西北太平洋春季热带气旋生成数量年际异常的成因分析

许泽铭，吴敏敏，黄华明，王磊

（广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江 524088）

热带气旋（Tropical Cyclone，TC）是一种破坏力极大的自然灾害，对TC生成活动的统计分析一直是广大气象科技工作者的研究重点［1-2］。在西北太平洋（WNP）海域生成的TC有很多会在我国沿海登陆，给沿海地区带来严重经济损失和人员伤亡［3-6］。

TC活动的变异在很大程度上取决于大尺度背景环流状态的变异［7］。垂直风切变、低层相对涡度以及对流层低层和中层的相对湿度对TC生成活动的变化起着重要的作用［8-10］。局地海表面温度（SST）的变化可以通过影响海面蒸发和热通量，而非局地SST变化也可以通过产生大气环流异常或者大气遥相关型影响TC生成海域的大气背景环境，进而影响TC生成活动［11-12］。

前人的研究关注更多的是WNP海域TC盛期（6—10月）的活动，对春季（3—5月）TC的研究相对较少。Xu等［13］发现WNP 5月份 TC生成数量在20世纪90年代末以后出现显著的增多趋势；Tu等［14］也发现WNP在5月份出现强台风频次在2000年以后有显著增多的趋势。虽然WNP春季TC生成数目较少，但春季TC的登陆也可能会给我国带来严重的影响。例如，2006年5月的台风“珍珠”在我国广东登陆，对广东、福建等地区造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，对WNP春季TC生成数量的变异进行研究是具有现实意义和科学意义的。

本研究将进一步分析春季WNP区域TC生成数量的年际变异特征，对比春季与其他季节的TC生成数量年际变异的异同，考察春季TC生成偏多年与偏少年对应的背景环境场的差异，探究影响春季TC数量年际变化的物理过程和变异机制。研究结果将有助于更加全面地认识WNP TC在不同季节的生成活动规律，以及提高台风灾害的早期预测和防灾减灾能力。

1 数据和方法

本研究中使用的TC数据来自IBTrACSWMO数据集［15］；SST数据为 ERSST月平均数据［16］。大气环境场数据使用的是 NCEP-NCAR再分析月平均数据［17］。选取数据的时间范围均为1980—2016年。

TC生成数量选取的是在春季（3—5月）WNP区域（100°E—180°E，0°N—30°N）内所生成的TC的数量。本研究选用Niño 3.4指数作为 El Niño-Southern Oscillation（ENSO）的表征指数，定义为赤道东太平洋区域（170°W—120°W，5°N—5°S）的SST异常值。数据时间序列通过7年高通滤波去除年代际变化信号之后得到年际变化。依据大于或小于1倍的标准方差选取WNP春季TC数量偏多或偏少年份。若某一年份TC数量≥4个，就定义此年为TC数量偏多年；选取的偏少年的春季TC数量=0个。选取的偏多年和偏少年的TC个数的差异可以通过0.05显著性水平检验。通过合成分析对比TC偏多年和偏少年的环境背景场差异。利用小波分析考察TC生成数量变化的主周期特征。利用相关分析来考察WNP春季TC数量与ENSO以及SST的相关关系。相关系数的显著性用t检验来进行判别。

2 WNP春季TC生成数量的年际变异

通过统计1980—2016年期间WNP每年春季TC的生成数量，可以发现WNP春季TC生成数量存在显著的年际变化（图1a）。WNP每年春季TC的平均生成数量约为2.1个，其中TC生成数量最多出现在1997、2008和2015年，生成数量各为5个。TC生成数量最少出现在1983、1984、1992、1998、2013和2016年，生成数量均为0个。

春季WNP TC的生成位置倾向于东西向延伸分布（图1b），平均生成位置位于141.11°E，8.93°N。相比较地，WNP在夏季的TC平均生成位置位于 138.37°E，15.96°N；在秋季（9—11月）的TC平均生成位置位于142.01°E，13.81°N。因此，WNP春季TC的生成位置相对于夏季和秋季来说生成纬度更低，位置更加偏南。

图1 1980—2016年期间WNP春季TC生成数量的时间序列（a）和生成位置的空间分布（b）

春季与夏季TC数量之间的相关系数（-0.042）很小，这表明春季TC数量跟夏季TC数量的年际变化规律并不一致（图2）。以往的研究多关注TC盛期（例如夏季）WNP海域TC生成活动，由于春季与夏季的TC生成数量的年际变化并不相同，因此本研究需要对WNP春季TC生成数量的年际变化进行单独研究。另外注意到，WNP春季与秋季TC生成数量时间序列的相关系数是-0.382（图2），表明两者倾向于反位相的变化趋势。基于这种反位相关系，可以利用当年WNP春季的TC生成数量对接下来秋季的TC生成数量活跃程度进行预估，有助于更好地认识当年其它季节的TC生成活动。

图2 WNP海域TC生成数量异常在不同季节（春季、夏季和秋季）的时间序列对比图

3 TC数量偏多年和偏少年对应环境背景场的对比

以当年TC生成数量大于或小于1倍的标准方差为标准，选取春季WNP TC数量偏多年和偏少年进行合成分析。共选取7个TC数量偏多年（1982、1986、1991、1997、2003、2008、2015年）和6个 TC数量偏少年（1983、1984、1992、1998、2013和2016年）。对比偏多年和偏少年对应环境背景场（包括低层大气相对涡度、垂直风切变、中层相对湿度和SST）的差异。

3.1 大气相对涡度和风场

由850 hPa相对涡度和风场的气候态平均场发现，在春季WNP海域TC生成区域相对应的基本为正的850 hPa相对涡度。在10°N以北的海域，850 hPa相对涡度整体为负值，该区域基本没有TC生成。WNP春季TC生成数量偏多年份的背景风场对应更强的正的850 hPa相对涡度异常（图3），更有利于 TC的生成。通过对比850 hPa大气环流场，TC偏多年对应的正的850 hPa相对涡度异常是由气旋型的环流异常所贡献的。

图3 春季TC偏多年与偏少年850 hPa相对涡度差值分布（单位：×10-6 s-1）

3.2 大气垂直风切变

春季气候平均态的大气垂直风切变显示，在TC生成区域的垂直风切变相对较小，基本都小于10 m/s；在TC生成区域以北，垂直风切变呈现逐渐增强的趋势，这种增强的垂直风切变不利于TC生成。根据TC数量偏多年份与偏少年份的垂直风切变的对比图（图4），可以看出，TC数量偏多年份的背景风场对应的垂直风切变显著地减小，这也更有利于TC的生成。

图4 春季TC偏多年与偏少年垂直风切变差值分布（单位：m/s）

3.3 中层大气相对湿度

春季气候平均态的500 hPa相对湿度显示，TC生成的区域也是500 hPa相对湿度相对较高的区域。在10°N以北的海域，500 hPa相对湿度显著降低，相对应地在这些区域也基本上没有TC生成。通过对比TC数量偏多和偏少年份（图略），TC数量偏多年份的500 hPa相对湿度显著增加，正值的范围也出现北移。TC偏多年和偏少年的差值显示在WNP海域出现大范围500 hPa相对湿度的显著正异常。这些现象都说明TC偏多年500 hPa相对湿度场的分布为TC生成提供了更有利的条件。

3.4 海表面温度

根据气候态平均SST和TC生成位置的空间分布，春季TC生成区域主要分布在WNP暖池范围内。通过对TC数量偏多和偏少年对应SST差值的比较，在前一年冬季赤道东太平洋出现显著的SST冷异常，这种冷异常可以持续到接下来的春季，而在接下来的冬季赤道东太平洋出现显著的SST暖异常。这种SST形态分布表明在TC生成数量偏多年份的前一个冬季倾向于发生La Niña冷事件，然后在接下一个冬季迅速转变为El Niño暖事件，这种位相转变代表了准两年周期的ENSO演变过程［18］。在1980—2016年期间WNP春季TC数量与之前冬季和同时期春季的Niño3.4指数都呈现出负相关，相关系数分别为-0.47和-0.32。这表明：在前一个冬季出现La Niña冷事件的情况下，WNP春季的TC数量趋向更多。

对春季TC生成数量时间序列进行小波分析发现：春季WNP的TC生成数量也具有准两年（2～3年）的周期特征。这种准两年变化周期与ENSO的准两年周期变化密切相关，特别是在20世纪90年代初期以后，ENSO的准两年变化周期有显著的增强［19］。这表明在ENSO准两年周期演变的影响下，春季WNP的TC生成数量也具有一定的准两年周期特征。

4 结论

1）WNP春季与夏季的TC生成数量的年际变化特征具有明显差别，与秋季TC生成数量倾向于反位相的变化。

2）WNP春季 TC数量偏多年具有更强的850 hPa大气相对涡度、更小的垂直风剪切和更高的500 hPa大气相对湿度，这些背景环境场的变化为TC的生成提供了更有利的环境，促使TC生成数量的增多。

3）WNP春季的 TC数量与上一年冬季的Niño 3.4指数呈负相关。在上一个冬季出现La Niña冷事件时，WNP春季的TC生成数量趋向更多。

4）受到ENSO准两年周期演化过程的显著影响，春季WNP的TC生成数量也表现出一些准两年周期特征。

以往的研究发现ENSO与WNP盛期（6—10月）的TC生成个数的相关系数并不高，而ENSO与TC生成位置具有更好的相关关系［20］。相比较盛期，本研究的结果显示WNP春季TC生成个数与ENSO的相关关系更强。前人结果也发现WNP海域盛期TC生成个数的年际变化可能受到热带印度洋 SST［21］、热带大西洋 SST［22］、热带西太平洋和西南太平洋SST梯度［23］的影响。而与ENSO密切关联的热带东太平洋SST对春季TC的年际异常表现出更重要的影响。另外，春季TC生成数量的准两年周期也比盛期的TC更加明显。

WNP春季TC与秋季TC生成数量呈现出反位相关系，即当 WNP春季 TC生成数量偏多（少）时，在当年接下来的秋季TC数量倾向偏少（多）。这种反位相关系可以帮助利用当年WNP春季的TC生成数量异常对接下来秋季的TC生成数量活跃程度进行预估。

本研究主要关注了WNP春季TC生成数量的年际变异，TC的位置、路径和强度也是表征TC活动的重要参量，在今后的研究中将进一步分析春季TC生成位置、路径和强度的变化及其影响因素，完善和加深人们对WNP海域TC活动的认识。