PDO不同位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響

吳虹璇，凌 征

PDO不同位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響

吳虹璇，凌 征

（廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院//廣東省近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警重點實驗室，廣東 湛江 524088）

【目的】探討PDO不同位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響?！痉椒ā炕跓釒庑罴崖窂綌?shù)據(jù)集、向外長波輻射和大氣再分析資料，采用高斯濾波、經(jīng)驗正交函數(shù)分解和合成分析等方法。【結(jié)果與結(jié)論】南海熱帶氣旋在PDO正（負）位相期間生成較多（少）；PDO正位相期間，MJO對南海熱帶氣旋的調(diào)制作用更強，熱帶氣旋日生成率在MJO活躍位相和非活躍位相之比達5.60，遠高于PDO負位相期間的2.59。在PDO正位相期間，MJO信號在南海北部更強，使得影響熱帶氣旋生成的各動力因子在MJO活躍和非活躍位相的差異更大，從而導(dǎo)致在PDO正位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的調(diào)制作用更強。

PDO；MJO；南海；熱帶氣旋生成

作為熱帶氣旋最活躍的西北太平洋邊緣海，南海深受熱帶氣旋的影響。除來自西北太平洋的熱帶氣旋，南海本地也有熱帶氣旋生成，Wang等[1]經(jīng)過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)每年平均約有10個熱帶氣旋影響南海，其中大約7個來自西北太平洋，其它在南海本地生成。由于南海是一個獨特的半封閉海盆，四周被陸地包圍，熱帶氣旋生成后會很快登陸，預(yù)報難度大，給周邊國家?guī)碇卮笕藛T和經(jīng)濟損失[2]。前人研究[3-9]還表明熱帶氣旋對南海環(huán)流、上層海洋結(jié)構(gòu)和海洋初級生產(chǎn)力等均有顯著影響，故開展南海熱帶氣旋研究具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實意義。

鑒于南海熱帶氣旋的重要性，前人已開展了不少研究工作，發(fā)現(xiàn)季風(fēng)、大氣季節(jié)內(nèi)振蕩、ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)、太平洋年代際振蕩（PDO,Pacific Decadal Oscillation）、西北太平洋副熱帶高壓、梅雨鋒面和印度洋海溫異常等均對南海熱帶氣旋生成有著重要影響[1,10-20]。Li等[21]發(fā)現(xiàn)MJO對西北太平洋熱帶氣旋的調(diào)制作用在El Nino期間更強。那么在PDO不同位相期間，MJO對南海熱帶氣旋生成的影響是否也存在差異，目前尚未見有研究報道。鑒于南海熱帶氣旋在夏季西南季風(fēng)期間（5－9月）生成較多[22]，筆者擬探討1979－2018年夏季（5－9月）PDO不同位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

PDO指數(shù)和熱帶氣旋數(shù)據(jù)來源于日本氣象廳的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)。PDO指數(shù)時間分辨率為月；熱帶氣旋數(shù)據(jù)時間分辨率為6 h，包含熱帶氣旋中心位置，中心最低氣壓和10 min平均近中心最大風(fēng)速等信息。

向外長波輻射（Outgoing longwave radiation, OLR）數(shù)據(jù)源自美國海洋大氣管理局。時間分辨率為1 h，空間分辨率為2.5°×2.5°。

大氣數(shù)據(jù)來源于歐洲中期天氣預(yù)報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）。本研究使用的數(shù)據(jù)版本為ERA-Interim，使用的數(shù)據(jù)包括850、200 hPa風(fēng)場及500 hPa垂向速度場。數(shù)據(jù)時空分辨率分別為1 d和0.75°。本研究所有數(shù)據(jù)時間跨度為1979－2018年。

1.2 方法

為挑選出PDO正負位相年，參照Mantua[23]及Goh等[19]的方法，用10月至次年3月平均的PDO指數(shù)來進行判斷，當(dāng)其高于氣候態(tài)平均PDO指數(shù)0.5倍方差為正位相年，低于氣候態(tài)平均PDO指數(shù)0.5倍方差為負位相年。根據(jù)該方法共挑出14個正位相年和13個負位相年，見表1。

表1 PDO正負位相年份

為劃分MJO的位相，首先對OLR數(shù)據(jù)用高斯濾波器進行了30 ~ 60 d的帶通濾波；再對濾波后數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗正交函數(shù)分解，得到第一模態(tài)和第二模態(tài)的時間序列；最后參考Jia等[24]方法，根據(jù)第一模態(tài)和第二模態(tài)時間序列的比值將MJO分成8個位相。

2 結(jié)果分析

2.1 MJO對南海熱帶氣旋生成總數(shù)的影響

如表2所示，1979－2018年夏季（5－9月）共有101個熱帶氣旋在南海生成，日生成率（熱帶氣旋個數(shù)除以總的天數(shù)）為1.65%。從各位相看，南海熱帶氣旋在位相2、3、4、5生成較少（18個），在位相6、7、8、1生成較多（83個）。為更好分析比較，下文分析中將位相2、3、4、5定義為非活躍位相，位相6、7、8、1定義為活躍位相。從日生成率看，日生成率在位相2+3和4+5顯著降低，分別為0.86%和0.35%；在位相8+1則顯著升高，達到3.26%；活躍位相和非活躍位相日生成率之比達到4.3。

表2 1979－2018年夏季MJO各位相時長、南海熱帶氣旋生成數(shù)量和日生成率

注：上標*和**分別表示通過90%和95%置信度檢驗。

南海熱帶氣旋生成個數(shù)變化與MJO對流中心的活動密切相關(guān)。如圖1所示，MJO對流抑制中心在位相2+3進入南海中南部，在位相4+5則控制了整個南海北部，不利于南海熱帶氣旋生成；MJO對流活躍中心在位相6+7進入南海中南部，在位相8+1則控制了整個南海中北部，有利于南海熱帶氣旋的生成。MJO伴隨的對流中心的活動使得南海熱帶氣旋在位相2、3、4、5生成較少，而在位相6、7、8、1生成較多。同時，隨著MJO對流中心的北移，南海熱帶氣旋生成位置也隨之北移。

黑點表示南海熱帶氣旋生成位置；括號內(nèi)數(shù)字表示南海熱帶氣旋生成個數(shù)；圖中值均通過了95%置信度檢驗

2.2 PDO不同位相MJO對南海熱帶氣旋生成影響

表3顯示PDO正負位相年期間MJO各位相南海熱帶氣旋生成情況。在14個PDO正位相年共有36個熱帶氣旋在南海生成，其中31個在活躍位相（位相6、7、8、1）生成，而僅有5個在非活躍位相生成（位相2、3、4、5）。日生成率顯示PDO正位相期間日生成率為1.68%，略高于氣候態(tài)平均值1.65%（表2）。從各位相看，南海熱帶氣旋在位相4+5顯著減少，而在位相8+1顯著增多，活躍位相和非活躍位相日生成率之比為5.60，高于氣候態(tài)平均值4.3。在13個PDO負位相年，共有31個熱帶氣旋在南海生成，其中23個在活躍位相生成，8個在非活躍位相生成，日生成率為1.56%，低于氣候態(tài)平均值。日生成率在各位相均未通過顯著性檢驗，活躍位相和非活躍位相日生成率之比僅為2.59，不及PDO正位相年期間的一半，表明MJO在PDO正位相期間對南海熱帶氣旋生成的調(diào)制作用更強。

表3 PDO正負位相MJO各位相時長、熱帶氣旋生成數(shù)量和日生成率

注：上標*和**分別表示通過90%和95%置信度檢驗。

圖2為PDO正負位相期間的OLR和850 hPa風(fēng)場異常場。PDO正負位相期間MJO對流信號傳播特征與總的特征基本一致：在位相2+3，對流抑制中心在南海中南部，在位相4+5北移至南海北部，不利于南海熱帶氣旋生成；對流活躍中心在位相6+7到達南海中南部，在位相8+1控制整個南海北部，有利于南海熱帶氣旋生成。但在強度方面，PDO正負位相期間存在顯著差異：在非活躍位相，PDO正位相期間MJO對流抑制信號顯著強于PDO負位相；在活躍位相，在位相6+7，對流活躍信號在PDO負位相期間更強，在位相8+1則PDO正位相期間略強。這也導(dǎo)致在非活躍位相，南海熱帶氣旋在PDO正位相期間生成更少；在活躍位相，雖然MJO對流信號在位相6+7在PDO負位相期間更強，但由于此時對流中心位于南海中南部，而南海熱帶氣旋主要在中北部生成，故影響相較小；而在位相8+1，對流中心位于南海北部與南海熱帶氣旋生成主要位置重合，影響較大，故導(dǎo)致南海熱帶氣旋在PDO正位相期間生成更多。上述影響導(dǎo)致MJO對南海熱帶氣旋生成的調(diào)制作用在PDO正位相期間更強。

黑點表示南海熱帶氣旋生成位置；括號內(nèi)數(shù)字表示南海熱帶氣旋生成個數(shù)；圖中值均通過了95%置信度檢驗

2.3 影響因子分析

影響熱帶氣旋生成的因子眾多[25]，Wang等[1]指出夏季南海熱帶氣旋生成主要受動力因子控制，下面筆者將分析PDO不同位相期間各動力因子的變化。為去除南海熱帶氣旋自身對動力因子的影響，以下合成分析均剔除南海熱帶氣旋活動時間段。圖3為PDO正位相期間各動力因子的異常場。圖3可見，在位相2、3、4、5，南海北部850 hPa相對渦度顯著減小，風(fēng)速剪切增大，500 hPa高度上為異常的下降運動，這些變化均不利于熱帶氣旋生成；在位相6+7(8+1)，南海中（北）部主要體現(xiàn)為850 hPa相對渦度顯著增大，風(fēng)速剪切減小，500 hPa高度上為異常的上升運動，有利于南海熱帶氣旋的生成。這些因子變化導(dǎo)致南海熱帶氣旋日生成率在位相6、7、8、1較大，而在位相2、3、4、5較小，兩者之比達5.60。

黑點為熱帶氣旋生成位置，圖中值均通過了95%置信度檢驗

圖4為PDO負位相期間各動力因子的異常場。PDO負位相期間各動力因子異常場分布特征和PDO正位相期間基本一致：在位相2、3、4、5，南海北部850 hPa相對渦度顯著減小，風(fēng)速剪切增大，500 hPa高度上為異常的下降運動；而在位相6+7(8+1)，南海中（北）部主要體現(xiàn)為850 hPa相對渦度顯著增大，風(fēng)速剪切減小，500 hPa高度上為異常的上升運動，有利于南海熱帶氣旋的生成。上述變化導(dǎo)致南海熱帶氣旋在位相6、7、8、1生成較多，而在位相2、3、4、5生成較少，與PDO正位相期間一致，但兩者日生成率之比僅為2.59，不及PDO正位相期間的一半，下面將進一步分析造成這種差異的原因。

黑點為熱帶氣旋生成位置，圖中值均通過了95%置信度檢驗

圖5為PDO正負位相期間各影響因子在活躍位相和非活躍位相中的差異。如圖5所示，PDO正負位相期間，各影響因子在活躍位相和非活躍位相的差異分布形態(tài)基本一致：相比于非活躍位相，活躍位相期間南海北部850 hPa相對渦度較大，風(fēng)速剪切較小，而500 hPa垂向速度在南北陸架區(qū)外都增大。上述變化均有利于熱帶氣旋生成，故導(dǎo)致南海大多數(shù)熱帶氣旋在活躍位相生成。圖5a3-c3為PDO正負位相期間的差異。如圖5所示，相比于PDO負位相期間，PDO正位相期間MJO活躍位相和非活躍位相在850 hPa相對渦度、風(fēng)速剪切和500 hPa垂向速度差異均較大，故導(dǎo)致在PDO正位相期間MJO活躍位相和非活躍位相南海熱帶氣旋日生成率之比顯著大于PDO負位相期間。

圖6 為PDO正負位相期間30 ~ 60 d帶通濾波后OLR的均方根誤差。如圖所示，PDO正位相期間30 ~ 60 d帶通濾波后OLR的均方根誤差在南海北部較PDO負位相期間更大，表明MJO信號更強。強的MJO信號使得PDO正位相期間南海北部熱帶氣旋各影響因子在MJO活躍和非活躍位相差異更大，進而導(dǎo)致MJO活躍和非活躍位相熱帶氣旋日生成率之比更大，即MJO對熱帶氣旋生成的調(diào)制作用更強。

a為850 hPa相對渦度（RV，10-6s-1）；b為200-850 hPa風(fēng)速剪切（VWS，m/s）；c為500 hPa垂向速度（W，10-2Pa/s）

圖6 PDO正位相（a）和負位相（b）期間30 ~ 60 d帶通濾波OLR的均方根誤差

3 結(jié)論

本研究利用熱帶氣旋、向外長波輻射和大氣再分析資料等數(shù)據(jù)結(jié)合高斯濾波、經(jīng)驗函數(shù)分解和統(tǒng)計合成分析等方法探討PDO正負位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響，結(jié)果表明：

1）PDO正位相期間南海熱帶氣旋生成偏多，在PDO負位相期間偏少。

2）在MJO活躍位相（非活躍位相），南海熱帶生成主要區(qū)域850 hPa相對渦度增大（減小），風(fēng)速剪切減?。ㄔ龃螅?，500 hPa垂向速度增大（減小），有利于（不利于）熱帶氣旋生成，導(dǎo)致更多（少）南海熱帶氣旋生成。

3）PDO正位相期間，MJO信號在南海北部更強，使得影響熱帶氣旋生成的各動力因子在MJO活躍位相和非活躍位相差異在熱帶氣旋生成主要區(qū)域均較PDO負位相期間大，進而導(dǎo)致MJO對南海熱帶氣旋生成的調(diào)制作用在PDO正位相期間更強：PDO正位相期間，南海熱帶氣旋日生成率在MJO活躍位相和非活躍位相之比達到5.60，而在PDO負位相期間僅為2.59。

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The Impact of the Madden-Julian Oscillation on the Tropical Cyclone Genesis Over the South China Sea Under Different Pacific Decadal Oscillation Phases

WU Hong-xuan, LING Zheng

（,//,524088,）

【Objective】To investigate the impact of the MJO on the tropical cyclone (TC) genesis over the South China Sea (SCS) under different PDO phases. 【Method】Based on the tropical cyclone dataset named “best track data”, outgoing long-wave radiation and atmospheric reanalysis datasets, combined with the methods of Gaussian filter, empirical orthogonal function decomposition, synthesis analysis.【Result and Conclusion】More (or less) tropical cyclones formed over the South China Sea during the PDO positive (or negative) phase. In the positive PDO phase, MJO has a stronger modulation on tropical cyclone genesis over the South China Sea and the ratio of the daily genesis rate of tropical cyclones between the active and inactive phases of the MJO reaches 5.60 , which is significantly higher than that in the negative phase of PDO2.59). MJO signals are stronger in the northern SCS in the positive phase of PDO, leading to the difference of the dynamic factors affecting the genesis of tropical cyclone between the active and inactive phases of MJO are larger, resulting in the stronger modulation of MJO on tropical cyclone genesis over the South China Sea during the positive PDO phase.

PDO; MJO; South China Sea; tropical cyclone genesis

P466

A

1673-9159（2020）04-0060-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2020.04.009

2020-03-17

廣東海洋大學(xué)啟動經(jīng)費資助項目--熱帶氣旋與地形相互作用對南海影響研究（R17073）

吳虹璇（1995－）, 女, 碩士研究生, 研究方向為南海臺風(fēng)及海氣相互作用。E-mail:wwwuhx2013@163.com

凌征（1981－）, 男, 博士, 副研究員，從事南海臺風(fēng)及海氣相互作用研究。E-mail: lingz@gdou.edu.cn

吳虹璇，凌征. PDO不同位相期間MJO對南海熱帶氣旋生成的影響[J].廣東海洋大學(xué)學(xué)報，2020，40（4）：60-67.

（責(zé)任編輯：劉嶺）