全球變暖背景下西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的時(shí)空變化特征及潛在風(fēng)險(xiǎn)分析

顧成林，康建成，閆國東，陳志偉

(1.上海師范大學(xué) 環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院，上海 200234；2.佳木斯大學(xué) 理學(xué)院 環(huán)境科學(xué)系，黑龍江 佳木斯 154007；3.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 200234)

在過去幾十年，揭示熱帶氣旋的生成、發(fā)展以及影響因素一直是氣象學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí)，熱帶氣旋活動(dòng)變化是否與全球變暖有關(guān)，一直在學(xué)術(shù)界存有著很大的爭議，部分原因是由于熱帶氣旋數(shù)據(jù)記錄的不可靠[1-13]。

近幾十年里，許多關(guān)于全球變暖是否對熱帶氣旋活動(dòng)產(chǎn)生影響的大量文獻(xiàn)被出版，全球變暖會(huì)影響海洋表層溫度與熱含量、氣溫、海洋環(huán)流等，這些變化的因素如何對熱帶氣旋活動(dòng)產(chǎn)生影響，目前還不能夠很好的解釋。Chan等[14]認(rèn)為從1960-2003年，在海洋表層溫度(簡稱 SST)上升的區(qū)域，熱帶氣旋活動(dòng)(頻數(shù)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的比例，強(qiáng)度等)有加強(qiáng)的趨勢，盡管熱帶氣旋與全球變暖的聯(lián)系不能確定，部分原因由于氣候變化是連續(xù)而不規(guī)則的。Elsner等[15]認(rèn)為1970-2004年熱帶海洋表層溫度增加接近0.5℃，這樣的條件有利用熱帶氣旋形成發(fā)展。Anthes等[16]研究認(rèn)為熱帶氣旋只會(huì)形成在較暖的洋面，它們在那里獲得能量，促使熱帶氣旋的形成與加強(qiáng)。Anthes等認(rèn)為在一個(gè)變暖、更加潮濕的環(huán)境下，有利于熱帶氣旋活動(dòng)的加強(qiáng)。Emanuel等[17]認(rèn)為在全球變暖的背景下，熱帶氣旋頻數(shù)有減少的可能，盡管個(gè)別區(qū)域強(qiáng)度有所增加。Knutson等[18-21]對全球變暖環(huán)境場進(jìn)行模擬，認(rèn)為颶風(fēng)在變暖的環(huán)境下強(qiáng)度會(huì)增加，降雨會(huì)增強(qiáng)。在過去50年熱帶海洋表層一直有增溫的趨勢[22]，這種增溫趨勢與1970年代以來的全球變暖有關(guān)[23]，Houghton等[23]認(rèn)為在21世紀(jì)熱帶氣旋強(qiáng)度極有可能增加5%～10%。除西南太平洋以外，海洋表層溫度的變化對熱帶氣旋活動(dòng)是有影響的，在過去30年，西北太平洋最大風(fēng)速超過59 m/s的臺(tái)風(fēng)有增多趨勢[24]。Trenberth[25]認(rèn)為全球變暖加強(qiáng)了熱帶氣旋活動(dòng)強(qiáng)度與降水。Elsner等[26]發(fā)現(xiàn)在海洋表層溫度(SST)繼續(xù)升高的情況下在北大西洋、北印度洋超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)將會(huì)變的更強(qiáng)。Emanuel[27]認(rèn)為從1970年代開始，西北太平洋、北大西洋熱帶氣旋生命史與強(qiáng)度有增加的趨勢。Kossin等[28]通過對23年的熱帶氣旋強(qiáng)度記錄，認(rèn)為大西洋熱帶氣旋活動(dòng)呈加強(qiáng)趨勢。Elsner等[29]發(fā)現(xiàn)在北大西洋與北印度洋超強(qiáng)熱帶風(fēng)暴變得更加，Wu等[30]認(rèn)為在過去30年當(dāng)北大西洋、西北太平洋、東北太平洋SST顯著增溫時(shí)，北大西洋的熱帶氣旋活動(dòng)會(huì)明顯增強(qiáng)。根據(jù)Saunders等[31]，如果海洋SST增加0.5 ℃，在北大西洋颶風(fēng)生成頻數(shù)將會(huì)增加40%。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第一工作組(WGI)第五次評估報(bào)告(AR5)指出[32]，熱帶氣旋活動(dòng)增加，在長期(世紀(jì)尺度)變化上是低信度的；但自1970年以來，在大西洋強(qiáng)熱帶氣旋活動(dòng)加強(qiáng)幾乎是確定的。

綜上所述，全球變暖背景下，大西洋熱帶氣旋活動(dòng)的加強(qiáng)是肯定的，但是在西北太平洋上熱帶氣旋活動(dòng)變化是怎樣的，還尚無定論。在全球變暖的背景下，熱帶氣旋活動(dòng)變化，比如數(shù)量可能增加，生命史可能增長，強(qiáng)度可能發(fā)生變化，這些變化可以通過氣候模式預(yù)測出來。然而還有很多的問題，如在全球或者區(qū)域的發(fā)生頻數(shù)，地理分布、路徑變化、在沿海地區(qū)登陸頻數(shù)與強(qiáng)度，目前仍然存在很大的不確定性，仍然很難得出一個(gè)確定的結(jié)果。

本文是通過對熱帶氣旋活動(dòng)(生成頻數(shù)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)、年平均強(qiáng)度、年均最大強(qiáng)度，路徑密度與熱帶氣旋生命史中不同階段)的時(shí)空變化，來探討全球變暖背景下西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的變化特征及東亞大陸可能受到的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1 數(shù)據(jù)資料

熱帶氣旋(TC)數(shù)據(jù)來源于美國聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(JTWC)，1951-2015年最佳路徑資料，該數(shù)據(jù)集主要包括每隔6 h TC中心的空間位置、中心氣壓、最大風(fēng)速(1 min中心觀測)等。

1951-2010年海洋表層溫度(SST數(shù))月平均據(jù)來源于美國馬里蘭大學(xué)(UMD)和美國德州農(nóng)工大學(xué)(TAMU)共同研制開發(fā)的再分析產(chǎn)品SODA_2.2.4，該數(shù)據(jù)資料垂直方向上共40層(分辨率為不等間距)，經(jīng)、緯向分辨率為0.5°×0.5°。本次研究選擇1～9層(0～96.92 m)接近100 m深，用以計(jì)算太平洋表層溫度。1951-2015年風(fēng)場資料來源于美國環(huán)境預(yù)報(bào)中心與能源部(NCEP/DOE)推出的月平均大氣環(huán)流模式Ⅱ(Reanalysis 2)再分析資料，經(jīng)、緯向分辨率為2.5°×2.5°。

2 西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的時(shí)時(shí)間變化特征

西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)間變化可以通過生成頻數(shù)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)、年均最大強(qiáng)度(熱帶氣旋最大風(fēng)速的年平均值)、年平均強(qiáng)度(熱帶氣旋平均風(fēng)速的年平均值)、4個(gè)參量進(jìn)行考查。

2.1 西北太平洋熱帶氣旋頻數(shù)年際年代際變化特征

對1951-2015年發(fā)生在西北太平洋(包括中國南海)上的熱帶氣旋生成頻數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，65年間共生成熱帶氣旋1 912例。其中西北太平洋發(fā)生熱帶氣旋1 666例，包括超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(最大風(fēng)速超過51 m/s)439例；中國南海發(fā)生熱帶氣旋246例，其中超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)6例。

圖1 1951-2015年(5-11月)西北太平洋熱帶氣旋頻數(shù)的時(shí)間變化與M_K檢驗(yàn)曲線

圖2 1951-2015年(5-11月)西北太平洋熱帶氣旋強(qiáng)度的時(shí)間變化與M_K檢驗(yàn)曲線

西北太平洋熱帶氣旋年生成頻數(shù)最大值出現(xiàn)在1964年、值為45例，最小值出現(xiàn)在1951年、值為17例，年平均值29.36例。由圖1a可知，1951-2015年熱帶氣旋頻數(shù)長期變化趨勢(虛線)略有上升的趨勢，但是沒有通過0.05的顯著水平檢驗(yàn)，黑色虛線為0.05顯著水平信度線(U0.05=1.96)。

1950年代末期至1960年代初期，生成頻數(shù)呈明顯的上升趨勢，1960年代末期至1980年代初期呈下降趨勢，1980年代末期至1990年代中期呈上升趨勢，之后為下降趨勢。由M_K檢驗(yàn)可知，西北太平洋熱帶氣旋生成頻數(shù)在1957年左右發(fā)生突變，即由1957年以前的偏少期向偏多期轉(zhuǎn)變，但只有在1960年代初期到1970年代初期、1990年代末期至2000年代初期兩個(gè)階段增加趨勢通過0.05的顯著水平檢驗(yàn)。

西北太平洋超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)最大值出現(xiàn)在2004年、值為12例，最小值出現(xiàn)在1966、1985、1999年，值為1例，年平均值為6.63例。由圖1b可知1951-2015年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)長期變化趨勢(綠色虛線)沒有顯著變化。西北太平洋超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)從1960年代末期至1980年代初期呈快速下降趨勢，之后轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛仙厔?。對超?qiáng)臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)的時(shí)間序列進(jìn)行M_K檢驗(yàn)，并沒有發(fā)現(xiàn)氣候突變。

2.2 西北太平洋熱帶氣旋強(qiáng)度年際年代際變化特征

熱帶氣旋最大強(qiáng)度的最高值出現(xiàn)在1958年、值為56.95 m/s，最低值出現(xiàn)在2014年、值為14.87 m/s，年平均值為40.28 m/s。熱帶氣旋平均強(qiáng)度的最高值出現(xiàn)在1958年、值為38.56 m/s，最低值出現(xiàn)在2014年、值為12.29 m/s，年平均值為25.04 m/s。

【點(diǎn)評】小作者選取自己的兩件閱讀趣事加以敘述，讓我們看到一個(gè)戴眼鏡的小書迷的形象。習(xí)作敘事清楚、流暢自然。

圖2a、圖2b里面表明，從1951年代初期至1950年代末期，西北太平洋熱帶氣旋年均最大強(qiáng)度與年均強(qiáng)度呈現(xiàn)短期加強(qiáng)趨勢，之后呈現(xiàn)長期減弱趨勢。黑色虛線為0.01顯著水平信度線(U0.01=2.576)。

總體上看，西北太平洋熱帶氣旋年均最大強(qiáng)度與年均強(qiáng)度總體上呈明顯下降趨勢(通過0.05的顯著水平檢驗(yàn))。平均強(qiáng)度在1972年左右發(fā)生突變，說明在1972年以后平均強(qiáng)度減少的趨勢顯著。最大強(qiáng)度在1968年左右發(fā)生突變，說明在1968年以后最大強(qiáng)度減少的趨勢顯著。

Wu等[33]使用日本氣象局東京臺(tái)風(fēng)中心(JMA RSMC TOKYO)和中國國家氣象局上海臺(tái)風(fēng)所(CMA-STI)1975-2007年最佳路徑數(shù)據(jù)集，也認(rèn)為年熱帶氣旋平均強(qiáng)度與年均最大強(qiáng)度在1970年代中期開始下降，此結(jié)論與本研究強(qiáng)度變化基本一致，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)從1950年代末期至2005年明顯呈下降趨勢，與本研究的結(jié)論不同。這樣的不同有可能是不同數(shù)據(jù)集有著不同的觀測系統(tǒng)及分析方法。

1951-2015年西北太平洋熱帶氣旋的四個(gè)參數(shù)(生成頻數(shù)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)、年均最大強(qiáng)度、年平均強(qiáng)度)存在著明顯的年代際變化特征。年均最大強(qiáng)度與年平均強(qiáng)度呈顯著的減弱趨勢，1970年代中期以后的變化趨勢更加可靠，因?yàn)?974年美國觀測衛(wèi)星的使用，記錄的數(shù)據(jù)更加精確。幾乎可以肯定的是1970年代中期以后，西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)強(qiáng)度呈減弱的變化趨勢。

3 西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的時(shí)空變化特征

3.1 生命史中不同階段的時(shí)空變化特征

目前多數(shù)研究關(guān)注的是熱帶氣旋形成源地位置的時(shí)空變化及影響因素。而沒有把熱帶氣旋作為一個(gè)完整的生命史來研究，這樣就不能從整體上把握熱帶氣旋活動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)空變化。因此本研究是將熱帶氣旋生成、發(fā)展、成熟、衰退看作一個(gè)完整的生命史出發(fā)，分析四個(gè)強(qiáng)度變化階段的時(shí)空變化特征。

在一個(gè)完整的生命史中，熱帶氣旋會(huì)發(fā)生強(qiáng)度變化，為了更好的分析處于不同強(qiáng)度階段的熱帶氣旋空間分布特征，可以將熱帶氣旋生命史劃分為四個(gè)不同強(qiáng)度變階段：①生成(Genesis)：當(dāng)一個(gè)熱帶氣旋中心風(fēng)速到達(dá)17 m/s以上；②發(fā)展(Development)：中心氣壓持續(xù)降低，達(dá)到一個(gè)短暫的中心氣壓穩(wěn)定不變的階段；③成熟(Mature)：中心氣壓值達(dá)到最小的持續(xù)階段，中心風(fēng)速達(dá)到最大，發(fā)展結(jié)束到衰退開始的階段；④衰退(Decay)：中心氣壓開始增大到最后消亡階段[34]：在西北太平洋區(qū)域建立5°×5°的經(jīng)緯網(wǎng)格單元，統(tǒng)計(jì)熱帶氣旋在生命史中處于生成、發(fā)展、成熟、衰退階段數(shù)量占西北太平洋發(fā)生熱帶氣旋總數(shù)的比例，其時(shí)空變化特征如圖3a～圖3d。黑色等值線代表熱帶氣旋頻數(shù)百分比(%)的空間分布，陰影表示活動(dòng)熱帶氣旋頻數(shù)的10年線性變化趨勢(% decade-1),黑色實(shí)心點(diǎn)區(qū)域表示通過90%的置信水平檢驗(yàn)。

在圖3a里面所描述，“生成”主要發(fā)生在西北太平洋127.5°～145°E，7.5°～145°N范圍內(nèi)，在此區(qū)域內(nèi)空間差異十分明顯。另一區(qū)域在中國南海北部(115°E，15°～20°N)。生成的空間位置與前人研究有差異，周旭等[35]認(rèn)為在130°E，12.5°N附近，不同的原因可能是時(shí)間尺度與數(shù)據(jù)集有所差異。從長期變化趨勢看熱帶氣旋生成源地在菲律賓海東北部明顯的增加(紅色陰影區(qū)域)，而在菲律賓海東南部明顯減少(藍(lán)色陰影區(qū)域)。在中國南海生成源地沒有明顯的變化。如果在某一區(qū)域形成的頻數(shù)逐漸增加能夠?qū)е略搮^(qū)域與周邊區(qū)域熱帶氣旋平均強(qiáng)度下降，因?yàn)樵跓釒庑齽傂纬傻碾A段通常強(qiáng)度最小，一般小于17 m/s，這也就意味著生成源地的西北移動(dòng)，菲律賓受到威脅相對減弱。

在圖3c里面表明熱帶氣旋處于“成熟”階段，強(qiáng)度達(dá)到生命史中最大強(qiáng)度階段空間分布(等值線)和它的長期趨勢(陰影)，成熟主要集中在菲律賓海的西側(cè)(122°E，22°N)和中國南海(112°E，17.5°N)。長期變化趨勢呈現(xiàn)增加趨勢(紅黃色陰影區(qū)域)，主要分布集中在沿著30°N以南海岸線以帶狀向西，北延伸。其中包括兩個(gè)線性變化明顯加強(qiáng)的區(qū)域，分別是臺(tái)灣島與中南半島東北部海岸附近。成熟位置進(jìn)一步向我國沿?？拷瑥囊欢ǔ潭壬峡梢苑从澄覈芘_(tái)風(fēng)威脅在加劇。而在帶狀的南側(cè)和東北開始減弱。這樣的變化在統(tǒng)計(jì)學(xué)上超過了90%的置信水平。這樣的結(jié)果也證明了在西北太平洋大尺度環(huán)境場事實(shí)上已經(jīng)發(fā)生變化。除了30°N以北，在菲律賓東南部的有限區(qū)域強(qiáng)度開始減弱(藍(lán)色陰影區(qū)域)。

在圖3d里面表明，熱帶氣旋的“衰退”階段主要集中在我國東南，南部沿海、中南半島、海南省，中心位于(120°E，20°N)，長期變化趨勢不是十分明顯。能夠反映西北太平洋熱帶氣旋登陸位置主要分布在我國東南、越南海岸線、福建至雷州半島沿海、南部沿海，影響我國的南方大部分地區(qū)。在日本九州島東部形成另一個(gè)中區(qū)域(134°E，32°N)，在此區(qū)域北側(cè)日本海(134°E，37°N)增加趨勢(紅黃色陰影區(qū)域)比較明顯。

3.2 路徑與觀測強(qiáng)度的時(shí)空變化特征

熱帶氣旋生命史中不同階段的時(shí)空變化特征，可以反應(yīng)熱帶氣旋整個(gè)生命史中不同強(qiáng)度階段的空間變化特征，也預(yù)示著不同區(qū)域受不同強(qiáng)度熱帶氣旋威脅，圖4a等值線與陰影代表了路徑密度百分比的空間分布與長期變化趨勢，路徑密度百分比為進(jìn)入5°×5°的經(jīng)緯網(wǎng)格單元里面次數(shù)與西北太平洋生成熱帶氣旋總數(shù)的比值，能夠反應(yīng)了

圖3 生命史中不同階段的空間分布與線性變化

圖4 熱帶氣旋路徑與觀測強(qiáng)度的空間分布與線性變化

一個(gè)區(qū)域受熱帶氣旋威脅的機(jī)會(huì)多少[36]。黑色等值線表示1951-2015年氣旋路徑密度百分比(%)的空間分布，陰影表示1945-2014年路徑密度百分比的線性變化趨勢(%decade-1)，黑色實(shí)心點(diǎn)區(qū)域表示通過90%的置信水平檢驗(yàn)。

路徑密度也能夠很好的解釋為什么兩個(gè)最大強(qiáng)度核心區(qū)域位于海南島與臺(tái)灣附近(圖4a)。即如果在在一個(gè)網(wǎng)格里面熱帶氣旋有更多機(jī)會(huì)通過該網(wǎng)格，從而有更多的機(jī)會(huì)達(dá)到它的最大強(qiáng)度。等值線代表觀測強(qiáng)度空間分布(m s-1)，陰影表示觀測強(qiáng)度線性變化(m s-1decade-1)。黑色實(shí)心點(diǎn)區(qū)域表示通過90%的置信水平檢驗(yàn)。實(shí)際上兩個(gè)最大強(qiáng)度核心區(qū)域位于兩個(gè)主要熱帶氣旋路徑上。實(shí)際上在西北太平洋生成的熱帶氣旋主要是直接向西與向北轉(zhuǎn)移兩個(gè)路徑(圖4a)，路徑密度長期變化趨勢也能夠很好的解釋了最大強(qiáng)度(成熟)位置向東亞大陸轉(zhuǎn)移。對比熱帶氣旋的路徑密度與最大強(qiáng)度(成熟)空間分布模式(圖3c)，明顯增加的區(qū)域在整個(gè)臺(tái)灣，另一個(gè)區(qū)域在日本東岸附近(紅色與黃色陰影區(qū)域)，路徑密度兩個(gè)明顯減少的區(qū)域位于中國南海與東亞熱帶太平洋。以前的研究也證明了這些的變化模式[37-38]。更多的熱帶氣旋移動(dòng)到臺(tái)灣與日本，這主要與季風(fēng)槽的加強(qiáng)有關(guān)，和西北太平洋副熱帶高壓向東北方向的轉(zhuǎn)移有關(guān)。然而路徑密度也不能完全解釋最大強(qiáng)度(成熟)的空間位置分布模式，彼此間陰影區(qū)域沒有完全重合。進(jìn)一步講，最大路徑密度在空間范圍覆蓋整個(gè)臺(tái)灣，最大強(qiáng)度(成熟)位置明顯增加位于臺(tái)灣東部與西南部，在越南東部海岸線附近路徑密度增加趨勢不是十分明顯(黃色陰影區(qū)域)，但是在該區(qū)域有一個(gè)成為最大強(qiáng)度(成熟)集中的區(qū)域暗示。

為了測試熱帶氣旋觀測強(qiáng)度的空間變化，熱帶氣旋強(qiáng)度為進(jìn)入5°×5°的經(jīng)緯網(wǎng)格單元里面的最大風(fēng)速平均值[33]。正如圖4b等值線空間分布模式所表明的，強(qiáng)度高值區(qū)域位于臺(tái)灣島的東部，除了菲律賓東南部(藍(lán)色陰影區(qū)域)觀測強(qiáng)度呈下降趨勢，在20°N以北，135°E以西的西北太平洋區(qū)域(紅色陰影區(qū)域)熱帶氣旋觀測強(qiáng)度呈加強(qiáng)趨勢。觀測強(qiáng)度與路徑密度線性變化空間分布模式在在熱帶與中緯度地帶類似，這決不是巧合。例如，在熱帶氣旋觀測強(qiáng)度下降的區(qū)域(圖4b藍(lán)色陰影區(qū)域)側(cè)翼是路徑密度下降的兩個(gè)大區(qū)域(圖4a藍(lán)色陰影區(qū)域)。影響臺(tái)灣的熱帶氣旋主要來自東南方向，路徑密度顯著增加(圖4a紅色陰影區(qū)域)，同樣它的觀測強(qiáng)度也是明顯上升的趨勢，(120°～130°E，20°N)熱帶氣旋經(jīng)過明顯增多。

區(qū)域海表溫度決定著能量輸入，用來維護(hù)熱帶氣旋形成與發(fā)展[39-41]，同時(shí)也是一個(gè)控制熱帶氣旋強(qiáng)度變化的重要因素。熱帶海洋從19世紀(jì)中期開始上升了0.25 ℃～0.5 ℃[42-43]。高的海洋表層溫度是臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的必要不充分條件[44]。從全球變暖的視角來看，熱帶氣旋強(qiáng)度受表層能量輸入的影響，或者是與上層對流層進(jìn)行熱量交換[45-48]。從能量交換的角度來看，在菲律賓海東部海洋表層呈升溫趨勢，然而在這里熱帶氣旋活動(dòng)呈減弱趨勢。這有可能是在此區(qū)域有不利的熱力、動(dòng)力條件掩蓋了。

4 熱帶氣旋活動(dòng)的大尺度背景場變化趨勢

Parket等[49]認(rèn)為動(dòng)力環(huán)境的空間差異改變了近幾十年熱帶氣旋強(qiáng)度變化的相應(yīng)模式。全球變暖可能影響大尺度大氣環(huán)的改變，從而導(dǎo)致風(fēng)垂直切變，相對渦度的變化。為了揭示熱帶氣旋活動(dòng)變化的可能機(jī)理，我們可以測試有關(guān)的熱帶氣旋發(fā)展過程中的環(huán)境場的變化。在圖5a里面表示太平洋1951-2010年溫度距平(等值線)與線性變化(陰影)(℃ decade-1)，淺(深)藍(lán)色陰影區(qū)域表示該區(qū)域通過了90%(95%)的置信水平檢驗(yàn)。在過去70年，在西北太平洋區(qū)域表層明顯變暖，尤其是在西太暖池區(qū)更加明顯，而在中、東熱帶太平洋呈略微下降趨勢。太平洋表層溫度這樣的一種變化模式必將導(dǎo)致西太平洋與中東太平洋緯向溫度梯度進(jìn)一步加大。海表溫度的空間差異勢必導(dǎo)致大尺度大氣環(huán)流的變化，即在近赤道附近必須加強(qiáng)了海氣耦合過程，這樣的變化及可能導(dǎo)致walker環(huán)流的加強(qiáng)，圖5b表示太平洋1951-2015年850 hPa水平風(fēng)線性變化(m s-1decade-1)，藍(lán)色箭頭表示該區(qū)域通過了90%的置信水平檢驗(yàn)。在近赤道附近東太平洋低空環(huán)流顯著增加，向西呈減弱趨勢，這樣的變化趨勢超過了90%置信水平。

與熱帶氣旋活動(dòng)有關(guān)的動(dòng)力環(huán)境場受walker環(huán)流的加強(qiáng)影響也能被觀察到，比如850 hPa的水平風(fēng)相對渦度，200 hPa與850 hPa風(fēng)垂直切變動(dòng)力條件的變化。包括，在近赤道附近逐漸加強(qiáng)的低空東風(fēng)帶發(fā)生的經(jīng)向切變，在熱帶地區(qū)圖5b(紅矩形區(qū)域內(nèi))經(jīng)向切變所形成的低空反氣旋流。這樣的異常反氣旋流很可能是抑制在那里熱帶氣旋形成一個(gè)重要因素。另一方面，一個(gè)正在加強(qiáng)的walker環(huán)流也能加強(qiáng)熱帶北太平洋風(fēng)垂直切變。圖5c表示西北太平洋1951-2015年200與850 hPa風(fēng)垂直切變線性變化(m s-1decade-1)，圖5d表示西北太平洋1951-2015年850 hPa相對渦度線性變化(10-6m s-1decade-1)，淺(深)藍(lán)色陰影區(qū)域表示該區(qū)域通過了90%(95%)的置信水平檢驗(yàn)。圖5c與圖5d的(137°～145°E，10°～15°N)區(qū)域也出現(xiàn)了風(fēng)垂直切變的增加與相對渦度的減弱，盡管風(fēng)垂直切變、相對渦度的減小變化不是很明顯，這極有可能是熱帶氣旋活動(dòng)減弱的主要因素。這也能夠很好的解釋了為什么菲律賓東熱帶氣旋生成頻數(shù)減少與強(qiáng)度減弱。中國南海北部的亞熱帶地區(qū)，臺(tái)灣南部，日本有著大規(guī)模的異常氣旋流動(dòng)，和較差的風(fēng)垂直切變，促使在那里熱帶氣旋活動(dòng)加強(qiáng)。結(jié)果導(dǎo)致熱帶氣旋有更多的機(jī)會(huì)達(dá)到最大強(qiáng)度(成熟)階段時(shí)靠近東亞大陸，換句話說，熱帶氣旋極有可保持加強(qiáng)、或者最大強(qiáng)度的在東亞大陸登陸。這就意味著在未來幾十年，沿著東亞海岸線熱帶氣旋的登陸強(qiáng)度極有可能顯著增加。在西北太平洋區(qū)域海洋與大氣環(huán)流場的變化很有可能促使熱帶氣旋加劇威脅東亞沿海國家。

圖5 熱帶氣旋活動(dòng)的大尺度背景場變化趨勢

5 結(jié)論與討論

(1)1951-2015年熱帶氣旋頻數(shù)長期變化趨勢略有上升的趨勢，但是沒有通過0.05的顯著水平檢驗(yàn)。西北太平洋熱帶氣旋頻數(shù)在1950年左右發(fā)生突變，由1950年以前的偏少期向偏多期轉(zhuǎn)變，但只有在1960年代初期到1970年代初期、1990年代末期至2000年代初期兩個(gè)階段增加趨勢通過0.05的顯著水平檢驗(yàn)。1951-2015年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)長期變化趨勢沒有顯著變化。

(2)從1951年代初期至末期，西北太平洋熱帶氣旋年均最大強(qiáng)度與年均強(qiáng)度呈現(xiàn)短期加強(qiáng)趨勢，之后呈現(xiàn)長期減弱趨勢。總體上看，西北太平洋熱帶氣旋年均最大強(qiáng)度與年均強(qiáng)度總體上呈明顯下降趨勢。平均強(qiáng)度在1972年左右發(fā)生突變，說明在1972年以后平均強(qiáng)度減少的趨勢顯著。最大強(qiáng)度在1968年左右發(fā)生突變，說明在1968年以后最大強(qiáng)度減少的趨勢顯著。

(3)從熱帶氣旋最大強(qiáng)度(成熟)階段，路徑頻數(shù)，觀測強(qiáng)度線性變化趨勢的空間分布來看，線性變化呈上升趨勢的位置均向東亞大陸靠近，這也就意味著西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)強(qiáng)度在一定程度上呈減弱趨勢，但是登陸的頻次、強(qiáng)度極有可能加強(qiáng)。也就是在整個(gè)東亞大陸受西北太平洋熱帶氣旋潛在威脅會(huì)進(jìn)一步加劇。

從1970年開始，西太平洋表層明顯變暖，尤其是在西太暖池區(qū)更加明顯，而在中、東熱帶太平洋呈略微下降趨勢。這樣的一種變化模式必將導(dǎo)致西太平洋與中東太平洋緯向溫度梯度進(jìn)一步加大。這樣的變化及可能導(dǎo)致walker環(huán)流的加強(qiáng)。與熱帶氣旋活動(dòng)有關(guān)的動(dòng)力環(huán)境場受walker環(huán)流的加強(qiáng)影響也能被觀察到，在近赤道附近逐漸加強(qiáng)的低空東風(fēng)帶發(fā)生的經(jīng)向切變所形成的低空反氣旋流。另一方面，一個(gè)正在加強(qiáng)的walker環(huán)流也能促使風(fēng)垂直切變的增加與相對渦度的減弱動(dòng)力因素的改變可能是使西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)減弱的一個(gè)重要因素。而在中國南海北部的亞熱帶地區(qū)，臺(tái)灣南部，日本有著大規(guī)模的異常氣旋流動(dòng)，和較差的風(fēng)垂直切變，促使在那里熱帶氣旋活動(dòng)加強(qiáng)。當(dāng)然，全球變暖可能只是影響西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)變化的一個(gè)重要因素，Cane等[50]，周波濤[51]，何鵬程[9]，鄒燕[52]，Chan[53]認(rèn)為厄爾尼諾循環(huán)(ENSO)、太平洋年代際振蕩(PDO)導(dǎo)致西北太平洋區(qū)域主要大氣環(huán)流系統(tǒng)出現(xiàn)異常，近而間接導(dǎo)致西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)發(fā)生變化。哈瑤[54]認(rèn)為東印度洋-西太平洋(EIO-WPO)SSTA通過調(diào)制大尺度環(huán)境場，改變了環(huán)境場正壓能量向天氣尺度擾動(dòng)的轉(zhuǎn)化，從而影響熱帶氣旋的活動(dòng)。因此，在解釋熱帶氣旋觀測強(qiáng)度、路徑密度生命史中各階段線性變化的空間分布模式，既要考慮熱力學(xué)條件，又要考慮動(dòng)力學(xué)條件，但是似乎動(dòng)力因素的變化比熱力因素的變化更加重要。