西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑變化趨勢(shì)分析

單璐璐++朱丹++宋若寧++雷紫茜

摘要 鑒于臺(tái)風(fēng)活動(dòng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)穩(wěn)定的重要性，臺(tái)風(fēng)的研究一直是大氣科學(xué)研究的重要組成部分，而臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)是最基本、最關(guān)鍵的，始終受到各國(guó)政府部門和氣象業(yè)務(wù)單位的高度重視。研究表明，在當(dāng)今全球變暖的大背景下，臺(tái)風(fēng)路徑也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。本文基于臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料和大尺度環(huán)流資料，對(duì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑的變化趨勢(shì)進(jìn)行初步探討，并分析其相應(yīng)的可能物理解釋，以期有助于西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑的長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)，為國(guó)家防臺(tái)減災(zāi)提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 臺(tái)風(fēng)路徑；變化趨勢(shì)；海溫；大尺度環(huán)流；西北太平洋

中圖分類號(hào) P457.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）19-0228-03

西北太平洋是全球臺(tái)風(fēng)活動(dòng)最頻繁的海域，平均每年約有27次，約占全球臺(tái)風(fēng)生成總數(shù)的1/3。臺(tái)風(fēng)已經(jīng)成為我國(guó)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，在其活動(dòng)過程中，常伴隨有狂風(fēng)、暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮，嚴(yán)重威脅著東亞大陸沿岸及島嶼上居民的生命財(cái)產(chǎn)，為此臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)也是我國(guó)氣象部門的重點(diǎn)工作之一，而其中的臺(tái)風(fēng)路徑最為重要和基本。本文將初步探討西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑變化趨勢(shì)，了解西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑變化的影響因子。在全球變暖的大背景下，大尺度環(huán)流將會(huì)變化，而熱帶氣旋活動(dòng)也可能發(fā)生變化，氣候與熱帶氣旋活動(dòng)的變化也是當(dāng)前國(guó)際熱帶氣旋氣候?qū)W界的重大科學(xué)問題之一。但近30年來，臺(tái)風(fēng)氣候?qū)W的研究取得了許多顯著的成果。王繼志[1]對(duì)1884—1979年西北太平洋臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行氣候統(tǒng)計(jì)分析；陳 敏等[2]對(duì)1949—1996年西北太平洋臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度分布、年際變化、路徑類型、季節(jié)變化和臺(tái)風(fēng)源地的特點(diǎn)進(jìn)行了氣候?qū)W分析；Chan等[3]對(duì)1959—1994年臺(tái)風(fēng)資料進(jìn)行分析并研究了西北太平洋臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的年際變化特征；雷小途等[4]對(duì)1949—1998年西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑的緯度分布特征進(jìn)行了研究；李 英等[5]則對(duì)登陸我國(guó)的熱帶氣旋進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析；綜合以上學(xué)者的研究工作，已基本描述了西北太平洋熱帶氣旋的時(shí)空特征，其中包括熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)的臺(tái)風(fēng)源地、年際變化、季節(jié)分布以及登陸中國(guó)的臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度分布和路徑類型等。

1 資料與方法

本文所采用的臺(tái)風(fēng)資料來源于美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心（JTWC）的最佳路徑資料，主要包括每隔6 h的臺(tái)風(fēng)的名稱、位置、強(qiáng)風(fēng)及中心最大氣壓等消息。大尺度環(huán)流資料采用于美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）和國(guó)家大氣研究中心（NCAR）的月平均再分析資料，分辨率為2.5°×2.5°，月平均海溫資料從美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）獲取。為了定量描述西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)，將利用線性回歸的方法對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻率進(jìn)行分析，并利用M-Ktest對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯著性檢驗(yàn)，本文統(tǒng)一使用95%的信度水平。

2 臺(tái)風(fēng)路徑氣候統(tǒng)計(jì)特征

近幾十年，臺(tái)風(fēng)氣候?qū)W的研究日益受到重視。研究表明，20世紀(jì)60年代中期到70年代中期是西北太平洋地區(qū)臺(tái)風(fēng)路徑活動(dòng)的多發(fā)期，但是近幾年的臺(tái)風(fēng)路徑生成頻數(shù)都呈現(xiàn)出不同程度減少的趨勢(shì)。眾所周知，全球熱帶氣旋活動(dòng)最頻繁的海域是西北太平洋，其發(fā)生源地覆蓋了從3°～37°N、105°～180°E的廣闊洋面。分析表明，在10°～30°N、125°～170°E海域是西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域，并且該區(qū)域的熱帶氣旋頻數(shù)的年際變化與整個(gè)海域的年際變化基本一致，相關(guān)性高達(dá)0.85，為此在許多研究中把該區(qū)域稱為西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)主要發(fā)展區(qū)。

從表1可以看出，6月臺(tái)風(fēng)的生成數(shù)最少，8月最多。西行路徑在7月發(fā)生的最多，8月發(fā)生最多的是西北行動(dòng)型，而6月和10月均無此類型路徑的臺(tái)風(fēng)。在整個(gè)臺(tái)風(fēng)季的活動(dòng)中，其中西移行路徑的臺(tái)風(fēng)最多，其次為日本以東型和日本登陸型。但是隨著月份的變化臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑也有所不同，8月日本登陸型、西北行、西行和日本以西型的臺(tái)風(fēng)發(fā)生的最多；10月主要是日本以東型的臺(tái)風(fēng)生成最多。從表1可以看出，西北太平洋熱帶氣旋路徑也存在顯著的季節(jié)內(nèi)變化。另外，從圖1還可以看出，西北太平洋熱帶氣旋路徑存在顯著的季節(jié)變化。在春季，西北太平洋熱帶氣旋生成緯度偏低，主要盛行西北行路徑；在夏季，西北太平洋熱帶氣旋生成比較集中，主要盛行西北行和轉(zhuǎn)向路徑，這可能與西北太平洋副熱帶高壓密切相關(guān)；秋季與夏季的情況相類似；而在冬季，西北太平洋主要盛行西行至南海的路徑。

從以上研究可以看出，西北太平洋熱帶氣旋存在多種時(shí)間尺度的變化，但在本研究中主要討論西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)。另外，由于在西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛季（6—10月）臺(tái)風(fēng)發(fā)生最為活躍，同時(shí)大氣環(huán)流相對(duì)比較穩(wěn)定。為此，在本研究中主要討論臺(tái)風(fēng)盛行季節(jié)熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)。

3 臺(tái)風(fēng)路徑變化趨勢(shì)與大尺度環(huán)流的關(guān)系

相對(duì)于氣候變化，熱帶氣旋路徑主要是由其生成位置和隨后的運(yùn)動(dòng)所決定，而熱帶氣旋運(yùn)動(dòng)主要是由大尺度環(huán)流配置和β-漂移所引導(dǎo)。Wu等[6]首次發(fā)現(xiàn)，1965—2003年間WNP海域熱帶氣旋盛行路徑存在顯著的區(qū)域性變化，并指出由于引導(dǎo)氣流的變化，熱帶氣旋路徑有向北偏的趨勢(shì)，即影響南海的熱帶氣旋明顯減少，而WNP海域熱帶氣旋盛行路徑有西移的傾向。這與楊玉華等發(fā)現(xiàn)的在20°～35°N區(qū)間所登錄熱帶氣旋數(shù)量呈增多趨勢(shì)、登陸我國(guó)華南地區(qū)的熱帶氣旋頻數(shù)明顯減少趨勢(shì)一致。張嬌艷等發(fā)現(xiàn)近25年福建和浙江登陸熱帶氣旋出現(xiàn)增多的趨勢(shì)，這些都可能與WNP海域熱帶氣旋盛行路徑的偏移有關(guān)。最近，Ren等的統(tǒng)計(jì)表明，影響（包括登陸）我國(guó)的熱帶氣旋所帶來的降水呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，這可能與南海熱帶氣旋活動(dòng)減少有關(guān)。Tu等也發(fā)現(xiàn)，2000年前后WNP海域熱帶氣旋路徑在臺(tái)灣區(qū)域出現(xiàn)一個(gè)向北方向的突變，進(jìn)一步指出該向北的路徑突變與大尺度環(huán)境因素有關(guān)：WNP副高減弱，亞洲季風(fēng)槽增強(qiáng)，低層正渦度距平的增加等，同時(shí)還指出這些因素很可能是暖海溫誘發(fā)的。這也與Wu等[6]發(fā)現(xiàn)的變化趨勢(shì)一致，該變化趨勢(shì)與副高增強(qiáng)有顯著的相互關(guān)系，并指出局地海溫雖然對(duì)此有一定影響，但并不是熱帶氣旋路徑變化的直接原因，極有可能是由于海溫增暖所誘發(fā)大氣環(huán)流的改變影響了熱帶氣旋路徑?，F(xiàn)基于熱帶氣旋路徑資料分析西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)，并初步分析其可能的原因。

3.1 臺(tái)風(fēng)路徑的變化趨勢(shì)

由圖2（a）可以看出，西北太平洋大尺度引導(dǎo)氣流的變化趨勢(shì)，其特點(diǎn)是在中國(guó)南海為西風(fēng)異常和熱帶氣旋太平洋30°N附近地區(qū)的氣旋性環(huán)流所控制。大尺度環(huán)境引導(dǎo)氣流的計(jì)算是根據(jù)80～300 hPa風(fēng)場(chǎng)的壓力平均所得。西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)見圖2（b）?？梢钥闯?，有3條盛行的熱帶氣旋路徑，分別為西行路徑、西北行路徑和近海轉(zhuǎn)向路徑。這3條盛行的路徑主要取決于熱帶氣旋生成的集中區(qū)域。西行熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，西北行熱帶氣旋路徑呈增加趨勢(shì)，并且西北行和近海轉(zhuǎn)向的熱帶氣旋路徑呈現(xiàn)整體向西偏移的趨勢(shì)。由此可以得到，影響中國(guó)東部城市的熱帶氣旋活動(dòng)增多，而進(jìn)入南海的熱帶氣旋路徑減少。這與前人的研究一致，正如Wu等[6]在2005年期間發(fā)現(xiàn)了1965—2004年的臺(tái)風(fēng)路徑所指出的變化趨勢(shì)類似。其實(shí)西北太平洋熱帶氣旋路徑向西偏移主要因?yàn)榇蟪叨拳h(huán)流、海溫和垂直切變等的共同影響所致。從大尺度環(huán)流圖中可以看出，當(dāng)中南海有一個(gè)氣旋，使臺(tái)風(fēng)不利于向南海行進(jìn)，只能向東北方向轉(zhuǎn)移，因而使引導(dǎo)氣流在東部增多，影響日本和韓國(guó)的也增多。

3.2 垂直切變和海溫的變化

海溫（SST）和垂直風(fēng)切變對(duì)西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)研究也有很多。如Ramage[7]指出，在北半球夏季的中期，低層的西南風(fēng)與高層的東風(fēng)垂直切變會(huì)阻礙孟加拉灣和中國(guó)南海的氣旋發(fā)展。Gray[8]發(fā)現(xiàn)弱的200 hPa與850 hPa緯向風(fēng)垂直切變有利于風(fēng)暴的發(fā)展。而垂直風(fēng)切變不光對(duì)西北太平洋熱帶氣旋路徑變化趨勢(shì)有影響，對(duì)熱帶氣旋的強(qiáng)度也有影響。部分研究人員[9-10]較早就發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的垂直切變對(duì)熱帶氣旋強(qiáng)度具有抑制作用，即強(qiáng)的垂直切變能阻礙熱帶氣旋的發(fā)生和發(fā)展。Gray[9]在研究海上熱帶氣旋情形時(shí)認(rèn)為，垂直切變能夠決定積云對(duì)流在對(duì)流層上層產(chǎn)生潛熱的集中和暖心的形成。如果垂直切變很大，湍流擴(kuò)散就會(huì)很顯著，熱量不能在對(duì)流層集中，不易形成暖心結(jié)構(gòu)。Gallina等[10]統(tǒng)計(jì)研究表明，阻礙熱帶氣旋發(fā)展的垂直切變值在西北太平洋為9～10 m/s。大量研究也表明，垂直切變與熱帶氣旋的對(duì)流和降水結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[11-12]。圖3顯示的是垂直風(fēng)切變和海溫變化圖，垂直風(fēng)切變的顯著減少發(fā)生在2個(gè)地區(qū)，其中一個(gè)地區(qū)擴(kuò)展到西南部，主要從日本到臺(tái)灣，以及熱帶西北太平洋的南部超過10°N的區(qū)域，而垂直風(fēng)切變?cè)谔窖笾胁棵黠@增加。從圖3（a）的垂直切變圖中可以看出，臺(tái)風(fēng)盛行的地方垂直切變減少，有利于臺(tái)風(fēng)的轉(zhuǎn)向。

研究表明，西北太平洋熱帶氣旋路徑的變化趨勢(shì)與海溫相關(guān)，在西北太平洋海域海溫偏高對(duì)應(yīng)熱帶氣旋頻數(shù)也偏多[13]，而影響我國(guó)熱帶氣旋活動(dòng)與太平洋海溫有密切關(guān)系。由圖3（b）可知，海溫在西北太平洋流域有整體增加的趨勢(shì)。整個(gè)西北太平洋幾乎都為顯著的正相關(guān)區(qū)，可能是西北太平洋異常偏暖的年份會(huì)有較多熱帶氣旋在此生成，并沿其北面暖區(qū)向東北方向移動(dòng)；而回旋路徑的海溫異常分布與東北行路徑相類似，但顯著相關(guān)區(qū)略微較小。此外，海溫增加，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度隨之提高，臺(tái)風(fēng)在海上停留的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，不利于消亡，則臺(tái)風(fēng)路徑比較容易轉(zhuǎn)向變成西北行。因此，海溫變化對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度也有一定影響，臺(tái)風(fēng)路徑的變化影響總強(qiáng)度的變化，部分原因在于海溫的變化。

4 結(jié)論

基于美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中心的熱帶氣旋最佳路徑資料及大尺度環(huán)流資料，本文分析了近50年西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑變化趨勢(shì)，探討了路徑變化的影響因子，得到如下結(jié)論。

（1）近50年，西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑變化趨勢(shì)顯著。西北太平洋3條盛行路徑存在系統(tǒng)偏移。西北行路徑和近海轉(zhuǎn)向路徑顯著向西偏移；而西行至南海路徑顯著向北偏移。

（2）西北太平洋近幾十年來熱帶氣旋路徑的顯著偏移與大尺度環(huán)流變化緊密相關(guān)。在南海附近存在一個(gè)顯著的氣旋性中心，西行至南海的熱帶氣旋活動(dòng)減少，從而導(dǎo)致向北偏移，其他2條路徑也隨著大尺度環(huán)流顯著向西偏移。

（3）近幾十年，在西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的主要發(fā)展區(qū)域垂直切變減小，位置有偏西北的趨勢(shì)，從而有利于熱帶氣旋活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，海溫并不是一個(gè)非常敏感的因子，可能為西北太平洋熱帶氣旋提供有利的背景場(chǎng)。

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