1960西北太平洋熱帶氣旋源地變化特征及與局地海表溫度的關系

熱帶氣旋概述世界氣候變化已達成共識。這種變化的氣候背景可能會影響海洋上生成的熱帶氣旋發生頻率、發生地點、發展強度、移動路徑等,從而會導致一些極端氣候事件的發生。近年來,臺風災害頻發,損失也愈來愈嚴重。如2005年9月初,“卡特里那”颶風襲擊美國南部沿海地區,造成數千人喪生和失蹤,數十萬美國普通民眾無家可歸。因此,在全球氣候變暖背景下進一步開展熱帶氣旋活動的氣候規律研究,對于提高對熱帶氣旋的短期預測水平,做好防災減災工作,具有重要意義。近年來,國內外在熱帶氣旋活動的氣候規律方面研究較多,取得了不少研究成果。Johnny等、Chang-HoiHo等、BallingJr.等分別對熱帶氣旋的發生頻率、強度、路徑等的氣候變化特征進行了分析。吳慧、耿淑琴等、王東生等分別分析了我國南海、近海、西北太平洋(含南海)熱帶氣旋的氣候特征及其與大尺度環境場、ENSO等的關系。但這些研究較多地集中在熱帶氣旋的頻數、強度、路徑等方面,而在熱帶氣旋生成位置,特別是其年際變化特征方面近年來研究相對較少。由于熱帶氣旋的發展強度、移動路徑與其生成位置有著較密切的關系,因此本文以熱帶氣旋生成位置為著眼點,研究其一般氣候特征,季節及年際變化規律及其與西北太平洋海表溫度之間的關系,同時對TC強度、路徑與TC生成位置之間的關系作初步探討,希望通過上述研究一方面來進一步驗證以前一些學者在熱帶氣旋生成位置方面的論述,另一方面為利用海表溫度來預測熱帶氣旋發生、發展及移動路徑等提供科學依據。本文所用的熱帶氣旋資料來源于中國氣象局編著的1949—1988年的《臺風年鑒》和1989—2005年的《熱帶氣旋年鑒》。文中TD、TS、STS、TY分別指熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴和臺風。月平均海表溫度資料來自英國氣象局Hadley氣候預測和研究中心,網格距為1°×1°,年限為1950—2005年。1tc高頻源地的分布圖1為1950—2005年間0°～40°N,100°～180°E范圍內每5°×5°經緯度網格中TS等級以上熱帶氣旋的生成總數的地理分布。由圖1可見,TC生成數的空間分布很不均勻,在4°N以南與30°N以北,及110°E以西與170°E以東,很少有TC生成。TC生成數存在4個高頻中心:我國的南海中北部偏東洋面(14°～18°N、114°～120°E)、菲律賓以東的附近洋面(10°～14°N、130°～134°E)、關島附近洋面(8°～12°N、140°～145°E)和馬紹爾群島附近洋面(6°～8°N、164°～168°E)。自東向西,以上4個TC高頻中心依次向北推移,馬紹爾群島附近洋面位置最南,南海中北部源地位置最北。TC生成數以這4個區域為中心向各個方向呈輻射狀減少。在以上4個TC高發源地中,西太平洋中源地(關島附近洋面)TC生成數最多,是TC發生的一個主要源地,其次為南海中部偏東海面和菲律賓以東的附近洋面,馬紹爾群島附近洋面TC生成數最少。以上結論與1970年代陳聯壽等提出的“南海中北部海面、菲律賓群島以東和琉球群島附近海面、馬里亞納群島附近海面和馬紹爾群島海面”4個TC高頻源地以及1990年代陳世榮提出的“菲律賓海盆、馬里亞納群島兩側的海面和南海海盆”三個TC高頻源地的結論不完全一致。與文獻相比,其中一個源地的位置稍有不同(本文為關島附近洋面,文獻為馬里亞納群島附近海面),與文獻相比,除有一個源地位置不同外,還多了一個源地(馬紹爾群島附近洋面)。這可能是由于所采用的資料年限不同造成的。2西北太平洋熱帶氣候的季節變化與海表溫度的關系2.1tc生成的時間TC生成位置具有顯著的季節變化特征。圖2為1950—2005年西北太平洋各月熱帶氣旋生成位置和各月平均海表溫度≥27℃等溫線分布圖。由圖2可見,1—4月,TC一般生成于10°N以南,130°E以東的洋面,我國南海及菲律賓以東附近洋面TC生成較少。從5月一直到8月,TC生成位置逐漸向西、向北擴展,我國南海及10°N以北的西北太平洋生成的TC逐漸增多,8月TC生成位置最北,可達30°N以北。9月到12月,TC生成位置逐漸南移,南海及20°N以北生成的TC數逐漸減少,12月TC生成位置基本上又回到了10°N及以南的洋面上。從生成數目看,7—10月是TC生成的高峰期,期間生成的TC數占西北太平洋TC總生成數的70%左右,其中8月生成的TC數目最多,占TC生成總數的21%左右。1—4月是全年TC生成較少的月份,期間生成的TC數不到西北太平洋TC總生成數的7%,其中2月生成的TC最少,不到TC生成總數的1%。2.2tc生成的時間TC生成位置的季節變化與局地海表溫度密切相關。由圖2可見,1—3月(冬季),受海陸熱力性質差異的影響,西太平洋西部SST低于同緯度的中東部海區,130°E以西的南海及菲律賓東部附近海域水溫較低,而10°N以南,130°E以東的洋面水溫較高,導致1—3月TC生成位置偏東偏南,而我國南海、菲律賓東部海域及10°N以北的西北太平洋地區TC生成很少。4月,西太平洋西部開始升溫,生成于130°E以西的TC開始增多。5—8月,受大陸增溫的影響,南海中東部和菲律賓東部附近海域升溫明顯,同時西太平洋中東部高溫水域也向北推進,從而導致TC生成位置向西、向北擴展,南海、菲律賓東部附近海域及10°N以北的西北太平洋地區TC生成數目逐漸增多,并于8月達到最多,位置達到最北。9月,暖水范圍較8月略有收縮,該月TC發生頻率仍然很高,發生數僅次于8月,且生成位置仍較偏北。10—12月,暖水范圍迅速開始收縮,且由于受海陸熱力性質的影響,陸地降溫快于海洋,南海中東部及菲律賓東部附近海域降溫明顯,致使南海及菲律賓東部沿海TC發生數迅速減少,TC源地逐漸南移,10月位于20°N以南,11月位于15°N以南,12月位于10°N左右。從圖2還可以看出,TC生成位置的西北邊界與月平均SST的27.5℃等溫線(圖中實線所示)具有較好的匹配關系,絕大多數TC都發生在月平均SST≥27.5℃的海區。這與何麗萍等最近的研究基本一致。3西北太平洋熱帶空氣的年生態度變化以及與海洋表面溫度的關系3.1tc生成的年際變化特征圖3為TS等級以上TC生成的平均緯度(一年中生成TC發現點緯度的算術平均值)和平均經度(一年中生成TC發現點經度的算術平均值)的時間序列曲線。由圖3可見,TC生成的平均緯度和平均經度具有顯著的年際變化特征。TC生成的平均緯度最大年超過17°N,最小年不到11°N,最大最小年相差6個緯度以上。TC生成的平均經度最大年超過150°E,最小年不到130°E,兩者相差20個經度以上。從總的變化趨勢(圖中虛線所示)看,隨著時間的推移,TC生成的平均位置有逐漸向北、向西偏移的趨勢。3.2tc生成的平均坡度TC生成位置的年際變化與海表溫度同樣有著密切的關系。圖4為西北太平洋TC主要生成源地(5°～20°N、125°～155°E)年平均SST距平的時間序列曲線。由圖4可見,SST在呈現明顯的年際變化的同時呈現出一個明顯的上升趨勢,這種變化趨勢與TC生成的平均緯度的變化趨勢相同,與TC生成的平均經度的變化趨勢相反。TC生成的平均緯度、平均經度與TC生成源地SST的相關系數分別為0.55和-0.38,均通過了顯著水平為0.01的顯著性檢驗。即TC生成源地SST高,TC生成的平均緯度高(偏北)、經度小(偏西);TC生成源地SST低,TC生成的平均緯度低(偏南)、經度大(偏東)。近年來,由于TC生成源地SST的升高,導致TC生成的平均位置向西向北偏移。為進一步驗證以上結論,我們分別計算了西北太平洋偏暖年(5°～20°N、125°～155°E海域年平均SST正距平年)和偏冷年(5°～20°N、125°～155°E海域年平均SST負距平年)每5°×5°經緯度網格中平均每10年TC生成的數目以及偏暖年和偏冷年TC生成數目的差值,并繪制了相應的等值線圖,計算結果見圖5。由圖5a可見,偏冷年TC生成位置分布出現3個明顯的高頻中心,分別位于我國南海中東部、142°E附近的關島附近洋面和168°E附近的馬紹爾群島附近。其中,142°E附近的關島附近洋面TC發生頻數高于南海中東部及其他海域。而偏暖年,TC生成位置的地理分布與前者有較大的差異(見圖5b),TC發生的3個高頻中心分別位于我國南海中東部、菲律賓東部附近海域和關島附近洋面,且自西向東,3個中心的TC發生頻數逐漸減少,即南海中東部最多,菲律賓東部附近海域次之,關島附近洋面最少。從TC生成的高頻中心緯度來看,偏暖年高于偏冷年。這說明,偏暖年TC生成的高頻源地有向西、向北偏移的趨勢。從圖5c偏暖年和偏冷年TC生成數的差值分布圖上可以清楚看出,偏暖年南海中東部、菲律賓東部附近海域以及西太平洋東北部部分海區TC生成頻數是增加的,其中菲律賓東部附近海域增加最明顯,而其余海區TC生成頻數都是減少的,其中關島附近洋面減少最顯著。偏暖與偏冷年之間各地TC生成數的增減程度可能與各地SST變化有一定的關系,這有待今后作進一步探討。4tc生成位置的變化對我國沿海影響TC生成位置與其發展強度關系密切。圖6為1950—2005年每5°×5°經緯度網格中不同發展強度等級TC生成數目的地理分布圖。由圖6可見,TC發展強度越強,其生成地的高頻中心逐漸向東、向南偏移。發展強度為TD(熱帶低壓)、TS(熱帶風暴)+STS(強熱帶風暴)的TC生成地的高頻中心在南海中北部偏東海域,次高頻中心在菲律賓以東附近海域,140°E以東發生較少,而發展強度為TY(臺風)及以上的TC生成地的高頻中心則在140°E以東的關島附近洋面,南海發生數較少。由此可知,局地SST升高導致的TC生成位置的偏西偏北,有可能導致強熱帶氣旋發生數的減少。TC生成位置的變化還將影響其路徑。TC生成位置偏東偏南將導致其路徑偏東偏南,TC容易發生向東北方向的轉向,從而可能導致影響日本沿海的TC增加,而影響我國東部沿海的TC減少;TC生成位置偏西偏北,其路徑也將偏西偏北,從而可能導致影響我國東部沿海的TC增加,而影響日本沿海的TC減少。為驗證以上結論,我們利用1950—2005年西北太平洋生成的所有TS等級以上TC每6小時的位置數據(經、緯度表示),分別計算了西北太平洋偏暖年和偏冷年每5°×5°經緯度網格中TC年平均通過的數目以及兩種年份間TC年平均通過數目的差值,并繪制了相應的等值線圖。為減少篇幅,本文只給出偏暖年和偏冷年每5°×5°經緯度網格中TC年平均通過數目的差值分布圖(見圖7)。由圖7可見,在西北太平洋偏暖年,TC年平均通過數目增加較為明顯的海區為我國東部及北部沿海地區,而日本在內的其他海區都是減少的。偏冷年的情況正好相反。這一結論與陳光華等的研究基本一致。5tc生成位置分布的季節變化特征通過對TC生成位置分布的一般氣候特征,季節、年際變化特征及其與局地海表溫度的關系分析,以及TC強度、路徑與TC生成位置之間關系的探討,得到以下幾點主要結論:(1)西北太平洋存在4個TC高頻源地:南海中北部偏東洋面、菲律賓以東附近洋面、關島附近洋面和馬紹爾群島附近洋面,其中關島附近洋面TC發生數最多,是TC發生的一個主要源地。自東向西,4個源地的高頻緯度逐漸增大。(2)TC生成位置分布存在顯著的季節變化特征,且這種變化與局地SST存在密切的關系。1—4月,因SST相對較低,TC生成源地偏東偏南,主要生成于10°N以南,130°E以東的洋面;5—8月,隨著SST的上升,TC生成源地逐漸向西、向北推移,8月可達30°N以北地區;9—12月,隨著SST的下降,TC生成源地逐漸向南向東收縮,12月退到10°N及以南地區。同時發現,TC生成位置西北邊界與月平均SST的27.5℃等溫線具有較好的匹配關系,絕大多數TC都發生在月平均SST≥27.5℃的海區。(3)TC生成位置分布存在顯著的年際變化特征,且這種變化與局地SST也密切相關。