北半球海冰與登陸廣東臺(tái)風(fēng)的特征及關(guān)系分析

徐海秋，謝維斯，張羽，梁敏妍，4

（1.廣東省氣象防災(zāi)技術(shù)服務(wù)中心，廣東廣州 510080；2.廣東省氣象公共服務(wù)中心，廣東廣州 510080；3.廣東省氣候中心，廣東廣州 510080；4.江門市氣象局，廣東江門 529030）

海冰消融和異常，對(duì)海氣交換和大氣環(huán)流有重要影響，往往通過復(fù)雜的反饋過程，對(duì)天氣氣候起到至關(guān)重要的作用和有重要的指示反應(yīng)［1-5］。任艷群等［1］研究了北半球積雪 ／海冰面積與溫度相關(guān)性差異；黃仕松等［2］、王春紅等［3］研究了北極海冰對(duì)大氣環(huán)流、氣候影響的關(guān)系和作用；高清清等［4］探討了冬春季北極海冰的變化特征及其與西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的關(guān)系。關(guān)于廣東和華南地區(qū)的臺(tái)風(fēng)研究也很多［6-9］，如胡婭敏等［6］研究了廣東熱帶氣旋氣候變化的新特征，發(fā)現(xiàn)登陸或嚴(yán)重影響廣東的TC總體呈現(xiàn)減少、強(qiáng)度增強(qiáng)的特點(diǎn)，建議完善防御機(jī)制，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高防御意識(shí)等建議；劉春霞等［7］采用小波分析方法研究了登陸廣東的 TC年際變化特征；蘇玉婷等［8］開展了廣西沿海地形對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”影響的數(shù)值試驗(yàn)研究。而北半球海冰與廣東登陸臺(tái)風(fēng)的關(guān)系和可能存在的影響，尚未見有相關(guān)的研究發(fā)表。本研究擬在分析登陸廣東臺(tái)風(fēng)的氣候特征和北半球海冰范圍特征的基礎(chǔ)上，研究北半球海冰與登陸廣東臺(tái)風(fēng)的關(guān)系，為臺(tái)風(fēng)的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)提供參考，為及早做好臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的防御提供決策依據(jù)。

1 資料和研究方法

海冰資料使用NOAA（美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局）國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心（NSIDC）提供的1979—2017年的北半球海冰范圍的距平百分率數(shù)據(jù)（2019年8月下載），其中1987年12月、1988年1月數(shù)據(jù)缺測(cè)，其它各月的數(shù)據(jù)完整、連續(xù)，在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)分別對(duì)樣本數(shù)作了相應(yīng)的調(diào)整。臺(tái)風(fēng)資料使用中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心提供的1979—2018年的登陸資料；登陸數(shù)據(jù)包含登陸香港、澳門（期間沒有出現(xiàn)）進(jìn)入內(nèi)陸影響廣東的臺(tái)風(fēng)，若有兩次或以上登陸的、按強(qiáng)度最強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)；本研究所指的臺(tái)風(fēng)包含熱帶低壓（TD）、熱帶風(fēng)暴（TS）、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）、臺(tái)風(fēng)（TY）、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（STY）、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（SupterTY）。常年值為1981—2010年共30年的平均；歷年是指應(yīng)用數(shù)值的起止時(shí)間內(nèi)的所有年。

研究方法應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和Excel中的correl函數(shù)計(jì)算相關(guān)系數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行顯著性水平檢驗(yàn)；為消除不同單位和數(shù)值差異大的影響，在計(jì)算和分析登陸臺(tái)風(fēng)與海冰的相關(guān)性時(shí)，登陸臺(tái)風(fēng)頻數(shù)也轉(zhuǎn)換為與常年對(duì)比的距平百分率值。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 登陸廣東臺(tái)風(fēng)的頻次特征

統(tǒng)計(jì)1979—2018年登陸廣東的臺(tái)風(fēng)，累計(jì)共有147個(gè)。期間，每年均會(huì)有臺(tái)風(fēng)登陸，最多的是7個(gè)（1993年）；最少只有 1個(gè)（2005、2007、2010年）；常年平均為3.5個(gè)。登陸的臺(tái)風(fēng)中，強(qiáng)度包含了從超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)到熱帶低壓的各個(gè)級(jí)別，其中又以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別最多，共有47個(gè)，常年平均1.3個(gè)；其后依次為臺(tái)風(fēng)、熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別登陸的最少，只有2個(gè)，分別是1409號(hào)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”和1513號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”。登陸廣東臺(tái)風(fēng)的歷年次數(shù)和常年頻次見表1。

表1 登陸廣東臺(tái)風(fēng)的歷年次數(shù)和常年頻次

2.2 海冰的變化特征

1）月際變化。

統(tǒng)計(jì)1979—2017年各月歷年平均的北半球海冰范圍的距平百分率（表2），可以看出，1—5月為正距平，7—11月均為負(fù)距平。其中6月正距平多、負(fù)距平少，逐年分布來看有21年為正距平，占54%，有18年為負(fù)距平，占46%，值得注意的是，1994年以前均為正距平，2001年轉(zhuǎn)為負(fù)距平后就一直維持該分布趨勢(shì)。12月分布只有2016年出現(xiàn)了負(fù)距平，其它各年均為正距平。由此可見，北半球海冰范圍減小趨勢(shì)顯著，還出現(xiàn)了質(zhì)的變化。

從海冰范圍距平百分率值可以看出，北半球海冰有明顯的月際變化特征，年內(nèi)成單峰型分布。3月達(dá)到一年最大范圍的峰值，常年距平百分率為32.54%；然后逐月下降；9月達(dá)到一年最小范圍的谷值，常年距平百分率為-44.90%；此后到次年2月轉(zhuǎn)呈上升趨勢(shì)。

表2 北半球海冰范圍逐月的歷年和常年平均的距平百分率 %

2）年代際變化。

北半球海冰范圍距平百分率的年代際變化如圖1所示。從圖1可以明顯看出，北半球海冰范圍全年各月的年代際均呈逐年代減小的趨勢(shì)，越往后的年代，范圍面積越小?？梢?，在全球氣候變暖的大背景下，北半球的海冰范圍正在變得越來越小。

圖1 北半球海冰范圍距平百分率的年代際變化

2.3 北半球海冰與登陸廣東臺(tái)風(fēng)的關(guān)系

影響廣東的臺(tái)風(fēng)多為每年后汛期的7—9月，為取得一定的預(yù)報(bào)提前量，本研究用上一年各月和當(dāng)年上半年各月的北半球海冰范圍距平百分率與當(dāng)年登陸廣東的臺(tái)風(fēng)頻次距平百分率進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，北半球逐月海冰范圍距平百分率與登陸廣東的TC（含所有臺(tái)風(fēng)級(jí)別）為正相關(guān)。其中相關(guān)性與上一年4月最好、其次為上一年5月，依次通過顯著性水平為0.2的檢驗(yàn)；之后相關(guān)系數(shù)從高到低依次是上一年11、3、12月，當(dāng)年5、4月，上一年10月，當(dāng)年1、2月，均通過顯著性水平0.5的檢驗(yàn)；其它各月沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

與登陸廣東的STY均為負(fù)相關(guān)，其中相關(guān)性與當(dāng)年6月最好，其次為當(dāng)年2月，之后從高到低依次為當(dāng)年5月、上一年1月、當(dāng)年1和4月，均通過顯著性水平0.05的檢驗(yàn)；當(dāng)年3月，上一年2、4、3、7月也依次通過顯著性水平0.1的檢驗(yàn)；上一年12、11、8、9月依次通過顯著性水平0.2的檢驗(yàn)，其它月份均通過0.5的檢驗(yàn)。

與登陸廣東的TY負(fù)相關(guān)多、正相關(guān)少。其中與上一年4、3月為正相關(guān)，但沒有通過顯著性檢驗(yàn)；其它月份均為負(fù)相關(guān)，與上一年6、7、10、9月共4個(gè)月依次通過顯著性水平0.5的檢驗(yàn)，其余各月沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

與登陸廣東的STS均為正相關(guān)。其中與上一年5月的相關(guān)性最好；其次是當(dāng)年2、1月份；往后依次為當(dāng)年3月，上一年6、4月，當(dāng)年4、6月，上一年11月，均通過顯著性水平0.05的檢驗(yàn)；其它各月也通過了0.1的檢驗(yàn)。

與登陸廣東的TS負(fù)相關(guān)多、正相關(guān)少。其中，與上一年12、11月為正相關(guān)、但沒有通過顯著性檢驗(yàn)；其它均為負(fù)相關(guān)，有當(dāng)年2、1、6、3、5、4月，上一年5月，均通過顯著性水平0.5的檢驗(yàn)。

與登陸廣東的TD均為正相關(guān)，其中與當(dāng)年5月相關(guān)性最好，通過顯著性水平0.05的相關(guān)性檢驗(yàn)；之后依次是當(dāng)年4月，上一年4、5月，通過了0.1的顯著性水平檢驗(yàn)；上一年10月，當(dāng)年6、2月，上一年8、7月通過顯著性水平0.2的檢驗(yàn)；其它各月則通過了0.5的顯著性水平檢驗(yàn)。

表3 北半球海冰范圍距平與登陸廣東臺(tái)風(fēng)頻數(shù)距平的相關(guān)系數(shù)

以上分析表明，前期北半球海冰范圍距平百分率與登陸廣東的STY、STS和TD相關(guān)性高；在預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中，可取相關(guān)性高的月份構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，為登陸臺(tái)風(fēng)頻數(shù)服務(wù)提供依據(jù)和獲得預(yù)測(cè)提前量。

北半球海冰范圍距平百分率與登陸TC的相關(guān)系數(shù)通過顯著性水平0.2的檢驗(yàn)；與登陸TY及TS通過0.5的檢驗(yàn)，顯著性不明顯，可以作為一定的參考。

3 結(jié)論

1）1979—2018年共有147個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸廣東，每年均有臺(tái)風(fēng)登陸，最多達(dá)7個(gè)，最少是1個(gè)，常年平均登陸3.5個(gè)。登陸臺(tái)風(fēng)中，STS級(jí)別最多，有47個(gè)，常年平均1.3個(gè)；其后依次為31個(gè)TY、30個(gè) TD、29個(gè) TS、8個(gè) STY、2個(gè) SuperTY，常年平均分別為0.8、0.8、0.5和0.1個(gè)，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)常年頻次＜0.1個(gè)。

2）1979—2017年北半球的海冰范圍距平，1—5月均為正距平；7—11月均為負(fù)距平；其中，6月正距平占46%，負(fù)距平占54%，并從2001年轉(zhuǎn)為負(fù)距平后就一直維持；12月只在2016年出現(xiàn)一次負(fù)距平，其他它年份均為正距平，出現(xiàn)了質(zhì)的變化。

3）海冰距平年內(nèi)月分布呈單峰型，3月達(dá)到峰值，常年距平值為32.54%，9月是谷值，常年距平值為-44.90%。海冰面積距平年代際變化呈減小趨勢(shì)。

4）前期北半球海冰范圍距平與登陸廣東的STY、STS和TD相關(guān)性高，可作為預(yù)測(cè)依據(jù)。相關(guān)系數(shù)通過顯著性水平0.05的檢驗(yàn)且相關(guān)度排在前3位的分別是當(dāng)年6、2月的北半球海冰范圍距平與登陸廣東的STY；上一年5月，當(dāng)年2月與登陸廣東的STS；當(dāng)年5月與登陸廣東的TD。

每年臺(tái)風(fēng)登陸情況是預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)；本研究在海冰和登陸廣東臺(tái)風(fēng)的相關(guān)性分析中，發(fā)現(xiàn)了較為有意義的結(jié)果，海氣作用反饋到極端天氣氣候事件確實(shí)有指示反應(yīng)［4］，后期工作中可取相關(guān)度高且通過檢驗(yàn)的月份構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，為臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)和防災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。