，呈現(xiàn)出類似正態(tài)分布的特征，而NEP爆發(fā)性氣旋主要存在兩個(gè)峰值，分別位于975～980 hPa和960～965 hPa(見圖5(b))。NWP爆發(fā)性氣旋中心最低氣壓主要分布于955～980 hPa (占76.3%)，平均值為965.1 hPa，有約76.6%的個(gè)例的中心氣壓在975 hPa以下。NEP爆發(fā)性氣旋中心最低氣壓主要分布在960～985 hPa(占78.3%)之間，平均值為971.9 hPa，有約75.8%的個(gè)例的中心氣壓在980 hPa以下。由上分析可知，NWP爆發(fā)性氣旋中心最低氣壓的主要分布區(qū)間及平均值均低于NEP爆發(fā)性氣旋?？傮w而言，NWP爆發(fā)性氣旋中心最低氣壓要低于NEP爆發(fā)性氣旋，也即NWP爆發(fā)性氣旋可發(fā)展至更強(qiáng)。

NWP爆發(fā)性氣旋發(fā)展史長(zhǎng)(從初始生成時(shí)刻至中心氣壓最低時(shí)刻的時(shí)長(zhǎng))頻數(shù)峰值位于2.00～2.25 d(見圖6(a))，呈現(xiàn)偏正態(tài)分布的特征，其發(fā)展史長(zhǎng)主要分布于1.50～3.75 d(占83.9%)，平均值為2.63 d。NEP爆發(fā)性氣旋發(fā)展史長(zhǎng)頻數(shù)峰值位于1.00～1.25 d(見圖6(b))，隨著發(fā)展史長(zhǎng)的增加，其頻數(shù)呈減少的趨勢(shì)，發(fā)展史長(zhǎng)主要在0.50～2.75 d(占83.3%)，平均值為1.85 d。NWP和NEP爆發(fā)性氣旋爆發(fā)史長(zhǎng)(中心氣壓加深率大于1 Bergeron的時(shí)長(zhǎng))頻數(shù)均隨著時(shí)間的增加而減少(圖略)，但NEP爆發(fā)性氣旋頻數(shù)減少較迅速。NWP爆發(fā)性氣旋爆發(fā)史長(zhǎng)多在1.25 d以下(占82.5%)，平均值為0.97 d；NEP爆發(fā)性氣旋爆發(fā)史長(zhǎng)多在0.75 d以下(75.8%)，平均值為0.74 d。由上分析可知，NWP爆發(fā)性氣旋的發(fā)展史長(zhǎng)和爆發(fā)史長(zhǎng)的平均值均長(zhǎng)于NEP爆發(fā)性氣旋，總體而言，NWP爆發(fā)性氣旋的發(fā)展史長(zhǎng)和爆發(fā)史長(zhǎng)均長(zhǎng)于NEP爆發(fā)性氣旋。

圖5 爆發(fā)性氣旋頻數(shù)隨中心最低氣壓分布的直方圖

圖6 爆發(fā)性氣旋頻數(shù)隨發(fā)展史長(zhǎng)分布的直方圖

分析NWP爆發(fā)性氣旋初始生成位置*初始生成位置：在初始生成時(shí)刻氣旋中心的位置。、最大加深位置和中心氣壓最低位置*中心氣壓最低位置：在中心氣壓最低時(shí)刻氣旋中心的位置。隨緯度的分布特征(見表4)及其移動(dòng)路徑的空間分布特征(見圖7)發(fā)現(xiàn)，NWP爆發(fā)性氣旋初始生成位置主要分布在25°N～40°N(占78.1%)，即多在中國(guó)東南部海域和日本島的南部海域生成，少量個(gè)例生成于東北亞大陸和日本海。最大加深位置主要分布在35°N～50°N(占81.8%)，即NWP爆發(fā)性氣旋主要在日本島的東部、東北部海域及勘察加半島的南部海域爆發(fā)性發(fā)展。中心氣壓最低位置主要分布于40°N～55°N(占84.7%)，即在堪察加半島東南部海域和阿留申群島附近海域其中心氣壓降至最低。在中國(guó)東南部海域和日本島南部海域生成的爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑多為西南-東北向；而在東北亞大陸和日本海生成的爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑多為東偏北方向。多數(shù)NWP爆發(fā)性氣旋在生成后，經(jīng)歷較短的時(shí)間和較短的路徑后即進(jìn)入爆發(fā)性發(fā)展時(shí)期；而在其爆發(fā)性發(fā)展后，通常移動(dòng)較長(zhǎng)的距離，許多爆發(fā)性氣旋可移至中太平洋甚至中東太平洋海域。

NWP爆發(fā)性氣旋的空間分布特征因其爆發(fā)強(qiáng)度的不同而呈現(xiàn)出一定差異，弱爆發(fā)性氣旋的最大加深位置在日本島東部海域和堪察加半島南部海域均有分布，而中、強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋的最大加深位置則主要分布于日本島東部海域。一些弱爆發(fā)性氣旋和少量中爆發(fā)性氣旋生成于東北亞大陸和日本海，其移動(dòng)路徑為東偏北向；而強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋則集中生成于中國(guó)的東部海域和日本島的南部海域，其移動(dòng)路徑為西南-東北向。因此，隨著NWP爆發(fā)性氣旋爆發(fā)強(qiáng)度的增強(qiáng)，其初始生成位置和最大加深位置的分布更加集中，且移動(dòng)路徑更趨于集中。

西北太平洋暖流黑潮及黑潮延伸體流經(jīng)日本島的東部海域，隨著NWP爆發(fā)性氣旋爆發(fā)強(qiáng)度的增強(qiáng)，其最大加深位置趨向于集中在黑潮及黑潮延伸體區(qū)域，Chen和Kuo[13]在對(duì)西北太平洋爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)研究中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。西北太平洋暖流黑潮及黑潮延伸體使得日本島東部海域海表面溫度較高，海氣溫差較大，有利于海洋向大氣輸送大量的感熱和潛熱，增強(qiáng)了大氣的斜壓性，并增加了潛熱釋放，為NWP爆發(fā)性氣旋的迅速發(fā)展提供了有利條件[13-14]。

表4 NWP爆發(fā)性氣旋的初始生成位置、最大加深位置和中心氣壓最低位置的南北向分布圖

Note:①Frequency of IFP;②Frequency of MDP;③Frequency of MCP

(“□”為初始生成位置，“●”為最大加深位置，“△”為中心氣壓最低位置。(a) 弱爆發(fā)性氣旋；(b) 中爆發(fā)性氣旋；(c) 強(qiáng)爆發(fā)性氣旋；(d) 超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋?！啊酢? IFP； “●”:MPP；“△”:MCP.(a) Weak explosive cyclones； (b) Moderate explosive cyclones； (c) Strong explosive cyclones； (d) Super explosive cyclones.)

圖7 NWP爆發(fā)性氣旋的移動(dòng)路徑

Fig.7 Moving tracks of NWP explosive cyclones

分析NEP爆發(fā)性氣旋初始生成位置、最大加深位置和中心氣壓最低位置隨緯度的分布特征(見表5)及其移動(dòng)路徑的空間分布特征(見圖8)可知，NEP爆發(fā)性氣旋初始生成位置主要分布在35°N～50°N(占66.7%)，即主要生成于中西太平洋、中太平洋和中東太平洋海域。最大加深位置主要分布在40°N～55°N(占81.7%)，即在東北太平洋海域其發(fā)展最為迅速。中心氣壓最低位置主要分布在45°N～60°N(占90.8%)，即在移動(dòng)到阿拉斯加灣及美國(guó)和加拿大西海岸其中心最低氣壓降至最低。在中西太平洋和中太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑前期多為偏東向，后期折向西北，在其爆發(fā)性發(fā)展前，移動(dòng)路徑較長(zhǎng)；而在中東太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑多為西南-東北向。多數(shù)NEP爆發(fā)性氣旋在爆發(fā)性發(fā)展后，其中心氣壓迅速降至最低，移動(dòng)路徑較短。

相對(duì)于NWP爆發(fā)性氣旋，NEP爆發(fā)性氣旋初始生成位置、最大加深位置和中心氣壓最低位置的空間分布均偏北。NEP爆發(fā)性氣旋的移動(dòng)路徑因其生成位置的不同而呈現(xiàn)出較大差異。統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)，在不同區(qū)域生成的NEP爆發(fā)性氣旋的生成原因也有較大差異。生成于中西太平洋和中太平洋海域的爆發(fā)性氣旋多是由此海域發(fā)展成熟的氣旋分裂而形成，而在中東太平洋海域生成的爆發(fā)性氣旋，則多是在附近海域生成。NEP爆發(fā)性氣旋的最大加深位置主要分布在阿拉斯加暖流區(qū)域，海洋對(duì)大氣感熱和潛熱的輸送，為其急劇發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。還發(fā)現(xiàn)NEP爆發(fā)性氣旋的中心氣壓最低位置主要分布在美國(guó)和加拿大西海岸，陸上沒有個(gè)例。

表5 同表4，NEP爆發(fā)性氣旋

Note:①Frequency of IFP;②Frequency of MDP;③Frequency of MCP

圖8 同圖7，NEP爆發(fā)性氣旋

5 結(jié)論

本文對(duì)2000—2015年冷季發(fā)生于北太平洋的爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

(1) 依據(jù)爆發(fā)性氣旋的空間分布特征和所使用的FNL資料，將爆發(fā)性氣旋定義修訂為在12 h時(shí)內(nèi)海表面中心氣壓(地轉(zhuǎn)調(diào)整到45oN)的平均加深率達(dá)到1 Bergeron以上的氣旋。

(2) 依據(jù)爆發(fā)性氣旋中心氣壓最大加深率的大小，在強(qiáng)度上劃分為4類，分別為弱(1.00～1.29 Bergerons)、中(1.30～1.69 Bergerons)、強(qiáng)(1.70～2.29 Bergerons)和超強(qiáng)(≥2.30 Bergerons)爆發(fā)性氣旋。在北太平洋海域有5個(gè)爆發(fā)性氣旋的多發(fā)區(qū)域，分別位于日本海、西北太平洋、中西太平洋、中東太平洋和東北太平洋海域，各區(qū)域的爆發(fā)性氣旋依次命名為 JOS、NWP、WCP、ECP和NEP爆發(fā)性氣旋。

(3) 根據(jù)本文修訂的爆發(fā)性氣旋定義，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)2000—2015年冷季北太平洋共有783例爆發(fā)性氣旋，其多為弱和中爆發(fā)性氣旋，強(qiáng)和超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋相對(duì)較少；北太平洋爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數(shù)自西向東逐漸減少，呈現(xiàn)出“西多東少”的分布特征。NWP與NEP爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征表現(xiàn)出明顯差異，NWP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于冬季和早春，而NEP爆發(fā)性氣旋多發(fā)生于秋季和早春；相對(duì)于NEP爆發(fā)性氣旋，NWP爆發(fā)性氣旋發(fā)展較為劇烈、最低中心氣壓較低、爆發(fā)史長(zhǎng)和發(fā)展史長(zhǎng)較長(zhǎng)。

(4) NWP爆發(fā)性氣旋的移動(dòng)路徑多為西南-東北向，隨著其爆發(fā)強(qiáng)度的增強(qiáng)，其移動(dòng)路徑更趨于集中。NEP爆發(fā)性氣旋的空間分布較NWP爆發(fā)性氣旋偏北，由于NEP爆發(fā)性氣旋生成位置的不同，其移動(dòng)路徑和成因呈現(xiàn)出較大差異。在中西太平洋和中太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑前期多為偏東向，后期折向西北，且多是由此海域發(fā)展成熟的氣旋分裂而形成；而在中東太平洋海域生成的NEP爆發(fā)性氣旋，其移動(dòng)路徑多為西南-東北向，且多是在附近海域生成。NWP和NEP爆發(fā)性氣旋主要集中在海洋暖流區(qū)。

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責(zé)任編輯 龐 旻

Statistical Features of Explosive Cyclones over the Northern Pacific

ZHANG Shu-Qin, FU Gang

(Department of Marine Meteorology, College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China,Qingdao 266100, China)

The climatological features of explosive cyclones (ECs) over the Northern Pacific (20°N～65°N, 110°E～100°W) during the recent 15 cold-seasons from October 2000 to April 2015 are analyzed by using Final Operational Global Analysis (FNL) data. According to the meridional distribution of maximum deepening rate position and the temporal resolution of FNL data, the definition of EC is modified into a cyclone whose central sea level pressure decrease normalized at 45oN is greater than 12 hPa within 12 h. These ECs are classified into four categories according to their intensities: weak, moderate, strong and super ECs. Additionally, according to the five high occurrence number centers of the maximum deepening rate position, ECs are further classified into five regions: the Japan-Okhotsk Sea (JOS), the Northwestern Pacific (NWP), the West-Central Pacific (WCP), the East-Central Pacific (ECP), and the Northeastern Pacific (NEP). The statistical analyses show that the occurrence number of ECs decreases eastward over the Northern Pacific. The features of ECs are strongly related to their explosive-developing regions. NWP ECs are most frequent in winter and early spring season, while NEP ECs mainly occur in autumn and early spring season. Comparing with NEP ECs, NWP ECs exhibit stronger intensification rate, lower minimum central sea level pressure, longer developing and explosive-developing lifetimes. The tracks of NWP ECs are typically northeastward direction and their tracks show more uniform characteristics with intensity. The direction of moving tracks for NEP ECs is depended on their formation regions. Those NEP ECs originating from the West-Central Pacific and Central Pacific usually move eastward in early stage and turn to northeastward in later stage. While those NEP ECs forming over the East-Central Pacific usually move northeastward. The warm oceanic current provides favorable environmental conditions for the rapid development of ECs.

Northern Pacific; explosive cyclone; statistical analyses; tracks

國(guó)家自然科學(xué)家基金項(xiàng)目(41275049)資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China (41275049)

2016-12-25；

2017-04-02

張樹欽(1988-)，男，博士生。 E-mail: zhangshuqin1234@126.com

** 通訊作者：E-mail：Fugangouc@qq.com

P732

A

1672-5174(2017)08-013-10

10.16441/j.cnki.hdxb.20160426

張樹欽， 傅剛. 北太平洋爆發(fā)性氣旋的統(tǒng)計(jì)特征[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 47(8): 13-22.

ZHANG Shu-Qin, FU Gang. Statistical features of explosive cyclones over the Northern Pacific[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(8): 13-22.