影響廣西熱帶氣旋與海洋大氣低頻振蕩的關(guān)聯(lián)性分析

覃衛(wèi)堅(jiān)，蔡悅幸，廖雪萍

（1.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，南寧 530022）

引言

熱帶氣旋是影響廣西最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，常造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，如2001 年7 月2—9 日臺(tái)風(fēng)“榴蓮”和“尤特”影響廣西，引發(fā)嚴(yán)重暴雨洪澇災(zāi)害，1650 萬(wàn)人受災(zāi)，死亡24 人，直接經(jīng)濟(jì)損失150 億元［1］。熱帶氣旋受到了各級(jí)政府部門和社會(huì)關(guān)注，熱帶氣旋預(yù)測(cè)成了廣西汛期、年度氣候預(yù)測(cè)服務(wù)的重要內(nèi)容。近十幾年來影響廣西熱帶氣旋出現(xiàn)了一些異常特征，如2004 年無熱帶氣旋影響，打破了1951 年以來的記錄；2013 年受到9 個(gè)熱帶氣旋影響，與歷史最多持平，為顯著減少趨勢(shì)下的反?，F(xiàn)象。熱帶氣旋氣候異常變化增加了對(duì)其預(yù)測(cè)難度，因此了解其氣候異常原因?qū)μ岣哳A(yù)測(cè)能力具有重要意義。熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（Madden－Julian Oscillation，MJO）是短期天氣變化到季節(jié)、年、年代際變化大氣多尺度振蕩鏈條中的重要一環(huán)［2］，MJO 對(duì)西太平洋熱帶氣旋生成和移動(dòng)有重要的影響，MJO 位于西太平洋時(shí)熱帶氣旋數(shù)量最多，位于海洋性大陸時(shí)出現(xiàn)熱帶氣旋少［3－9］。太平洋海溫年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation，PDO）發(fā)生發(fā)展往往引起全球范圍的環(huán)流異常，同樣也影響著熱帶氣旋的活動(dòng)，如曹力戈等［10］研究指出PDO 對(duì)進(jìn)入南海的熱帶氣旋迅速增強(qiáng)發(fā)展起到調(diào)制作用；陸曉婕等［11］、高曉梅等［12］研究發(fā)現(xiàn)PDO 處于暖位相時(shí)進(jìn)入東海和影響山東熱帶氣旋較少；胡婭敏等［13］研究指出PDO 進(jìn)入冷位相階段后登陸或嚴(yán)重影響廣東的臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)了個(gè)數(shù)增多、登陸強(qiáng)度明顯增強(qiáng)的新特征。廣西位于華南地區(qū)西部，具有獨(dú)特的自然地理環(huán)境特征，近年來覃衛(wèi)堅(jiān)等［14］、何潔琳等［15－16］研究了MJO 所處位相與影響廣西熱帶氣旋生成的聯(lián)系，而MJO 傳播、PDO 與影響廣西熱帶氣旋的關(guān)聯(lián)性等研究尚不多見，以下就這方面進(jìn)行分析研究，為熱帶氣旋氣候預(yù)測(cè)工作提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料

使用1951—2020 年中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所的熱帶氣旋、NCEP／NCAR 風(fēng)場(chǎng)再分析、日本氣象廳PDO 指數(shù)、NOAA 逐日向外長(zhǎng)波輻射（OLR）、國(guó)家氣候中心副熱帶高壓指數(shù)資料。1978—2020 年NOAA CPC 逐候的MJO 指數(shù)，10 個(gè)不同的位置（分別位于20°E，70°E，80°E，100°E，120°E，140°E，160°E，120°W，40°W，10°W）代表了10 個(gè)位相，由左到右，分別為第1 位相、第2 位相、第3 位相……。依據(jù)廣西氣象業(yè)務(wù)規(guī)定，當(dāng)熱帶氣旋進(jìn)入19°N 以北，112°E 以西區(qū)域，定義為影響廣西熱帶氣旋。

1.2 方法

本文采用的統(tǒng)計(jì)方法包括相關(guān)分析、30～60d 帶通濾波器、一元線性回歸、蒙特卡羅檢驗(yàn)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響廣西熱帶氣旋氣候變化新特征

圖1 顯示了1951—2020 年影響廣西熱帶氣旋頻數(shù)的逐年演變，近70a 影響廣西熱帶氣旋呈顯著減少的趨勢(shì)，通過水平為0.01 的顯著性檢驗(yàn)，氣候傾向率為－0.4 個(gè)／10a，即每10a 減少0.4 個(gè)。70a 平均每年為5 個(gè)，而2000—2020 年平均每年為4 個(gè)，減少趨勢(shì)明顯。最多年份為1952 年、1974 年、2013年，當(dāng)年影響廣西熱帶氣旋多達(dá)9 個(gè)，最少年份2004 年無熱帶氣旋影響廣西。90 年代以后影響廣西熱帶氣旋年際變化幅度增大，尤其偏少年份較之前有較大幅度的減少，如2004 年和1997 年較常年偏少分別為5 個(gè)、4 個(gè)，可見影響廣西熱帶氣旋表現(xiàn)出了向極端異常變化的趨勢(shì)。

圖1 1951—2020 年影響廣西熱帶氣旋頻數(shù)

2.2 影響廣西熱帶氣旋與MJO 的關(guān)聯(lián)性分析

2.2.1 熱帶氣旋頻數(shù)異常年MJO 變化特征

90 年代以來影響廣西熱帶氣旋最多的年份是1994 年、2013 年，分別有8 個(gè)、9 個(gè)，為異常偏多的典型年；最少的年份為1997 年、2004 年，分別有1個(gè)、0 個(gè)，為異常偏少的典型年。分析影響廣西熱帶氣旋異常典型年份在臺(tái)風(fēng)季節(jié)里MJO 指數(shù)各位相差異，探索MJO 活動(dòng)對(duì)熱帶氣旋的影響，MJO 指數(shù)為負(fù)值表示對(duì)流運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，所處區(qū)域?qū)α髟鰪?qiáng)，簡(jiǎn)稱低頻對(duì)流帶，反之，指數(shù)為正值表示對(duì)流運(yùn)動(dòng)受到抑制，所處區(qū)域?qū)α魇艿揭种?，?jiǎn)稱低頻對(duì)流抑制帶。圖2a 給出了1994 年MJO 指數(shù)的經(jīng)度－時(shí)間變化，從圖可見，6—7 月印度洋到海洋性大陸隨時(shí)間有“－，＋，－，＋”交替的MJO 向東傳播，對(duì)流增強(qiáng)位相較強(qiáng)，對(duì)流抑制位相較弱，其中6 月上旬和下旬分別有明顯的低頻對(duì)流帶從印度洋向西太平洋傳播，6月6—10 日、24—26 日、7 月3—7 日廣西受到熱帶氣旋影響。2013 年6—9 月印度洋到西太平洋隨時(shí)間有明顯的“－，＋，－，＋，－”交替的MJO 向東傳播、強(qiáng)度較強(qiáng)；6 月上中旬有明顯的低頻對(duì)流帶在印度洋到西太平洋一帶傳播，6 月14—16 日有熱帶氣旋影響廣西；6 月下旬到8 月上旬低頻對(duì)流從印度洋向西太平洋傳播，對(duì)流位相持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，西太平洋熱帶氣旋活躍，6 月30 日—7 月4 日、8 月1—4 日、6—9 日、13—19 日廣西受熱帶氣旋影響；8 月下旬末到9 月中旬有明顯的低頻對(duì)流帶從印度洋向西太平洋傳播，9 月17 日有影響廣西熱帶氣旋生成（圖2b）。

1997 年和2004 年6—9 月均無熱帶氣旋影響廣西，較常年異常偏少。1997 年7—9 月印度洋到西太平洋無MJO 活動(dòng)，6 月下旬有一次低頻對(duì)流帶從印度洋向西太平洋傳播，由于副熱帶高壓偏弱，無熱帶氣旋影響廣西；7—9 月均存在較強(qiáng)的低頻對(duì)流抑制帶從印度洋向東傳播，而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成了1997 年6—9 月無熱帶氣旋影響廣西，影響廣西熱帶氣旋異常偏少（圖2c）。2004 年6 月至8 月上旬印度洋到西太平洋存在“＋，－，＋”交替的MJO 活動(dòng)，但對(duì)流抑制位相很強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其中6 月中下旬、8月上中旬較強(qiáng)的低頻對(duì)流抑制帶從印度洋向西太平洋傳播，抑制了熱帶氣旋的生成；7 月印度洋存在較強(qiáng)的低頻對(duì)流帶，向東傳播不太明顯、持續(xù)時(shí)間短，較強(qiáng)低頻對(duì)流中心位于東太平洋（圖2d），2004 年沒有熱帶氣旋影響廣西。以上分析可見，從印度洋到西太平洋存在明顯的MJO 向東傳播，對(duì)流增強(qiáng)位相較強(qiáng)，MJO 對(duì)流抑制位相較弱、持續(xù)時(shí)間短，影響廣西熱帶氣旋偏多，反之，從印度洋到西太平洋無MJO活動(dòng)或強(qiáng)度較弱，存在明顯的低頻對(duì)流抑制帶從印度洋向西太平洋傳播、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，較強(qiáng)的低頻對(duì)流帶位于東太平洋，影響廣西熱帶氣旋偏少。

圖2 影響廣西臺(tái)風(fēng)異常年MJO 指數(shù)的經(jīng)度－時(shí)間變化圖

2.2.2 影響廣西熱帶氣旋活躍期低頻對(duì)流帶活動(dòng)特征

1994 年7 月和2013 年8 月，廣西均受到3 個(gè)熱帶氣旋影響，熱帶氣旋影響活躍。從1994 年7 月經(jīng)過30～60d 濾波的OLR 和850hPa 風(fēng)場(chǎng)來看，7 月1 日赤道印度洋東部出現(xiàn)了低頻強(qiáng)對(duì)流帶，南海北部到華南一帶上空為反氣旋環(huán)流（圖3a）；7 月10 日低頻強(qiáng)對(duì)流帶移動(dòng)到南海、菲律賓及海洋大陸區(qū)域，范圍有所擴(kuò)大，反氣旋環(huán)流北退到東海（圖3b）；7 月20 日低頻強(qiáng)對(duì)流帶形成兩個(gè)分支，一部分北上到華南地區(qū)，另一部分傳播到海洋性大陸東部海域（圖3c）；低頻強(qiáng)對(duì)流帶生成的熱帶氣旋在副熱帶高壓西側(cè)東南氣流引導(dǎo)下向廣西移動(dòng)，造成影響廣西熱帶氣旋異常偏多。2013 年8 月1 日低頻強(qiáng)對(duì)流帶出現(xiàn)在赤道印度洋中東部到南海一帶，華南地區(qū)及沿海地區(qū)上空為反氣旋環(huán)流（圖3d）；8 月10 日傳播到南海到菲律賓附近，華東地區(qū)上空為弱的反氣旋環(huán)流（圖3e）；8 月20 日低頻對(duì)流帶向東向北移動(dòng)到達(dá)華南到菲律賓一帶，華南地區(qū)受氣旋性環(huán)流控制，熱帶氣旋活躍（圖3f）。以上分析可見，在影響廣西熱帶氣旋異?；钴S季節(jié)里，明顯存在熱帶低頻對(duì)流帶從印度洋向西太平洋移動(dòng)，并在西北太平洋生成熱帶氣旋，在副熱帶高壓西側(cè)東南氣流引導(dǎo)下向西北移動(dòng)影響廣西。

圖3 經(jīng)過30～60d 濾波的OLR（單位：Wm-2，陰影為經(jīng)過濾波OLR≤-5Wm-2 或OLR≥5Wm-2）和850hPa 風(fēng)場(chǎng)（單位：m·s-1）

3 影響廣西熱帶氣旋與PDO 的關(guān)聯(lián)性分析

影響廣西熱帶氣旋頻數(shù)和PDO 指數(shù)相關(guān)系數(shù)為－0.21，通過了0.1 的顯著性水平檢驗(yàn)，逐年變化為反位相的對(duì)應(yīng)特征，在異常偏多、偏少年份表現(xiàn)尤為明顯，如1952 年、1974 年、2013 年影響廣西熱帶氣旋個(gè)數(shù)達(dá)到了9 個(gè)，為異常偏多年，當(dāng)年P(guān)DO 指數(shù)分別為－1.1526、－0.1682、－0.6036，均為負(fù)值；1997 年影響廣西熱帶氣旋僅1 個(gè)，2004 年無熱帶氣旋影響廣西，1997 和2004 年為異常最少年，當(dāng)年P(guān)DO 指數(shù)分別為1.5275、0.2471，均為正值。統(tǒng)計(jì)1951—2020 年P(guān)DO 指數(shù)的一元回歸，近70a 以來PDO 指數(shù)呈顯著增大的趨勢(shì)，通過水平為0.05 的顯著性檢驗(yàn)（圖4）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，PDO 指數(shù)與熱帶中東太平洋、北印度洋海溫有顯著的正相關(guān)關(guān)系，在全球氣候變暖背景下西太平洋、印度洋海溫增暖尤為顯著，通過了水平為0.001 的顯著性檢驗(yàn)；海溫變暖使副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)及西伸脊點(diǎn)偏西，南海及菲律賓以東洋面上空常受其控制，大氣穩(wěn)定，不利于熱帶氣旋生成，影響廣西熱帶氣旋偏少。

圖4 1951—2020 年影響廣西熱帶氣旋頻數(shù)與PDO 指數(shù)歷年變化

4 結(jié)論和討論

使用1951—2020 年中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所熱帶氣旋、NOAA OLR、日本氣象廳PDO 指數(shù)等資料，利用相關(guān)分析、30～60d 帶通濾波等統(tǒng)計(jì)方法分析了影響廣西熱帶氣旋與海洋大氣低頻振蕩的關(guān)聯(lián)性。得到以下結(jié)論：

（1）90 年代以來影響廣西熱帶氣旋年際變化幅度增大，影響廣西熱帶氣旋頻數(shù)表現(xiàn)出了向極端異常變化的趨勢(shì)。

（2）從印度洋到西太平洋存在明顯的MJO 向東傳播，對(duì)流增強(qiáng)位相較強(qiáng)，MJO 對(duì)流抑制位相較弱、持續(xù)時(shí)間短，影響廣西熱帶氣旋偏多。反之，從印度洋到西太平洋無MJO 活動(dòng)或強(qiáng)度較弱，存在明顯的低頻對(duì)流抑制帶由印度洋向西太平洋傳播、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，較強(qiáng)的低頻對(duì)流帶位于東太平洋，影響廣西熱帶氣旋偏少。

（3）影響廣西熱帶氣旋個(gè)數(shù)減少趨勢(shì)與PDO指數(shù)增大有密切的關(guān)系，可能與印度洋、太平洋海溫變化顯著增暖背景下PDO 指數(shù)增大、副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)及西伸脊點(diǎn)偏西有關(guān)。

分析揭示了影響廣西熱帶氣旋與海洋大氣低頻振蕩活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，但海洋大氣低頻振蕩的影響物理機(jī)制還有做進(jìn)一步的研究。