西北太平洋上的超强台风活动及其与ENSO的关系外文翻译资料

 2022-11-10 02:11

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西北太平洋上的超强台风活动及其与ENSO的关系

摘要 本文分析了从1965到2005年西北太平洋（WNP）上超强台风（STY）的特征并描述了超强台风活动的季节性变化。同时也调查了超强台风活动与厄尔尼诺—南方涛动的关系（ENSO）以及ENSO对超强台风活动影响的可能原因。结果表明在西北太平洋上，大约五分之一的热带气旋（TC）可以达到超强台风的级别。大多数超强台风出现在7月到11月，且11月超强台风数量与台风总数之比最高。大多数强台风出现在菲律宾海的东部。在厄尔尼诺年，受海表温度（SST）、季风槽和弱垂直风切变的影响，热带气旋形成地点向东移动。当影响因素变化时，厄尔尼诺年超强台风发生的比拉尼娜年多。

关键字 强台风；ENSO；季风槽；垂直风切变

1 引言

西北太平洋（WNP）有最多的热带气旋（TC）发生，占全球热带气旋总数的三分之一（Yang，2005）。中国位于太平洋西北海岸，是受热带气旋影响严重的国家之一。超强台风（STY）属于最强的等级，因此是最具破坏性的热带气旋类型。近年来，超强台风的发生频率有增加的趋势（Wedbster等，2005）。因此，找出它们在西北太平洋的活动规律对于预测超强台风活动有重要意义，并且减少它们带来的损失。

之前对热带气旋活动的研究表明：热带气旋受许多因素影响，包括海表温度（SST）、季风槽、副热带高压、热带季节内振荡（MJO）和长期海气耦合相互作用（Chia和Ropelewski，2002；Chen和Huang，2006；Matsuura等，2003）。

许多研究集中在ENSO对热带气旋活动的影响上。研究结果表明台风形成的位置会在强的厄尔尼诺年或拉尼娜年转变，这意味着在强的厄尔尼诺年的夏季和秋季，热带气旋平均会发生在他们正常年份的东南部，所以在登陆之前它们有更广阔的活动空间且在温暖的洋面上持续更长的时间。因此厄尔尼诺年的热带气旋平均强度会更强（Chan，2000；Chen和Wang，2006）。然而，其他一些研究表明一年台风发生的频数和ENSO现象的相关性并不显著（Chen和Huang，2006；Camargo和Sobel，2005）。当地的海表温度不是影响台风活动的重要因素。不确定热带气旋平均强度的变化是他们在洋面上持续更长时间的结果，还是说异常循环的动态过程是影响台风活动的更重要的因素（Chen和Huang，2006b；Camargo和Sobel，2005）。

本文分析了西北太平洋超强台风的特征和ENSO引起的环流异常。大规模的环流异常解释了超强台风活动的变化。

2 数据和定义

本研究使用了从联合台风警报中心（JTWC）在线获得的热带气旋最佳跟踪数据，网站（http://www.usno.navy.mil/JTWC），国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）中风的逐月再分析数据(2.5°times;2.5°)和简单海洋数据同化（SODA）1965年至2005年期间海表温度（0.5°times;0.5°）的月再分析数据。研究中提到的厄尔尼诺年和拉尼娜年是根据气候预测中心（美国）提供的ENSO指数定义的，并且两者都是多年发展得出的。超强台风被定义为在Saffir-Simpson表中达到Typhoon-4 (TY-4)的热带气旋，即其中心附近的最大风速超过114kt（58.6米/秒）。

3 西北太平洋超强台风的特征

3.1 热带气旋的分类及其频率分布

统计显示，1965—2005年期间西北太平洋上的热带气旋总数为1226个，其中有258个热带气旋达到超强台风级别，占总数的21%；另外，达到TY-4级别的热带气旋占13%，达到TY-5（最大风速超过135kt）级别的占8%（图1）。

图1 1965年西北太平洋上热带气旋的概率分布。在Saffir-Simpson表中，TD表示热带低压，风速（WS）le;33kt；TS表示热带风暴，34ktle;风速＜63kt；TY-1表示飓风类别1，64ktle;风速＜82kt；TY-2表示飓风类别2，83ktle;风速＜95kt；TY-3表示飓风类别3，96ktle;风速＜113kt；TY-4表示飓风类别4，114ktle;风速＜135kt；TY-5表示飓风类别5，风速＞135kt

3.2 超强台风的空间分布

大多数超强台风发生在5°—35°N、110°—170°E的范围内，比西北太平洋上热带气旋的发生范围小。超强台风的发生频率相对于纬度显示单峰分布，并且峰区位于18°N附近（图2），这也是热带气旋活动峰值的位置（Lei和Chen，2002）。超强台风最多发生在菲律宾海的东部（15°—25°N，125°—135°E），在南海的中部和北部有一个次高频区（图2）。

图2 1965-2005年在西北太平洋上超强台风的发生频率（左）和在2.5°纬度区内累积的超强台风发生频率（右）

西北太平洋上的超强台风主要形成于热带地区洋面（5°—20°N，130°—170°E）（图3a）。达到最大强度的超强台风位置位于台湾—菲律宾以东（10°—25°N，120°—160°E）（图3b），不难看出大多数超强台风在他们形成之后向西或向西北移动。甚至，登陆后的超强台风也达到了他们在台湾和吕宋岛以东的海洋上的最大强度，这说明了超强台风在移至大陆附近时就已经开始减弱。

图3 1965—2005年超强台风的初始形成位置（a）和最大强度位置（b）

3.2 超强台风的季节性变化

超强台风在西北太平洋上有明显的季节性变化。1965年至2005年在西北太平洋上有261个超强台风，其中54个产生于9月，为最高的频率。只有一个超强台风形成于二月，且三月也只有一个（图4a）。在7月到11月（JASON）期间形成了217个超强台风，占总数的83%；因此我们将7月到11月定义为超强台风季。Zhou等人将超强台风季与热带气旋季（JASO）的定义区分开（2002年）。主要区别在于11月时超强台风基于热带气旋的比例最大（图4b），这与热带气旋的快速集约化特征相似（Wang和Zhou，2008）。虽然8月的热带气旋活动最频繁，但是在超强台风季中，超强台风之于热带气旋的比例在8月最小。

超强台风活动的季节性变化通过参考热带气旋的轨迹图可以看得更清楚（图5）。从2月到3月，超强台风活动的发生频率是最低的，且活动范围大多能向南延伸大约超过15°N。在4月和随后的几个月中，超强台风的活动区域不断向西北方向移动且超强台风的发生频率呈上升趋势。然后，超强台风活动在9月达到顶峰，此时超强台风发生频率最大的区域在22°N附近。从十月到十二月，超强台风活动的位置向东南方向迁移且超强台风的发生频率降低。在一月到六月期间，超强台风主要是转弯式轨道，因为它们的位置远离陆地。七月至九月期间有更多的西向型和西北向型超强台风，他们的位置靠近陆地，因此有很多超强台风登陆。十月和十一月向西型和西北型超强台风的数量减少，超强台风登陆的次数减少。十二月份的超强台风很少，而且他们大多数都是转向型。

图4 逐月的热带气旋和超强台风数量的变化（1965-2005）（a）；逐月（1965-2005）的（超强台风之于热带气旋）比率（b）

图5 1965年至2005年期间西北太平洋上超强台风的逐月轨迹

4 ENSO对超强台风的影响

4.1 ENSO与超强台风的关系

之前的研究表明，在厄尔尼诺年，正的海表温度异常（SSTA）发生在热带地区太平洋东部，负的海表温度异常发生在热带地区太平洋西部。海温异常的分布削弱了沃克环流，使其上升的分支向东移动，ITCZ和副热带高压向南移，这意味着西太平洋上的对流受到抑制。在西北太平洋上这些条件对热带气旋的形成是不利的（Li，2000）。但是，统计结果表明在西北太平洋上厄尔尼诺年比拉尼娜年有更多的超强台风（图6）。根据海温异常的Nintilde;o3.4值选择了7个强的厄尔尼诺年（1965年，1972年，1982年，1987年，1991年，1997年和2002年）和7个拉尼娜年（1970年，1973年，1975年，1984年，1998年和1999年）去比较在ENSO事件中超强台风活动的差异。结果表明，强厄尔尼诺年的平均热带气旋数（30.4/年）与强拉尼娜年（26.9/年）相近，而强厄尔尼诺年的超强台风平均数（8.4/年）比强拉尼娜年（4.7/年）多。强厄尔尼诺年的超强台风数量占热带气旋数量的27.7%，拉尼娜年份的这一比例为17.5%（图6）。比起热带气旋，ENSO事件对超强台风的影响更大。这表明了控制台风形成的因素与决定台风强度的因素不同（Frank和Young，2007）。

图6 厄尔尼诺年和拉尼娜年的平均热带气旋数和超强台风数

图7 最多超强台风年和最少超强台风年的七月至十一月的复合海温异常场

图8 超强台风数量和海温异常之间的相关性，红色三角形（黑色方块）表示最多（最少）超强台风年中超强台风的形成位置

如图7所示，海温异常的范围由较多超强台风年（1965,1992,1994和2004）和较少超强台风年（1974,1978,1985和1999）组成。超强台风多的年份，在热带太平洋的中部和东部，正的海温异常范围扩大，而在热带太平洋西部出现海温负异常（图7a）。这种模式与厄尔尼诺事件的形态相似。在超强台风少的年份，在热带太平洋西部正的海温异常范围扩大了且负的海温异常发生在中太平洋和东太平洋（图7b）。这种模式与拉尼娜事件的形态相似。这意味着超强台风数与ENSO事件有密切关系。图8显示了每年超强台风数量和超强台风季的海温异常的相关性。正值位于太平洋的中部和东部，而负值位于太平洋西部，这表明了在厄尔尼诺年有更多的超强台风，在拉尼娜年则更少。

4.2 ENSO影响超强台风活动的可能机制

在厄尔尼诺年，大部分超强台风在5°-22°N，130°-170°E区域形成，而在拉尼娜年，大多数超强台风形成于150°E以西（图9中的点）。超强台风位置的纬向移动和台风（TY）在ENSO事件中类似（Wang和Chen，2002）。超强台风的位置受季风槽和海表温度的影响。较高的海温可以维持低水平的湿度条件并加强局部对流。两者都是有利于超强台风的形成的（Wang等，2006）。季风槽可以提供低水平的涡度，这有利于超强台风活动。图9描绘了7个强厄尔尼诺年和7个强拉尼娜年的超强台风的初始形成位置。在厄尔尼诺年，热带太平洋的最高海温发生在140°E和180°E之间，季风槽延伸至170°E。因为暖洋水和季风槽在140°-170°E重叠，有温暖而潮湿的环境、丰富的对流和适当的低层涡度（图9a）。因此，大多数超强台风在这个区域形成。此外，因为它的位置向东移，还有足够的热量和CISK过程使超强台风加强。在拉尼娜年，热带太平洋的最高海温在160°E以西，季风槽短而弱且位于西部。因此，超强台风的初始形成位置在拉尼娜年向西缩退。

对于热带气旋的发展，强垂直风切变会破坏热带气旋的垂直结构且耗散暖心的能量。因此，弱垂直风切变是热带气旋加强的必要条件（Paterson等，2005）。根据上述结果，ENSO事件通过异常环流可能会影响热带气旋的强度但不会影响热带气旋的数量。在厄尔尼诺年，由于沃克环流和其他大型系统的变化，西北太平洋上的垂直风切变变弱。由于垂直风切变较弱且其形成位置向东移，热带气旋在其运动过程可能停留在垂直风切变较弱的区域（图10a）。因此，它们更可能在这些年里达到超强台风水平。在拉尼娜年，西北太平洋的垂直风切变强于厄尔尼诺年，且热带气旋的初始位置向西移。热带气旋在拉尼娜年很难获得有利的垂直风切变。此外，在厄尔尼诺年由于热带气旋形成位置向东移动，热带气旋在登陆之前有更长的时间去加强。这也有利于热带气旋向超强台风发展。因此，在厄尔尼诺年有更多的超强台风发生而拉尼娜年更少。

图9 在厄尔尼诺年（a）和拉尼娜年（b）中，850hPa流场和超强台风的初始形成位置。季风槽用黑色粗线表示

图10 厄尔尼诺年（a）和拉尼娜年（b）的垂直风切变（200-850hPa）及超强台风频率。实线表示等风速线，阴影表示超强台风的频率

5 结论

本文分析了1965年至2005年西北太平洋上超强台风的统计特征，并描述了超强台风活动的季节变化。还研究了超强台风活动与ENSO之间的关系以及ENSO影响超强台风活动的机制。结果如下：

1）超强台风数量占热带气旋总数的21%。

2）西北太平洋上的超强台风活动具有明显的季节性变化。大多数超强台风出现在7月到11月，9月发生次数最多。12月至次年6月的超强台风较少，而2月和3月发生超强台风最少。

3）超强台风发生频率最高的区域位于菲律宾海的东部。2月和3月超强台生成于15°N以南区域。超强台风位置从4月到9月向西北方向移动，其数量在此期间逐月增加。超强台风的位置从10月到下一个春季向东北移动，超强台风数量在此期间逐月减少。

4）超强台风活动与ENSO事件有关。厄尔尼诺年超强台风比拉尼娜年多。

5）在厄尔尼诺年，受海表温度、季风槽和弱垂直风切变的影响，热带气旋的形成位置向东移，因此他们在运动过程中可能处于弱垂直风切变环境中。所以，厄尔尼诺年的超强台风更多，拉尼娜年更少。

在厄尔尼诺年，弱垂直风切变、正低压涡旋和较长的发展时间都有利于热带气旋加强。这些因素之间的联系需要进

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