近30年西北太平洋热带气旋的时空变化及与海洋上层热状态的关系

陈志伟, 康建成, 顾成林, 2, 汤 明, 3



近30年西北太平洋热带气旋的时空变化及与海洋上层热状态的关系

陈志伟1, 康建成1, 顾成林1, 2, 汤 明1, 3

(1. 上海师范大学 城市生态与环境研究中心, 上海 200234; 2. 佳木斯大学 理学院 资源与环境科学系, 黑龙江 佳木斯 154007; 3. 九江学院 鄱阳湖生态经济研究中心, 江西 九江 332000)

使用1982—2014年美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)最优插值(1/4)°逐日海温分析资料、美国国家海洋数据中心(National Oceanographic Data Center, NODC)提供的海洋上层700 m热含量数据和美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径资料, 分析西北太平洋地区(0°~30°N, 105°~155°E)TC活动的时空分布特征, 探讨TC与海洋上层热状态之间的关系。结果表明: TC频数具有显著的年代际变化特征: 1982—1992年和2003—2014年皆为低频期, 而1993—2002年则为高频期, 33年来TC发生频数表现为缓慢增加—快速增加—减少的特征。最近15年(2000—2014年), TC数量呈现明显下降的趋势。在西北太平洋, TC有3个明显的源地, 分别为源地1(10°~22°N、110°~120°E); 源地2(8°~20°N、125°~145°E); 和源地3(5°~20°N、145°~155°E)。源地1、源地2的频数呈上升趋势, 而源地3呈下降趋势。海洋上层热状态的变化给TC带来的影响是多方面的, TC频数对上层热含量(heat content)的响应较明显, 而海表面温度(sea surface temperature, SST)不是影响TC数量变化的主要因素。伴随着海洋上层的增暖, TC的年持续时间有减少趋势, TC强度正在增强。在全球变暖背景下, TC活动给西北太平洋沿岸国家带来的潜在威胁极有可能加剧。

西北太平洋; 南海; 热带气旋; 海洋上层热状态; 气候变化

百年以来, 全球变暖。过去40年, 海洋上层在增温[1]。随着全球变暖, 作为海气相互作用产物的热带气旋活动的变化趋势(频数、源地、强度、持续时间), 是台风预报和减灾、防灾关注的热点问题。前人通过理论模型分析认为, 热带气旋(tropical cyclone, TC)强度与海表面温度(sea surface temperature, SST)之间具有显著的正相关关系, 由此推断随着气候变暖、SST升高, TC的强度将明显增强[2-4]。Gray[5]等认为TC活动与SST有着密切的联系, 热带气旋形成的基本温度应该是SST大于26℃; Elsner和Kocher[6]认为1970—2004年热带海洋SST增加接近0.5℃, 这样的条件有利用TC形成发展。1960—2003年, 在SST 上升的区域, TC活动(频数、超强台风的比例, 强度等)有加强的趋势[7]。Elsner等[8]发现在SST继续升高的情况下在北大西洋、北印度洋超强台风将会变的更强。Emanuel[9]认为从70年代开始, 西北太平洋、北大西洋TC生命周期与强度有增加的趋势。

然而, 进一步的研究提出, 在全球变暖的背景下, TC的频数有减少的可能, 尽管个别区域强度有所增加[10]。TC的活动与海洋热力变化存在一定的联系, 但就年代际变化而言, 海温变化对TC的影响并不是主要的引导因素[11]。也有模式预测, 随着全球持续增暖, TC在全球范围内出现的频次可能减少或基本保持不变。但是, 目前模式预测结果的可信度很低[1]。

可以确定的是, 自1970年以来, 大西洋强热带气旋活动正在加强[1]。

影响中国的热带气旋发生在西北太平洋, 西北太平洋是全球TC最集中的区域之一[12], 在此海域年平均生成的TC个数为30个左右, 约占全球热带洋面上TC年生成总数的1/3[13-14]。但是, 随着全球增暖, 在西北太平洋TC的活动将如何变化, 目前尚无定论[1]。

本研究使用1982—2014年NOAA最优插值(1/4)°逐日海温分析资料和美国联合台风警报中心的TC最佳路径资料, 分析西北太平洋TC的时空变化特征, 探讨TC与海洋上层热状态变化之间的关系。

本文选取的研究区域为西北太平洋(0°~30°N、105°~155°E)海域, 是影响中国的强热带气旋——台风的主要活动区域[8]。

1 数据资料

TC数据来源于美国联合台风警报中心, 1982— 2014年最佳路径资料, 主要包括每隔6 h TC中心的空间位置、中心气压、最大风速等(http: //weather. unisys.com/hurricane/)。

SST数据来源于NOAA最优插值(1/4)°逐日海温分析资料V2.0, 时间范围为1982年1月—2014年12月, 空间分辨率为0.25°×0.25°, 主要包括SST、SST距平等数据(ftp: //eclipse.ncdc.noaa.gov/pub/OI- daily-v2/netcdf-uncompress)。

海洋上层700 m热含量数据来源于美国国家海洋数据中心, 资料长度为1982—2014年, 时间分辨率为年, 空间分辨率为1°×1°(https: //www.nodc.noaa. gov/OC5/3M_HEAT_CONTENT/)。

2 西北太平洋TC活动的时空分布特征

西北太平洋是世界上形成TC最多的海域, 也是全年都有TC发生的海域。为了探讨在全球变暖的背景下西北太平洋TC活动是怎样变化的, 本研究统计了1982—2014年各月发生的TC频数及其源地位置, 以便分析这33年中西北太平洋TC的时空分布特征。

2.1 TC活动的季节分布特征

2.1.1 TC多年平均的季节变化

关于西北太平洋TC活动的季节分布, 前人的研究指出TC全年集中发生在7—10月间, 8月发生的频率达到最大, 2月最少[15-17]。

由1982—2014年间TC逐月分布的统计结果可见(图1), TC在全年都有发生, 1—4月TC发生次数少, 5月频数逐渐增多; 6—10月为TC发生的高频时段, 占全年TC发生总数的80.1%; 11、12月TC发生的频数偏少。

从33年的年际变化来看(图2), 1—4月无明显的变化趋势; 5月TC发生频数呈现增长趋势; 6—10月发生的TC频数均表现出下降趋势; 11、12月TC频数呈现出逐年增加的趋势。综合起来, 33年来, 夏季发生TC的频数有下降的趋势, 春末、秋末冬初有增加的趋势, 盛冬、初春没有趋势性的变化。

图1 1982—2014年西北太平洋TC频数和百分比的季节变化

2.1.2 TC纬度分布的季节变化

前人研究提出西北太平洋TC的主要发生源地存在着明显的季节变化, 冬季的主要发生源地偏南偏东, 以后逐渐向北向西偏移, 夏季又向南向东偏移[15]。对于西北太平洋TC经纬度分布的季节变化, 研究较少。

本研究统计了西北太平洋1982—2014年33年中各月TC的经纬度分布(见图3)。从图中可以看出, TC的发生源地具有明显的季节变化特征。1—4月发生的TC数量很少, 且发生源地较为分散, 发生的位置偏南, 在2°~15°N的范围内; 从5月份开始, TC发生的次数逐渐增多, 相对于1—4月份, 5月份TC源地向西北方向偏移; 6月份TC数量进一步增多, 源地进一步向西向北方向偏移; 7月份TC源地向北向东方向扩散, TC的数量也明显增多, 主要分布在5°~20°N, 110°~155°E的海区; 8—9月TC源地向西向北方向扩散, TC数量达到一年中最多, 8月TC主要分布在8°~25°N, 112°~155°E的海区, 而9月TC主要分布在12°~22°N, 112°~155°E的海区; 10月, TC源地位置开始向南移动, TC的数量也逐渐减少, 主要分布在6°~18°N, 112°~155°E海区; 11—12月TC的源地进一步南移, 又退回到2°~15°N的范围内, 且TC数量明显减少。

图2 1982—2014年西北太平洋各月TC频数的年际变化

2.2 TC活动的年际变化特征

关于西北太平洋TC的年际-年代际变化, 已有研究提出西北太平洋TC具有明显的年代际特征, 表现为, 20世纪50年代TC数目有所下降, 60年代中期到70年代初期TC发生的频率较高, 然后又下降, 除了80年代后期和90年代初期略有增加外, 一直保持了这种下降趋势, 特别是90年代后期, 几乎达到了最低值[16]。也有研究指出, 在1949—2003年, TC有3个低频时期: 1949—1959年、1975—1984年、1995—2003年, 两个高频时期: 1960—1974年、1985—1994年[19]。

为了了解在全球变暖的背景下西北太平洋TC活动的变化, 本文统计了西北太平洋1982—2014年生成的TC频数, 共发生TC次数930次, 平均每年28次, 其中TC发生频数最多的年份为1996年, 多达44次, 最少的年份为2014年, 仅为20次。若以年平均发生TC次数为标准, 33年中TC偏多年为: 1989年、1992年、1993年、1994年、1995年、1996年、1997年、1999年、2000年、2001年、2005年、2009年、2013年, 其余年份为TC发生偏少年(见图4)。33年中西北太平洋TC频数的年代际变化呈现出减少—增多—减少的趋势, 即1982—1991年为TC低频期, 1992—2002年为TC高频期, 且TC明显增多, 2003—2014年TC频数又呈现出下降趋势。

2.3 西北太平洋TC的生成源地的变化

关于西北太平洋TC的生成源地, 前人提出西北太平洋有3个TC源地, 分别为南海中北部偏东海面、菲律宾以东至加罗林群岛之间的海面、加罗林群岛一带的海面[15]; TC路径最为密集的地区集中在我国的南海地区、菲律宾群岛以及马里亚纳群岛附近[16]。也有研究提出TC源地分布在0°~30°N范围内, 发生高频区的纬向轴线位于12.6°N, 经向对应于南海海区和菲律宾以东及关岛附近的海面有两个峰值[20]。

这里对西北太平洋0°~30°N、105°~155°E海域1982—2014年TC的分布按1°×1°的网格统计, 可得出TC源地发生频数空间分布图(见图5), 从图中可以看出, TC源地集中在5°~22°N, 110°~155°E, TC的源地集中区有3个, 分别为10°~22°N、110°~ 120°E, 8°~20°N、125°~145°E和5°~20°N、145°~155°E, 这3个源地中发生的TC次数约各占总TC数量的27%, 46%, 21%, 其余TC均分布于这3个源地周围, 第2个TC源地的发生频数远多于其他两个源地。

图3 1982—2014年西北太平洋各月生成TC的经纬度分布

图4 1982—2014年西北太平洋TC频数的年际变化

2.4 西北太平洋TC的年持续时间、强度的变化

除了发生频数之外, 全球变暖背景下TC的持续时间以及强度变化也是衡量TC活动的重要指标。Knutson等[21-22], Knutson和Tuleya[23-24]对全球变暖环境场进行模拟, 认为飓风在变暖的环境下强度会增加, 降雨会增强。在过去50年热带海洋表层一直有增温的趋势[25], Houghton等[26]认为在21世纪TC强度极有可能增加5%~10%。除西南太平洋以外, 这对热带气旋活动是有影响的。在过去30年, 西北太平洋最大风速超过59 m/s的台风有增多趋势[27]。Trenberth[28]认为全球变暖加强了TC活动强度与降水。

本文统计了1982—2014年西北太平洋TC的年际持续时间以及TC的最大强度和平均强度(见图6—图7), 可见, 近33年来, 西北太平洋TC年持续时间呈减少趋势, 而TC的最大强度和平均强度呈上升趋势。这意味着, 尽管发生TC的天数在减少, 但是TC的强度在增加, 发生超强TC的几率有可能变大, TC的潜在威胁有可能加剧。

3 西北太平洋TC活动与海洋上层热状态间的关系

3.1 TC活动与SST的关系

关于TC与SST之间关系的研究, 就年代际变化而言, 前人认为温暖的SST为TC的发展提供了更加有利的环境[29]; 对海洋上层400 m热含量和11个标准层海温数据分析发现, TC活动与海洋热力变化存在一定的联系, 认为海洋次表层的温度暖异常可能是导致TC年生成频数多的重要原因, 但海温变化对台风数量的影响并不是主要引导因素[11]。更多的研究主要集中在探讨TC活动与赤道中东太平洋SST变化所引起的ENSO事件的联系[30-31]。杨亚新[15]指出: 在赤道中东太平洋暖异常年, TC发生频数偏少, 较常年平均偏少2~3个, 但强度偏强。WANG等[32]、黄菲等[33]指出在El Niño年, TC生成的位置偏东, 超强台风数量较多, La Niña年TC生成的位置偏西, 超强台风数量会较少, ENSO现象不能直接影响TC的生成频数, 但是会影响热带气旋的发展、加强过程。陈光华、黄荣辉[14], 吴迪生等[34]研究指出, ENSO事件与西北太平洋TC生成总数之间没有明显的关系, 但在El Niño年的夏秋季, 西北太平洋东南海域TC活动频繁, 西北海域活动减弱。

图6 1982—2014年西北太平洋TC平均持续时间变化

图7 1982—2014年西北太平洋TC年际平均强度和最大强度变化

目前的研究主要集中在探讨TC活动与赤道中东太平洋SST变化所引起的ENSO事件的联系上, 对TC活动的年代际、年际变化研究较多, 对季节变化研究较少。

3.1.1 西北太平洋TC源地分布与SST的关系

相对于1982年之前年份, 近33年来西北太平洋全区SST普遍上升, 增温幅度为0~1.6℃, 增温幅度最高的为我国东海沿岸海区, 其次为西北太平洋暖池区(图8)。使用1982—2014年西北太平洋(0°~30°N, 105°~155°E)SST数据, 计算SST多年月均温及年均温, 利用统计的TC源地数据资料, 分析西北太平洋SST多年年均温度、月均温度与TC源地分布情况, 探讨TC与SST之间的关系; 结果见图9, 西北太平洋1982—2014年TC与多年SST空间分布图。从TC的源地分布与等温线的分布情况可以看出, TC源地集中分布于27℃等温线以南的高温海区, 其中87%以上的TC分布在28~29℃等温线之间的海区。

图8 1982—2014年西北太平洋SST增温情况

图9 1982—2014年西北太平洋TC源地与年平均SST空间分布关系

3.1.2 西北太平洋各季节TC源地随SST的变化

从西北太平洋1982—2014年各季节TC发生源地与SST的分布关系图(图10)中可以看出, 冬季: 1月TC均发生在27℃等温线以南海区, 分布在4°~ 12°N的范围内; 2月TC都发生在27℃等温线以南海区, 分布在4°~11°N的范围内; 3月TC都发生在27℃等温线以南海区, 但此时80%的TC都发生在28℃等温线以南海区, 分布在3°~9°N的范围内。春季: 4月所有TC均发生在28℃等温线以南海区, 分布在1°~14°N的范围内; 5月西北太平洋SST显著升高, 等温线北移, 相对于冬季, TC源地也向西北方向偏移, TC都发生在27℃等温线以南海区, 分布在3°~19°N的范围内; 6月西北太平洋海温进一步升高, 等温线向高纬度移动, 此时TC源地也进一步向西向北方向偏移, 集中在西北太平洋中西部海区, 且均发生在27℃等温线以南海区, 86%的TC发生在29℃等温线以南海区。夏季: 7月TC频数明显增加, 源地分布范围较广, 等温线向高纬度移动, TC源地位置也向东向北移动, TC均发生在28℃等温线以南海区。分布在3°~30°N的范围内; 8月TC频数全年最高, 空间分布范围广阔, TC源地随暖池中心东移且空间分布较为分散, 分布在7°~30°N的范围内; 9月等温线向低纬方向移动, TC源地也随之南移, TC源地空间分布集中于暖池中心最高温区域, TC源地集中于纬度带4°~28°N之间。秋季: 10月TC频数减少, TC源地随等温线南移而南移, 分布在3°~28°N的范围内; 11月等温线南移, TC源地位置也进一步南移, 均发生在27℃等温线以南海区, 分布在5°~23°N的范围内; 12月TC源地位置进一步南移, 分布在1°~ 16°N的范围内。

将西北太平洋1982—2014年各月TC分布与SST等温线分布建立关系图(图11)可以看出, 西北太平洋TC均发生在SST高于27℃的海域, 冬季TC发生的纬度位置较低, 分布范围较小, 绝大部分TC发生在27~29℃等温线之间的海区; 随着温度的升高, 等温线向高纬度移动, 春季、夏季TC发生的纬度位置较高, 分布范围大, 并且集中发生在28~30℃等温线之间的海区, 其中发生在29~30℃等温线之间的比例均高于70%; 秋季TC源地向低纬度方向移动, TC发生源地集中在27~29℃等温线之间的海区。

3.1.3 TC频数、持续时间、平均强度、最大强度与SST变化的相关关系

利用1982—2014年西北太平洋SST和TC年生成频数、平均持续时间、平均强度和最大强度进行超前滞后相关分析, 结果如表1所示。当SST变化超前TC 1年时, 西北太平洋TC活动与SST表现为正相关, 相关系数为0.35, 这可能意味着在TC年生成频数增多前1年SST上升, SST的上升将会为TC的爆发积蓄一定的能量。当SST的变化滞后TC 1年时, TC活动与SST表现为负相关, 相关系数为–0.31, 这可能说明在TC发生次年西北太平洋由于受TC活动作用的影响, SST下降。当同期相关时, 西北太平洋SST与TC平均持续时间呈现为负相关, 相关系数为–0.45, 说明尽管目前SST表现为上升趋势, 但是TC年持续时间有可能减少。通过对SST与TC强度的相关分析可得出, SST与TC强度没有表现出显著的相关关系, 就年际变化而言, SST并不是影响TC强度变化的主要因素。

3.1.4 西北太平洋不同TC源地的TC频数与SST的相关关系

如上所述, 西北太平洋TC有3个较为明显的源地, 为了探讨33年来各TC源地的SST变化与TC发生频数的关系, 分别建立了各源地年SST与TC的关系图(图12), 图中SST与TC的相关系数均通过了95%置信度检验。从图中可看出, 源地1的TC与SST的年际变化表现为正相关, 相关系数为0.34。这说明随着SST上升, TC频数有可能上升。源地2也表现出了同样的变化趋势, 且趋势更明显。相反的是, 在源地3, TC与SST呈现出负相关, 相关系数为–0.19。这意味着随着海洋表层温度增暖, TC频数有可能减少。

图10 1982—2014年西北太平洋各季节TC源地与SST空间分布

不同的TC源地为何会出现明显不同的变化趋势呢？除了热力条件之外, 是否有其他因素在影响着TC的活动, 如动力因素。前人通过研究认为, 动力环境的空间差异改变了近几十年TC变化的相应模式。全球变暖导致西太平洋与中东太平洋纬向温度梯度加大, 从而导致walker环流的加强, 正在加强的walker环流能够加强热带西北太平洋风垂直切变与相对涡度的变化, 从而影响西北太平洋TC活动的时空变化[35]。此外, 在近赤道附近逐渐加强的低空东风带发生的经向切变, 由经向切变所形成的低空反气旋流, 这样的异常反气旋流可能是抑制TC形成的一个重要因素。另外, 有研究指出, 近年来在中太平洋低纬区域出现了风垂直切变与相对涡度减弱的趋势[36], 这极有可能是本研究中源地3 TC频数减少的主要因素。

图11 1982—2014年西北太平洋各月TC与SST等温线分布的关系

表1 西北太平洋TC年频数、持续时间、平均强度和最大强度与SST相关分析

Tab.1 Analysis between frequency, duration, maximum intensity, and mean intensity of the TC in the Northwest Pacific and the SST

注: 表中加*的数值表示通过95%置信度检验

TC源地1与源地2更靠近东亚大陆, 通过以上分析可知, 这两个区域的TC频数呈现上升趋势, 这意味着在未来, TC活动有可能加剧威胁东亚沿海国家。

3.2 TC活动与海洋上层热含量的关系

以往的研究多采用SST作为基本海洋参数, 但SST受海面热通量的严重影响, 尤其是在TC活动频繁的夏秋季节。在此期间, SST仅代表海洋浅薄表层的温度状况, 不能充分表现海洋热力状态的动力学过程[37]。另外, 西太平洋海域的TC活动受到ENSO的强烈影响[38-39], 而西太平洋上层海洋的热力变化直接反应了ENSO的变化趋势[40-43]。进一步的观测资料表明, 在ENSO事件期间, 次表层海温异常(SOTA)比SST更加明显, 特别在温跃层较深的热带西太平洋[37]。因此有必要从通过分析上层海洋的热力变化特征来考虑海洋对TC的影响。

图12 1982—2014年西北太平洋各TC源地SST与TC频数的关系

近33年来, 西北太平洋上层热含量总体呈上升趋势(图13), 其中15°N以南海域热含量上升最为明显。利用1982—2014年西北太平洋上层热含量和TC年生成频数、平均持续时间、平均强度和最大强度进行超前滞后相关分析, 结果如表2所示。当TC频数与热含量同期相关时, 相关系数为0.53, 说明海洋上层热含量的上升可能会带来TC频数的增加。TC平均持续时间和热含量在同期表现为负相关, 相关系数为–0.68, 这意味着随着海洋上层热含量的增加, 尽管TC频数有上升趋势, 但TC平均持续时间有可能下降。热含量滞后TC 1年时, 相关系数为–0.5。也就是说, 在TC发生后, 西北太平洋的热含量可能受TC活动的影响而有所下降。当热含量超前TC 1年时, 西北太平洋TC的平均强度和最大强度与热含量表现为正相关, 相关系数分别为0.48和0.4。这可能意味着在TC生成前1年, 西北太平洋热含量增加, 这将为次年TC的爆发积蓄了一定的能量, 从而导致TC的强度显著增加。可以推测, 伴随着海洋上层热含量的增加, 强TC和超强TC的数量以及发生几率极有可能显著增加。在未来, TC活动对西北太平洋沿海国家的威胁有可能加剧。

图13 1982—2014年西北太平洋上层热含量年变化率

表2 西北太平洋TC年频数、持续时间、平均强度和最大强度与热含量相关分析

Tab.2 Analysis between frequency, duration, maximum intensity, and mean intensity of the TC in the Northwest Pacific and the heat content

注: 表中加*的数值表示通过95%置信度检验

4 结论与讨论

通过对1982—2014年西北太平洋TC活动季节和年变化特征的分析, 发现TC频数具有显著的年代际变化特征, 表现为: 1982—1992年和2003—2014年皆为低频期, 而1993—2002年则为高频期, 33年来TC发生频数表现为缓慢增加—快速增加—减少的特征。最近15年(2000—2014年), TC数量呈现明显下降的趋势。从各季TC的长期趋势上看, 夏季TC频数有下降的趋势, 春末、秋末冬初有增加的趋势, 盛冬、初春没有明显变化。

西北太平洋有3个明显的TC源地, 伴随着SST的上升, 源地1、源地2的TC频数呈上升趋势, 而源地3频数却呈下降趋势。这种变化极有可能是因为全球变暖导致西太平洋与中东太平洋纬向温度梯度加大, 从而导致walker环流的加强, 正在加强的walker环流能够加强热带西北太平洋风垂直切变与相对涡度的变化, 从而影响西北太平洋TC活动的变化。另外, 异常反气旋流以及中太平洋低纬区域风垂直切变与相对涡度的减弱, 极有可能是本研究中源地3 TC频数减少的主要因素。

在全球增暖背景下, 海洋上层热状态的变化给TC带来的影响是多方面的。在TC年生成频数增多前1年SST上升, SST的上升将会为TC的爆发积蓄一定的能量。当SST滞后TC 1年时, TC活动与SST表现为负相关, 这可能说明在TC发生次年西北太平洋由于受TC活动作用的影响, SST下降。当同期相关时, 尽管SST表现为上升趋势, 但是TC平均持续时间有可能减少。通过对TC和海洋上层热含量进行分析, 同期相关时, 海洋上层热含量的上升可能会带来TC频数的增加。TC平均持续时间和热含量在同期表现为负相关, 这意味着随着海洋上层热含量的增加, TC持续时间有可能下降。当热含量超前TC 1年时, TC的平均强度和最大强度与热含量表现为正相关, 由此可推测伴随着海洋上层热含量的增加, 强TC和超强TC的数量以及发生几率极有可能显著增加。在未来, TC活动对西北太平洋沿海国家的威胁有可能加剧。

[1] IPCC. Working group I contribution to the IPCC fifth assessment report (AR5). Climate change 2013: The physical science basis. Final draft underlying Scientific-Technical assessment[R/OL]. [2013-10-30]. http: //www.climatechange2013.org/images/uploads/WGIAR5_WGI-12Doc2b_FinalDraft_ALL.pdf.

[2] Miler B I. On the maximum intensity of hurricanes[J]. Journal of Meteorology, 1958, 15: 184-195.

[3] Emannuel K A. The dependence of hurricane intensity on climate[J]. Nature, 1987, 326: 483-485.

[4] Emannuel K A. The maximum intensity of hurricanes[J]. Journal of Atmosphere Science, 1988, 45: 1143-1155.

[5] Gray W M. Global view of the origin of tropical disturbances and storms[J]. Mon Weather Rev, 1968, 96: 669-700.

[6] Elsner J B, Kocher B. Global tropical cyclone activity: a link to the North Atlantic oscillation[J]. Geophys Res Lett, 2000, 27: 129-132.

[7] Chan J C L, Liu K S. Global warming and western North Pacific typhoon activity from an observational perspective[J]. J Climate, 2004, 17: 4590-4602.

[8] Elsner J B, Kossin J P, Jagger T H. The increasing intensity of the strongest tropical cyclones[J]. Nature, 2008, 455: 92-95.

[9] Emanuel K A. Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years[J]. Nature, 2005, 436: 686-688.

[10] Emanuel K A, Sundararajan R, Williams J. Hurricanes and global warming: results from downscaling IPCC AR4 simulations[J]. Bull Amer Meteor Soc, 2008, 89: 347-367.

[11] 刘钦燕, 周文. 西北太平洋台风数目与海洋热含量的年代际关系分析[J]. 热带气象学报, 2010, 29(6): 8-14. Liu Qinyan, Zhou Wen. Relationship between typhoon activity in the northwestern Pacific and the up-per- ocean heat content on interdecadal time scale[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2010, 29(6): 8-14.

[12] 陈大可, 雷小途, 王伟, 等. 上层海洋对台风的响应和调制机理[J]. 地球科学进展, 2013, 28(10): 1077- 1086. Chen Dake, Lei Xiaotu, Wang Wei, et al. Upper ocean response and feedback mechanisms to typhoon[J]. Advances in Earth Science, 2013, 28(10): 1007-1086.

[13] Chan J C L. Interannual and interdecadal variations of tropical cyclone activity over the western North Pacific[J]. Meteorology and Atmospheric Physics, 2005, 89(1): 143-152.

[14] 陈光华, 黄荣辉. 西北太平洋暖池热状态对热带气旋活动的影响[J]. 热带气象学报, 2006, 22(6): 527-532.Chen Guanghua, Huang Ronghui. The effect of warm pool thermal states on tropical cyclone in west northwest Pacific[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2006, 22(6): 527-532.

[15] 杨亚新. 西北太平洋热带气旋发生的时空变化特征[J].海洋预报, 2005, 22(1): 86-91.Yang Yaxin. Spatial-temporal variation feather of occurrence of tropical cyclone in western north Pacific[J]. Marine Forecasts, 2005, 22(1): 86-91.

[16] 周俊华, 史培军, 陈学文. 1994~1999年西北太平洋热带气旋活动时空分异研究[J]. 自然灾害学报, 2002, 11(3): 44-49.Zhou Junhua, Shi Peijun, Chen Xuewen. Spatio-temporal variability of tropical cyclone activities in the western North Pacific from 1949 to 1999[J]. Journal of Natural Disasters, 2002, 11(3): 44-49.

[17] 梁健, 李晓娟, 谢定升, 等. 南海热带气旋的气候变化及强度预测方法研究[J]. 海洋科学, 2008, 32(12): 29-34. Liang Jian, Li Xiaojuan, Xie Dingsheng, et al. A study on the climate characteristics and the intensity prediction of the tropical cyclones affected in the South China Sea[J]. Marine Sciences, 2008, 32(12): 29-34.

[18] 张艳霞, 钱永甫, 王谦谦. 西北太平洋热带气旋的年际和年代际变化及其与南亚高压的关系[J]. 应用气象学报, 2004, 15(1): 74-80.Zhang Yanxia, Qian Yongfu, Wang Qianqian. The interannual and interdecadal variations of tropical cyclones in the Northwest Pacific and its relationship with the South Asia high[J]. Journal of Applied Meteorological Science, 2004, 15(1): 74-80.

[19] 黄勇, 李崇银, 王颖. 西北太平洋生成热带气旋的年代际变化[J]. 解放军理工大学学报: 自然科学版, 2008, 9(5): 557-564.Huang Yong, Li Chongyin, Wang Ying. Interdecadal variability of tropical cyclone formation in the northwest Pacific[J]. Journal of PLA University of Science and Technology, 2008, 9(5): 557-564.

[20] 王毅, 石汉青, 黄思训. 西北太平洋热带气旋的时空分布特征分析[J]. 自然灾害学报, 2009, 18(6): 166- 174.Wang Yi, Shi Hanqing, Huang Sixun. Spatio temporal distribution of tropic cyclones in North-West Pacific Ocean[J]. Journal of Natural Disasters, 2009, 18(6): 166-174.

[21] Knutson T R, Tuleya R E, Kurihara Y. The recent increase in Atlantic hurricane activity: causes and implications[J]. Science, 1998, 279: 1018–1020.

[22] Knutson T R, Tuleya R E, Shen W, et al. Impact of CO2-induced warming on hurricane intensities as simulated in a hurricane model with ocean coupling[J]. J Climate, 2001, 14: 2458–2468.

[23] Knutson T R, Tuleya R. E. Increased hurricane intensities with CO2-induced warming as simulated using the GFDL hurricane prediction system[J]. Clim Dyn, 1999, 15: 503-519.

[24] Knutson, T R, Tuleya R E. Impact of CO2induced warming on simulated hurricane intensity and precipitation: Sensitivity to the choice of climate model and convective parameterization[J]. J Climate, 2004, 17: 3477-3495.

[25] Kumar A, Yang F, Goddard L, et al. Differing trends in the tropical surface temperatures and precipitation over land and oceans[J]. J Climate, 2004, 17: 653-664.

[26] IPCC. Climate Change 2001: the Scientific Basis[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2001: 1-881.

[27] Webster P J, Holland G J, Curry J A, et al. Changes in tropical cyclone number, duration and intensity in a warming environment[J]. Science, 2005, 309: 1844-1846.

[28] Trenberth K. Warmer oceans, stronger hurricanes[J]. Scientific American, 2007, 297(297): 45-51.

[29] Gabriel A. Effect of remote sea surface temperature change on tropical cyclone potential intensity[J]. Nature, 2007, 12(13): 1066-1070.

[30] 林惠娟, 张耀存. 影响我国热带气旋活动的气候特征及其与太平洋海温的关系[J]. 热带气象学报, 2004, 20(2): 218-224.Lin Huijuan, Zhang Yaocun. Climatic features of the tropical cyclone influencing China and its relationship with the sea surface temperature in the Pacific Ocean[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2004, 20(2): 218-224.

[31] Chen T C, Weng S P, Yamazaki N, et al. Interannual Variation in the Tropical Cyclone Formation over the Western North Pacific[J]. Monthly Weather Review, 1998, 126(4): 1080-1090.

[32] Wang B, Chan J C L. How strong ENSO events affect tropical storm activity over the western North Pacific[J]. J Climate, 2002, 15(13): 1643-1658.

[33] 黄菲, 许士斌. 西北太平洋超强台风活动特征及其与 ENSO 的关系[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2009, 39(5): 883-888.Huang Fei, Xu Shibin. Characteristics of super typhoon activity over western North Pacific and its relationship with ENSO[J]. Periodical of Ocean University of China (Natural Science Edition), 2009, 39(5): 883-888.

[34] 吴迪生, 白毅平. 赤道西太平洋暖池次表层水温变化对热带气旋的影响[J].热带气象学报, 2003, 19(3): 253-259.Wu Disheng, Bai Yiping. The influence of variation of subsurface ocean temperature in the equatorial Western Pacific warm pool on tropical cyclones[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2003, 19(3): 253-259.

[35] Park D S R, Ho C H, Kim J H, et al. Spatially inhomo­geneous trends of tropical cyclone intensity over the western North Pacific for 1977–2010[J]. J Climate, 2013, 26: 5088-5101.

[36] Gu Chenglin, Kang Jiancheng. Spatial and temporal variability of Northwest Pacific tropical cyclone activity in a global warming scenario[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2016, 22: 15-23

[37] 陈永利, 赵永平, 王凡. ENSO与海洋环境和中国气候异常[M]. 北京: 科学出版社, 2013.Chen Yongli, Zhao Yongping, Wang Fan. ENSO and Marine Environment and Climate Anomalies in China[M]. Beijing: Science Press, 2013.

[38] Landsea C W, Pielke Jr R A, Mestas-Nuñez A M, et al. Atlantic Basin Hurricanes: indices of climatic changes[C]// Thomas R K. Weather and Climate Extremes. Netherlands: Springer Netherlands, 1999: 89-129.

[39] Camargo S J, Sobel A H. Western North Pacific Tropical Cyclone Intensity and ENSO[J]. Journal of Climate, 2005, 18(15): 2996-3006.

[40] Mcphaden M J. Climate oscillations - Genesis and evolution of the 1997-98 El NiÑo[J]. Science, 2007, 85(5): 5395-5403.

[41] 李崇银, 穆明权. 厄尔尼诺的发生与赤道西太平洋暖池次表层海温异常[J]. 大气科学, 1999, 23(5): 513- 521.Li Chongyin, Mu Mingquan, The Occurrence of the El Nino event and the subsurface temperature anomaly of warm pool in the equatorial western Pacific[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 1999, 23(5): 513-521.

[42] Chao J, Yuan S, Chao Q, et al. A data analysis study on the evolution of the El Niño/La Niña cycle[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2002, 19(5): 837-844.

[43] 于卫东, 乔方利. ENSO事件中热带太平洋上层海洋热含量变化分析[J]. 海洋科学进展, 2003, 21(4): 446- 453.Yu Weidong, Qiao Fangli. Analysis of the heat content variability of the tropical Pacific Upper Ocean during ENSO events[J]. Advances in Marine Science, 2003, 21(4): 446-453.

(本文编辑: 刘珊珊)

Spatial and temporal variation of the Northwest Pacific tropical cyclone and its relation with the thermal status of Upper Ocean in the past 30 years

CHEN Zhi-wei1, KANG Jian-cheng1, GU Cheng-lin1, 2, TANG Ming1, 3

(1. Urban Ecology and Environment Research Center, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China; 2. Department of Resources and Environment, Faculty of Science, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China; 3. Poyang Lake Eco-economy Research Center, Jiujiang University, Jiujiang 332000, China)

Data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Optimum Interpolation (1/4)° Daily Sea Surface Temperature Analysis, the National Oceanographic Data Center (NODC) Upper Ocean heat content, and the Joint Typhoon Warning Center (JTWC) best-track tropical cyclone (TC) for the period 1982 to 2014 was utilized in order to analyze the spatial and temporal characteristics of the Northwest Pacific (0°–30°N, 105°–155°E) tropical cyclone activities. Our research on the relation between the tropical cyclone and the thermal structure of the Upper Ocean which indicates the following: The interannual variation in the frequency of tropical cyclone is evident. The low-frequency years were from 1982 to 1992 and 2003 to 2014, whereas the high-frequency years were from 1993 to 2002. For the period from 1982 to 2014, the frequency characteristics of cyclones were slow increase, rapid increase, decrease in that order. The number of tropical cyclones has shown a clear downward trend in the last 15 years (2000–2014). Tropical cyclone originates from three distinct birthplaces: birthplace 1 (10°–22°N, 110°–120°E), birthplace 2 (8°–20°N, 125°–145°E), and birthplace 3 (5°–20°N, 145°–155°E). The frequency of TC in birthplace 1 and birthplace 2 increases slowly, whereas the frequency of TC in birthplace 3 decreases significantly. The influence of changes in the thermal state of the upper ocean to the TC is multifaceted TC frequency response to the upper heat content more obvious. The sea surface temperature is not the key factor affecting the frequency of the TC.With the warming of the Upper Ocean, the duration of the TC shows a decreasing trend, whereas the TC intensity shows an increasing trend. Global warming will intensify the potential threat posed by TC activities to the Pacific Northwest countries.

the Northwest Pacific; the South China Sea; tropical cyclone; thermal state of Upper Ocean; climate change

[National Natural Science Foundation of China, No.41340045; Key Discipline Project of Shanghai Education Commission, No. J50402]

Oct. 17, 2016

P721

A

1000-3096(2017)08-0122-12

10.11759/hykx20161017001

2016-10-17;

2017-04-20

国家自然科学基金项目(41340045); 上海市教委重点学科建设项目(J50402)

陈志伟(1992-), 男, 江苏南通人, 博士生, 主要从事海洋环境气候变化研究, 电话: 021-64322274, E-mail: 1546335462@qq.com; 康建成(1957-), 通信作者, 男, 甘肃天水人, 教授, 博士生导师, 主要从事全球气候环境演化过程及其影响研究, E-mail: Kangjc@126.com