2. 国家气候中心
2. National Climate Center
热带气旋(TC)是影响我国的重要灾害性天气系统之一,伴随登陆TC而来的狂风、暴雨、风暴潮往往人民的生命财产带来严重威胁。已有研究表明,TC的活动具有季节、年际和年代际变化[1-3],这种变化不仅表现在生成个数上,还表现在生成源地和路径变化上,而TC活动的这种变化受到诸多因素的影响,丁一汇等[4]从年际变化的角度出发研究了西太平洋台风发生频率和副热带高压、极涡、西风带、热带环流系统之间的关系。孙秀荣等[5]研究发现在强夏季风年西北太平洋地区TC频数偏多,弱夏季风年同期TC频数异常偏少而后期趋于正常,正常夏季风年TC频数基本正常。还有研究表明在全球变暖的气候背景下,TC的生成、路径和强度也在发生明显变化[6-7],可见研究TC发生的气候规律,揭示影响其发生发展的各种气候因子,对提高TC短期气候预测水平有重要意义。2008年西北太平洋和我国南海TC的活动具有很多显著特征,本文对这些特征进行了研究总结,并从天气气候学角度对其成因作了分析和探讨,以期为TC的短期气候预测提供一些有益思路。
1 资料本文所用资料包括:(1)2008年TC资料为国家气象中心中央气象台实时业务资料;(2)TC历史资料和副热带高压各项指数资料来自国家气候中心气候系统诊断预测室;(3)大气和海洋资料取自美国国家环境预报中心(NCEP),其中海表温度从1854年1月至今,分辨率为2.0°×2.0°;射出长波辐射(OLR)从1974年6月1日至2009年2月28日,分辨率为2.5°×2.5°;其他资料的时间长度均为1948年1月至今,分辨率为2.5°×2.5°。
2 概况及特征2008年西北太平洋(包括我国南海,下同)共生成TC(不包括热带低压,下同)22个,是自2004年以来生成数连续偏少的第4年(2005—2007年生成的TC分别为23、24和25个),其中台风11个、强热带风暴3个、热带风暴8个。另外,南海有6个热带风暴以上强度的TC生成。
2.1 生成总数少,5月生成数显著偏多,7、8、10月明显偏少全年西北太平洋共生成22个TC,明显少于常年平均(1971—2000年平均,下同)27个(表 1)。其中,5月生成4个,较平均值1.03个显著偏多;与此形成鲜明对比的是7月仅生成2个,明显少于同期的4.26个。另外,8月和10月也分别比平均值少了1.63个和2.93个。
以中央气象台对TC开始编号时的位置定为生成源地,与平均生成位置相比[8],2008年TC生成源地相对集中,且位置偏西。除南海生成6个TC外,菲律宾以东至关岛以西洋面共生成13个,关岛附近及其以东洋面全年仅生成3个。也就是说,2008年有19个TC都是在140°E附近及其以西洋面上生成的,较常年平均位置明显偏西。其中,10°~20°N,110°~135°E是TC的多发地,共生成11个,占全年生成总数的一半。
2.3 登陆个数多,时间早2008年共有10个TC登陆我国(表 2),约占全年生成数的46%,比平均值26%明显偏多,登陆比例为有观测资料以来最高。且初台登陆时间早,0801号TC “浣熊”4月18日登陆我国海南省文昌市,为建国以来登陆我国最早的台风,比历史最早记录(1971年5月3日热带风暴在海南乐东登陆)提前半个月,比常年第一个台风的平均登陆时间6月29日提早两个多月。
在10个登陆TC中,有8个的登陆时间集中在7月17日至10月3日这两个半月,占全年登陆数的80%,其中,9月最多,为3个。另外,从登陆地点来看,除了有4个TC登陆台湾或福建外,其余6个都集中在华南地区(气候均值为5个[9]),并且全年没有在浙江及其以北地区登陆的TC,登陆地点明显偏南。广东省是本年度受TC影响最为严重的省份,有5个在该省登陆(包括二次登陆)。
3 成因分析TC的生成和发展受诸多因素的影响,下面从生成和登陆两方面对影响TC活动的几个主要因子作详细分析。
3.1 生成总数少、源地偏西的主要原因 3.1.1 副热带高压的活动特征TC的生成和移动主要受其外围大型环流场的影响,对于西北太平洋TC而言,与其关系最为密切的是西北太平洋副热带高压(简称副高,下同)。副高的位置和强度等特征的演变对TC的生成、发展和移动都有重要影响。一般副高强度偏弱、西伸脊点偏东、脊线位置偏北,有利于TC的活动;反之,则会抑制TC的生成和发展。
从图 1副高各项指数的逐月变化可以看出,与常年同期相比,2008年副高的面积在1—5月接近常年同期或偏小,其中3、4月明显偏小,6—11月面积较常年同期明显偏大(图 1a);副高强度的月变化与其面积的月变化基本一致,6月之前副高较常年同期偏弱,之后以偏强为主要特征,尤其在秋季(9—11月)强度异常偏强(图 1b);副高脊线位置在上半年除了4月接近常年同期外,其余5个月均较常年同期偏北,而下半年除了9月份较常年同期偏北外,其余月份接近常年同期或偏南,尤其是8月异常偏南,较气候值偏南近6个纬距(图 1c);副高的西伸脊点在2—6月间明显偏东,7月接近常年同期,之后转为较常年同期明显偏西(图 1d)。
通过对副高各项指数的对比分析,发现2008年上半年副高呈强度偏弱、脊线位置偏北、西伸脊点偏东的特点;而下半年(尤其是7—10月),副高整体表现为面积大、强度强、脊线位置偏南、且西伸明显的特点。上述因素导致2008年在TC的多发期(7—10月),西北太平洋热带地区盛行偏东气流,不利于TC的生成和发展,造成这一年TC的生成总数明显偏少。
3.1.2 季风槽特征季风槽是越赤道西风气流与东北信风所形成的气旋切变区,它两侧气流的加强可以增加低层的相对涡度,从而有利于TC的生成[10]。同时,季风槽又与西北太平洋副高的演变密切相关[11],每年7—10月伴随副高的西进北抬-东退南落,季风槽也相应的经历从南到北推进,然后又南撤的过程(图 2,粗虚线)。而从其东西伸展来看,一般它会加强东伸至150°E附近,这里基本上是宽广的洋面,暖的海温加上活跃的对流活动,配合高层是南亚高压反气旋环流东部的气流幅散区,形成了有利于TC生成、发展的条件。可见季风槽的位置和强弱也是影响TC的形成位置和生成个数的原因之一。
总的说来,2008年7—10月季风槽位置明显偏西、偏北(图 2,粗实线)。其中,7月和8月季风槽位于我国大陆和南海海域;9月加强东伸,延伸至130°E附近,但较常年同期仍明显偏西;10月,季风槽减弱明显,西退至印度洋一带,比正常情形下偏西40多个经度,整个西北太平洋热带地区被单一的偏东气流控制,缺少气旋性涡旋生成的条件。因此,在上述季风槽异常偏西、偏北的情况下,TC也主要在西北太平洋西部海域生成,造成2008年TC生成位置明显偏西。同时,由图 2可见,7—10月间,西北太平洋140°E以东的低纬海洋几乎完全被偏东气流控制,缺乏初始扰动生成以及TC发展的有利条件,导致在这个TC生成的重要海域,2008年生成的TC异常偏少,进而直接影响了TC全年的生成总数。
3.1.3 垂直风切变弱的垂直风切变是TC生成的重要条件之一。通常,在西北太平洋的东部海域(5°~15 °N,150°~180°E)(图 3a),气候意义上,7—10月对流层低层为东风,高层200hPa为弱东风,整层垂直风切变较小,有利于TC的生成。而2008年7—10月间,低层东风和高层西风同时加强,使得这一海域垂直风切变明显增大,不利于TC生成和发展,造成这一海域少有TC生成,进而导致TC的生成总数明显偏少。而在西北太平洋的西部海域(5°~15 °N,125°~150°E)(图 3b),通常,在7—10月随着夏季风的加强,低层来自印度洋、孟加拉湾和南海的西风一直向东延伸到西太平洋,高层则位于加强的南亚高压东南侧偏东气流的控制下,表现为低层弱西风,高层东风的形式。而2008年在台风的多发期,低层西风减弱、高层东风也减弱,表明在西部海域整层风切变明显偏弱,形成了有利于TC生成的条件。
综上,在2008年,西北太平洋东部海域的垂直风切变比常年平均显著偏大,而西部海域的垂直风切变却明显偏小。因此,和东部海域相比,这一年西北太平洋的西部海域垂直风切变的分布更易于TC的生成。而东、西部海域垂直风切变的这种异常分布,也是造成TC生成数偏少、源地偏西的主要原因之一。
3.1.4 海表温度一般扰动能够形成暖心结构的基础是有高的海表温度,因此海温也是TC生成的基本条件之一。首先从ENSO事件的影响来看,2007年8月爆发的La nina事件在同年11月达到峰值之后,于2008年春天迅速减弱,并在同年5月结束。在中东太平洋海表温度不断回暖的过程中(图略),西太平洋海温较常年同期略偏高或相当。但从局部海温来看(图 4),西北太平洋东部(150°E~180°E)的低纬地区基本为负的海温距平,不利于扰动的生成和发展。而西部海域(125°~150°E)大部分都是正的海温距平,受到海气相互作用的影响,这一区域的对流活动也相应更强,从而有利于TC在西部海域生成。可见海温也是造成2008年TC生成总数少、源地明显偏西的因子之一。
在热带洋面上,射出长波辐射(OLR)可以反映热带对流活动的强弱。热带辐合带上强的对流活动,有利于TC生成[5]和登陆[12]。由2008年6月1日—10月15日热带辐合带上(5°~15゜N)OLR的时间-经度剖面图(图 5)可见,2008年6—10月间西北太平洋热带洋面上的对流活动东西分布明显不均,其中强的对流活动(OLR值低于220W·m-2)主要位于150 °E以西的海域,尤其集中在110°~140°E,对流活动非常旺盛,相应的TC多在此海域生成;而150 °E以东海域,在TC的多发期,OLR值普遍高于220W·m-2,热带对流活动非常弱,也少有TC活动。因此,热带辐合带上的对流活动在西北太平洋东、西部海域分布的异常不均也是导致TC生成总数显著偏少、源地明显偏西的原因之一。
TC的移动主要受引导气流操纵,对于西北太平洋的TC来说,主要受副热带高压和西风带环流的影响[13]。2008年西北太平洋TC频繁登陆我国南方与副高强度和脊线位置密切相关。从图 1中副高各项指数的变化可知,2008年7月之后,副高范围明显偏大、强度显著增强,西脊点强烈西伸至我国内陆,同时其脊线位置也较常年同期偏南,我国南方大部地区和东部海域都为副高的控制区,菲律宾东部海域生成的TC在副高南侧偏东气流的引导下,向西北偏西或西北方向移动,而在南海生成的TC,由于位置偏西,会随着副高的加强西伸,纷纷西进,导致2008年盛夏和初秋TC频频登陆我国南方。可见副高异常强大和脊线位置偏南是造成TC登陆地点偏南的主要原因。另外,由图 5可知,热带辐合带在西北太平洋西部海域旺盛的对流活动不仅有利于激发TC的生成,还对其频繁登陆我国起到了积极作用。
4 小结本文对2008年TC的活动特征进行了总结,并从大尺度环流场着手,分析了影响TC活动的主要气候因子在TC多发期(7—10月)的异常特征,主要结论如下:
(1)2008年西北太平洋TC具有生成总数少、源地集中、位置偏西;登陆数多、时间早、登陆地点偏南等特点。
(2)2008年在TC的多发期,西北太平洋副热带高压范围大、强度强、西伸脊点异常偏西,且脊线位置偏南,不利于热带扰动的生成和发展;同时,也使得在其南侧生成的TC易在偏东气流的引导下向偏西方向移动,登陆我国南方。
(3)季风槽、垂直风切变、海表温度和热带辐合带上对流活动的异常分布都不利于TC在西北太平洋东部海域生成,这是导致TC生成总数少和源地偏西的主要原因。其中季风槽位置偏西、偏北和西北太平洋东部海域垂直风切变的异常偏大对TC的异常活动产生了重要影响。
(4)热带辐合带上的对流活动对TC的生成和登陆有很好的指示意义。
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