秋季西北太平洋上熱帶氣旋研究進展及展望

姚秀萍，彭思越

摘要：西北太平洋是全球熱帶氣旋生成頻數(shù)最多的區(qū)域，相較于夏季熱帶氣旋，對于秋季熱帶氣旋的研究相對較少。隨著2000年后登陸我國的秋季熱帶氣旋中超強臺風(fēng)的比例逐漸增多，并對我國造成嚴(yán)重的災(zāi)害，秋季熱帶氣旋的研究逐漸受到越來越多的關(guān)注。對西北太平洋秋季熱帶氣旋的研究進展進行回顧和總結(jié)，主要包括秋季西北太平洋上熱帶氣旋的活動特征、影響因子以及登陸我國熱帶氣旋的特征和影響因子等3方面，并對研究秋季熱帶氣旋的未來方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：秋季熱帶氣旋；西北太平洋；研究進展

中圖分類號：P444? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：2096-3599（2023）03-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.03.001

Research progresses and outlook of autumn tropical cyclones over western North Pacific

YAO ?Xiuping1，2， PENG Siyue 3，1，2

（1. China Meteorological Administration Training Center， Beijing 100081， China; 2. Shanghai Typhoon Institute， China Meteorological Administration， Shanghai 200030， China; 3. Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225， China）

Abstract： The western North Pacific （WNP） is the most active region of tropical cyclone （TC） genesis. Compared with summer TCs， there are relatively less research on autumn TCs. ?Since 2000， with the increase in the proportion of autumn landfalling super typhoons in China， the research of autumn TCs has attracted more and more attention. The research progress of autumn TCs in the WNP is reviewed in the following three parts： the characteristics and influencing factors of autumn TC activities in the WNP， and the characteristics and influencing factors of autumn ?landfalling TCs in China. An outlook for future research is also given here.

Keywords： autumn tropical cyclone; western North Pacific （WNP）; research progress

引言

熱帶氣旋（tropical cyclone，TC）是生成于熱帶或副熱帶洋面上，具有極強破壞力的氣旋系統(tǒng)，是災(zāi)害性天氣之一，對TC的研究是熱帶氣象學(xué)的重點關(guān)注問題之一[1]。?我國的《熱帶氣旋等級國家標(biāo)準(zhǔn)》[2]將TC按照強度分為6個等級：熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、強臺風(fēng)和超強臺風(fēng)。

西北太平洋是全球TC發(fā)生頻數(shù)最多的區(qū)域，超過全球生成TC的30%[3]。西北太平洋上空的TC活動常常會使得我國及鄰近地區(qū)造成嚴(yán)重的破壞。強度較大的TC往往會帶來破壞性大風(fēng)、風(fēng)暴潮、暴雨等災(zāi)害[4-5]。過去的研究主要集中在夏季TC所造成的財產(chǎn)損失上，然而近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，部分登陸的秋季TC所產(chǎn)生的損失已經(jīng)超過了夏季TC[6]。例如2016年間全球海域內(nèi)的最強臺風(fēng)“莫蘭蒂”，造成的直接經(jīng)濟損失高達102億元；2018年22號超強臺風(fēng)“山竹”登陸我國，對廣東、廣西、海南、湖南、貴州多省都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，造成近300萬人受災(zāi)。

秋季TC在我國登陸時往往伴隨著強風(fēng)、暴雨等一系列氣象災(zāi)害。?秋季TC在我國沿海區(qū)域登陸引發(fā)的強降水過程，常常還伴隨著洪澇、泥石流、瘟疫等次生災(zāi)害，會造成受影響地區(qū)嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

相較于夏季TC而言，國內(nèi)外對秋季TC的研究相對較少，研究秋季TC有利于更加全面地了解TC活動的季節(jié)特征，提高對TC的認識和預(yù)測。因此，研究西北太平洋秋季TC，對我國沿海地區(qū)具有重大的研究價值及現(xiàn)實意義。本文對秋季TC研究進展進行回顧，重點關(guān)注西北太平洋秋季TC的活動特征、影響秋季TC的海氣狀況、秋季超強臺風(fēng)易發(fā)的原因和登陸我國秋季TC的影響等幾個方面，并對秋季TC未來研究的方向進行展望，以期能夠為后續(xù)的研究提供科學(xué)的依據(jù)和參考。

1 西北太平洋秋季TC活動特征

氣象意義上，一般將6—8月生成的TC定義為夏季TC，9—11月生成的TC定義為秋季TC。研究表明，西北太平洋超過80%的TC都生成于夏季和秋季，不同季節(jié)TC的特征有明顯的季節(jié)差異[7]。由于秋季TC擁有獨特的季節(jié)氣候背景，因此，許多學(xué)者對秋季TC活動特征進行了單獨的研究，并與夏季TC的特征進行對比[8-9]。

1.1 秋季TC頻數(shù)

20世紀(jì)90年代中期以來，西北太平洋夏秋季TC的頻數(shù)都呈現(xiàn)下降的趨勢[10-11]。Yao等[8]對1949—2016年西北太平洋上的夏秋季TC進行統(tǒng)計研究指出，在超過70%的年份中，秋季和夏季的TC頻數(shù)間有此消彼長的反位相關(guān)系。Zhou等[12]將登陸的秋季TC按照登陸位置分為南部登陸和北部登陸兩類（以25°N為分界線），研究表明，兩類登陸的秋季TC之間的相關(guān)性較弱。南部地區(qū)登陸的秋季TC頻數(shù)主要受到厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）的影響，預(yù)測難度相對較小，而北部地區(qū)則受副熱帶環(huán)流影響較大[12]。

1.2 秋季TC強度

秋季北半球冷空氣加強，到達熱帶地區(qū)，會對TC強度的增強產(chǎn)生有利的影響[13-14]。此外，TC的強度往往會受到西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱“西太副高”）位置的影響，當(dāng)秋季西太副高脊線位于偏北、偏西的位置時，TC擁有更大的活動空間，再配合秋季偏強的越赤道氣流，有利于秋季TC儲備更多的能量，從而使得TC強度增強。因此，雖然在秋季生成各個強度的TC頻次均少于夏季，但生成強臺風(fēng)（24.4%）和超強臺風(fēng)（29.9%）的比例卻遠高于夏季[8，10]，具體如表1所示。

1.3 秋季TC移動路徑

TC移動路徑主要受到TC生成位置和周圍環(huán)境的影響，西北太平洋上的TC普遍按以下3種移動路徑運動，即直線移動（向西移動）、轉(zhuǎn)折登陸和北上登陸[15-17]。

TC的軌跡密度能對TC生成位置和移動路徑進行較好的反映，因此許多學(xué)者都采用該方法來對TC的移動路徑進行研究[8，18]。秋季TC移動路徑往往是西風(fēng)帶系統(tǒng)、西太副高、赤道輻合帶等天氣系統(tǒng)之間相互博弈的結(jié)果[19-21]，因此秋季TC移動路徑往往較為復(fù)雜，預(yù)測難度較大。

秋季與夏季在大尺度環(huán)流形勢和強度上有差異，因此與夏季相比，秋季TC的活躍區(qū)域緯度偏低，主要出現(xiàn)在南海和熱帶太平洋洋面，移動路徑大多屬于偏西路徑，而夏季TC的路徑則以偏北路徑居多[8]。

1.4 秋季TC生成源地

夏季和秋季是西北太平洋TC的高發(fā)期，兩個季節(jié)TC生成位置的空間分布一般會受到海面溫度（以下簡稱“海溫”）和季風(fēng)槽的影響[22]，具有顯著的季節(jié)差異[23]，呈現(xiàn)出夏季北移、秋季南移的趨勢[24]。

西北太平洋秋季TC的生成位置主要集中在3個中心附近：（14°N，115°E）、（14°N，135°E）和（14°N，145°E），如圖1所示[8]；而夏季TC的生成位置主要分布在南海北部和菲律賓群島東部，各有一個二級聚集區(qū)[23]。

秋季登陸我國的TC生成位置相對偏西，高值中心位于南海東部和130E附近。而在秋季生成超強臺風(fēng)的位置則大多位于15N以南的洋面上。受到西太副高南退的影響，秋季TC向北移動的難度較大，因此，大多在我國的南部沿海登陸[7]。

黑圓圈、綠色十字形和紅色方形—9月、10月和11月生成的超強臺風(fēng)；黑線、綠線和紅線—9月、10月和11月生成超強臺風(fēng)的平均位置。

2 西北太平洋秋季TC的影響因子

2.1海氣狀況

2.1.1厄爾尼諾-南方濤動

ENSO作為對全球氣候影響最為顯著的海氣相互作用現(xiàn)象，會使得大尺度環(huán)流發(fā)生變化，引發(fā)局地海溫出現(xiàn)異常，研究表明ENSO事件對西北太平洋上的TC活動具有很強的調(diào)制作用[25-26]。

西北太平洋TC的季節(jié)變化和暖洋流的活動有較好對應(yīng)關(guān)系，西北太平洋上空登陸的TC在秋季與赤道中東太平洋的海溫異常有顯著的相關(guān)性，而在夏季相關(guān)性則較弱[27]。ENSO年秋季TC在西北太平洋的東南海域活動較為頻繁，而在西北海域則相對較弱[28]。Zhou等[12]研究指出，秋季TC在東亞南部地區(qū)登陸的頻率與ENSO有較為密切的相關(guān)性，而在東亞北部地區(qū)的登陸頻率則主要受歐亞大陸對流層上部遙相關(guān)的影響。石蓉蓉等[29]研究發(fā)現(xiàn)，秋季TC的生成數(shù)量在拉尼娜（La Ni?a）開始年往往偏多，而在La Ni?a延續(xù)年生成數(shù)量則偏少。

Wang等[28]對秋季TC的移動路徑研究中指出，在強ENSO年，TC軌跡密度幾乎可以達到強La Ni?a年的兩倍，且西北太平洋上西北向的TC移動路徑會呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢此外，ENSO事件還會對秋季TC的強度變化產(chǎn)生影響，學(xué)者們利用熱帶氣旋累積能量（accumulated cyclone energy，ACE）來表征TC的平均強度。研究發(fā)現(xiàn)，西北太平洋上秋季TC的ACE指數(shù)呈現(xiàn)出明顯的年際變化，在ENSO的發(fā)展年ACE一般較高，而在La Ni?a衰減年的秋季TC強度則較低[30-31]。但也有研究表示，ENSO現(xiàn)象對西北太平洋TC的調(diào)節(jié)作用僅占年際變化方差的40%[32]，且西北太平洋上生成的TC總數(shù)在ENSO年并不會出現(xiàn)顯著的變化[28，33]。

2.1.2印度洋偶極子

在后續(xù)的研究中，學(xué)者們加強了對印度洋的關(guān)注，Saji等[34]基于熱帶印度洋海溫異常的東西反向模態(tài)提出了印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）的概念。IOD模態(tài)有顯著的季節(jié)鎖相特征，夏季為IOD的發(fā)展期，秋季達到成熟期[34]。

IOD模態(tài)可能會誘發(fā)西北太平洋的大氣環(huán)流出現(xiàn)異常，并導(dǎo)致其他環(huán)境因素發(fā)生改變，從而促使秋季TC的頻數(shù)增加[35]。雖然IOD是否發(fā)生對西北太平洋上TC頻數(shù)的變化不會產(chǎn)生太大的影響[36]，但其與厄爾尼諾（El Ni?o）Modoki事件同時發(fā)生時會使得季風(fēng)槽東伸，有利于TC生成的動力因子和熱力因子隨季風(fēng)槽一起發(fā)生東移，從而導(dǎo)致秋季TC的生成位置較僅El Ni?o Modoki事件時出現(xiàn)明顯偏東的現(xiàn)象[37]。

2.1.3南海季風(fēng)

南海季風(fēng)的爆發(fā)與撤離和大氣環(huán)流異常，太平洋、南海海溫變異都有著密切的關(guān)系[38-39]。南海季風(fēng)是秋季TC低層水汽和能量主要輸入者，與南海季風(fēng)的爆發(fā)相比，南海季風(fēng)的撤離通常有一個較長的過程，該過程一般會對秋季TC的頻數(shù)、強度以及生成位置產(chǎn)生影響，因此，許多學(xué)者對南海季風(fēng)的撤離與西北太平洋TC之間的關(guān)系開展了研究[40-41]。

相較于夏季TC，秋季TC受到南海季風(fēng)的影響相對較小，盡管秋季TC體積不大，但有較好的對稱結(jié)構(gòu)，有利于TC的發(fā)展[42]。Hu等[40]研究表明，南海季風(fēng)的結(jié)束時間與秋季TC的數(shù)量存在正相關(guān)關(guān)系，如果南海季風(fēng)結(jié)束時間較常年偏遲，則該年秋季TC的生成頻數(shù)往往會較常年偏多，這是由大氣內(nèi)部的動力作用和熱力作用共同導(dǎo)致的。

較晚撤離的南海季風(fēng)所出現(xiàn)的正海溫異常，會激發(fā)赤道羅斯貝（Rossby）波，有助于季風(fēng)槽的維持，為秋季TC的生成提供有利的條件。季風(fēng)槽可以促進平均動能轉(zhuǎn)化為渦動動能，使得同尺度的波得以加強。此外，上層斜壓能轉(zhuǎn)換能力的提升也會促進渦動動能的發(fā)展，從而有利于秋季TC的生成[40]。然而，目前對于TC的生成與南海季風(fēng)撤離之間的關(guān)系仍然沒有確切的說法，也有學(xué)者認為兩者之間可能有一種年代際的滯后效應(yīng)[41]。

南海季風(fēng)還會對秋季TC的生成位置產(chǎn)生影響。南海季風(fēng)撤離后，西北太平洋上的熱帶輻合帶會減弱南退，上層的輻散中心也會向東南方向移動，從而導(dǎo)致TC生成的平均位置也隨著發(fā)生改變，呈現(xiàn)出向南向東的移動趨勢[41]。

2.2秋季易發(fā)超強臺風(fēng)的原因

2.2.1海溫

夏季向秋季過渡時，太陽的直射點由北向南移動，會導(dǎo)致海溫偏高，從而積攢更多的熱量，提供給TC的能量也有所增加。海溫與TC的生成數(shù)量和發(fā)展強度都有一定的關(guān)系[43]，秋季TC移動路徑相對偏南，低緯度的海溫較高，能夠為TC的發(fā)展提供較大的熱能供應(yīng)[24]。

Fujiwara等[44]對海溫進行敏感性試驗，結(jié)果表明，較暖的海溫會增加大氣行星邊界層的等效位溫，使得大氣次級環(huán)流增強，絕對角動量向內(nèi)輻合，渦旋上升加強，從而有利于TC強度的增強。還有學(xué)者指出，夏秋季赤道東西向的海溫場存在差異，秋季異常的海溫強迫會產(chǎn)生氣壓梯度，增強低層的西風(fēng)異常，使得垂直風(fēng)切變減弱，氣旋性渦度增強，導(dǎo)致秋季對流活動旺盛，從而使得秋季超強臺風(fēng)的發(fā)生頻率增加[3，9]。

2.2.2季風(fēng)槽

季風(fēng)槽區(qū)域低層的渦度較大，對流活動較為活躍，因此，季風(fēng)槽的位置和強度對TC生成發(fā)展有重要影響，西北太平洋超過70%的TC發(fā)生發(fā)展與季風(fēng)槽有關(guān)，且與天氣尺度的擾動之間也有著密切的關(guān)聯(lián)[45-47] ，例如Rossby混合重力波向熱帶低壓擾動的轉(zhuǎn)換過程就會對TC的生成產(chǎn)生有利的影響[48]。Wu等[49]發(fā)現(xiàn)多尺度的氣候變異共同作用會導(dǎo)致西北太平洋上的季風(fēng)槽增強，從而使得TC活動出現(xiàn)異?；钴S的現(xiàn)象。

西北太平洋上空有利于TC生成的大尺度環(huán)流形勢大致分為5種：季風(fēng)切變（monsoon shear，MS）、季風(fēng)輻合（monsoon confluence，MC）、反向季風(fēng)槽（reverse-oriented monsoon trough，RMT）、季風(fēng)渦旋（monsoon gyre，MG）和偏東信風(fēng)（trade wind easterlies，TE）。其中，夏季主要呈現(xiàn)為MS模態(tài)的特征，而秋季則主要呈現(xiàn)出MC模態(tài)的特征。兩種模態(tài)下TC的生成和發(fā)展都與大氣能量的轉(zhuǎn)換有密切的相關(guān)性，MS模態(tài)中主要是基本氣流的水平切變?yōu)闇u動動能的增長提供有利條件，而MC模態(tài)中基本氣流的水平切變和輻合對渦動動能的增長都起到了重要的作用，為超強臺風(fēng)的產(chǎn)生提供了更為有利的動力條件[46]。

2.2.3大尺度環(huán)境

TC的生成和發(fā)展往往與大氣大尺度環(huán)境場的配置之間有著密切的關(guān)系，相較于夏季，秋季TC的生成和發(fā)展在季風(fēng)槽附近，低層更大的氣旋性渦度和高層更強的氣流輻散相配合，會產(chǎn)生強上升運動，有利于秋季TC強度增強。

此外，秋季中低層相對濕度的增加以及較弱垂直風(fēng)切變都有利于深對流的發(fā)展[50]。這種大尺度環(huán)境因子的變化可能與海溫異常有關(guān)，但是目前對于影響大尺度環(huán)境因子的機制尚不明確，仍有待進一步的研究[36，50]。

3 登陸我國秋季TC的特征與影響

3.1 登陸我國的秋季TC強度和地理分布特征

Yao等[8]統(tǒng)計了1949—2016年西北太平洋上中心氣壓最低的前20個TC（表2），其中有14個TC屬于秋季TC，且研究發(fā)現(xiàn)在2000年后登陸我國的秋季超強臺風(fēng)的頻數(shù)呈現(xiàn)出明顯增多的趨勢。

西北太平洋上生成的TC在我國的登陸點的季節(jié)性變化往往受到TC移動路徑的影響，與夏季相比，秋季TC的登陸點在緯度的跨度上更加集中，主要分布在我國東南沿海區(qū)域。其中，在廣東登陸的秋季TC頻數(shù)最多，海南、臺灣和福建次之，在我國的北部沿海城市則沒有秋季TC登陸的記錄[8，51]。

3.2 登陸的秋季TC對我國的影響

3.2.1 冷空氣活動對TC降水的影響

秋季是季節(jié)轉(zhuǎn)換的時期，冷空氣活動較為活躍，冷空氣對TC強度有雙重影響，太強的冷空氣大多不利于TC的發(fā)展[52]，但由于初秋冷空氣的強度往往較弱，因此，對TC強度的增強經(jīng)常產(chǎn)生有利的影響。當(dāng)冷空氣與TC環(huán)流發(fā)生相互作用時，冷暖空氣交匯還有利于強降雨的產(chǎn)生[53]。盧小丹等[54]對夏秋季TC引發(fā)的大暴雨對比研究表明，秋季TC“海燕”（1407）引發(fā)的大暴雨主要受到冷空氣的影響，而夏季TC“威馬遜”（1330）則受季風(fēng)的影響更大。

在TC的自身條件和環(huán)境條件都較為相似的情況下，適當(dāng)?shù)睦淇諝馇秩胪鶗邓鰪姰a(chǎn)生影響[55]。因此，許多學(xué)者研究了冷空氣對秋季TC引發(fā)暴雨的影響[56-59]。張程明等[60]指出當(dāng)秋季冷空氣侵入時，低層濕位渦的正值不穩(wěn)定區(qū)與暴雨多發(fā)區(qū)往往有較好的對應(yīng)關(guān)系，且對暴雨中心的落點有一定的指向作用。高安寧等[57]指出冷空氣的侵入與暖濕氣流相配合，會導(dǎo)致溫度梯度和濕度梯度增大，再加上較小的垂直風(fēng)切變的作用，有利于對流云團的發(fā)展和凝結(jié)潛熱的釋放，從而對降水的增強產(chǎn)生正反饋作用。

3.2.2 遠距離暴雨

秋季TC除了會在自身的暴雨區(qū)產(chǎn)生強降水之外，如果有較好的水汽條件和與之配合的天氣系統(tǒng)的配置，還可能會引發(fā)遠距離的強降水過程，從而擴大秋季TC的影響范圍。遠距離暴雨的產(chǎn)生是TC與中低緯度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[61]。周淑玲等[62]指出?TC和中緯度系統(tǒng)發(fā)生相互作用形成具有斜壓性結(jié)構(gòu)的鋒區(qū)及高空急流的增強都是導(dǎo)致遠距離降水的原因。但是由于遠距離降水的產(chǎn)生并非秋季TC登陸所帶來的必然事件，且與TC發(fā)生相互作用的中緯度系統(tǒng)也存在不確定性，因此遠距離降水過程仍然是TC暴雨預(yù)報的難點之一[63]。此外，特殊的地形對于秋季TC引發(fā)的暴雨過程也有著較大的影響[64-66]。

目前對于秋季TC與暴雨之間機制的研究還主要停留在個例分析上，并沒有形成完整的理論體系。不同TC個例所引發(fā)的暴雨機制和致災(zāi)方式往往有較大的差異。

4 小結(jié)與展望

本文對西北太平洋秋季TC的研究進行了回顧，主要集中在西北太平洋秋季TC活動特征、影響因子以及登陸我國秋季TC的特征與影響等3個方面，得到以下結(jié)論：

（1）西北太平洋上秋季TC和夏季TC的頻數(shù)呈反位相特征；雖然秋季TC的生成頻數(shù)均略小于夏季TC，但秋季強臺風(fēng)和超強臺風(fēng)的比例卻高于夏季；秋季TC的生成位置主要集中在（14°N，115°E）、（14°N，135°E）和（14°N，145°E）3個中心附近，移動路徑集中在低緯度地區(qū)，以偏西路徑居多。

（2）西北太平洋上秋季TC的生成和發(fā)展常常會受到海氣狀況的影響，ENSO、IOD和南海季風(fēng)等都會對秋季TC的強度、頻數(shù)以及生成位置產(chǎn)生影響。

（3）與夏季TC相比，秋季TC在發(fā)展過程中一般會受到較高的海溫、偏東的季風(fēng)槽以及更有利的大氣大尺度環(huán)境場配置的影響，因此秋季TC更容易發(fā)展成超強臺風(fēng)。

（4）秋季TC在我國的登陸地點集中在東南沿海區(qū)域，由于受到冷空氣等因素的影響，往往會對受影響的地區(qū)造成暴雨等一系列的災(zāi)害。

在過去的幾十年間，TC極端事件出現(xiàn)的頻率大幅度增加[67]，但是，迄今的研究對于秋季TC的認知仍有著不足，有許多問題有待于進一步研究[68]。此外，相較于夏季TC，對秋季TC結(jié)構(gòu)、強度及演變過程的研究工作仍然較少。未來對秋季TC的研究可以加強以下方面：（1）秋季TC的強度演變過程以及環(huán)境特征研究。（2）秋季TC的活動特征及年代際變化的研究。（3）秋季TC暴雨的研究。

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