2011, Vol. 37 
热带气旋(以下简记为TC)是影响我国的主要气象灾害之一，在其活动过程中，常伴随有狂风、暴雨、巨浪和风暴潮，对我国沿海地区的人畜造成生命威胁，使财产和经济遭受严重损失。但带来破坏性的同时，TC带来的降水也能缓解旱情，减轻高温热浪天气的影响。如1002号台风康森导致海南省90.5万人受灾，2人死亡，直接经济损失1.3亿元，但其带来的降水对缓和海南等地前期的旱情和解除华南前期持续了半个月之久的高温天气十分有利。随着科技水平的提高，关于TC的研究越来越受到关注，在其发生、发展和影响机理方面，前人已经做了很多工作[1-7]。
西北太平洋和南海是全球TC发生频数最多、分布范围最广的海域，其TC的活动特征、影响利弊和成因分析是气象工作者一直都十分关注且持续不断研究的问题。概括说来，前人的一些研究工作较多集中于某个因素异常对TC产生的影响，也有很多是从气候学的角度，考查大尺度环流及大气遥相关对TC生成频数和生成位置的月、季、年或年际变化的影响。研究成果表明，厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)、对流活动、季风槽、副热带高压、垂直风切变、热带大气季节内振荡(MJO)等海温和大气环流因子都对TC活动存在影响[8-14]；但其中对某些问题还存在分歧，特别是对多个因素同时出现异常，各个因素所起作用的研究涉及不多，这方面仍然需要更多深入细致的探索。
2010年西北太平洋和南海生成的TC活动特征显著，本文在总结分析其活动特点的基础上，主要着重从气候背景和年代际变化，热力(海洋)和动力(副热带高压、季风、垂直风切变)等多个因素综合影响的角度，试图揭示其活动特征的可能成因，为进一步做好TC的监测预测工作提供参考。
1 资料与方法文中使用了1949—2010年TC资料，其中1949—2009年TC资料取自中国气象局编写的《热带气旋年鉴》，2010年TC资料取自中国气象局中央气象台提供的2010年西北太平洋和南海热带气旋纪要表和热带气旋路径资料, TC等级使用2006年开始实行的国家标准。文中所统计的西北太平洋和南海TC包括日界线以西、赤道以北范围内生成的TC(中心附近最大风力≥8级，即17.2 m·s-1)。为了分析大尺度环境对热带气旋的影响，本文还使用了由美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的空间分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析数据集中月平均风场和位势高度场的再分析资料；美国国家海洋大气局(NOAA)公布的空间分辨率为2°×2°的月平均表层海温资料(NOAA Extended Reconstructed SST V2)。副热带高压强度和副热带高压西伸脊点指数采用国家气候中心定义的西北太平洋副热带高压活动指数。文中提及的TC资料常年值和大尺度物理量异常所使用的气候态为30年(1971—2000年)资料平均值。
2 2010年西北太平洋和南海TC活动特征 2.1 编号最少，登陆比例最高2010年，在西北太平洋和我国南海海域总共有14个编号TC，与1998年频数相同，均为历史编号最少年，较常年偏少13个；有7个TC登陆我国，登陆个数同常年，但登陆个数与编号个数的比例为历史最高(图 1)。
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图 1 1951—2010年西北太平洋和南海热带气旋登陆个数(c)和编号个数(b)及登陆占编号百分比(a) Fig. 1 Series of TCs landing (c) and numbered (b) on China, forming in the WNP and SCS and their percentages (a) during 1951-2010 |
与全球TC活动总体偏少的特点一致，2010年上半年西北太平洋和我国南海TC活动异常偏少，7月11日之前仅有1个TC编号。与1949年以来的TC活动情况相比，历史上只有1975和1998年第二号热带气旋生成晚于7月12日，其中7502号热带气旋Mamie生成于7月25日，9802号强热带风暴Otto生成于8月1日。前期编号异常偏少，也是2010年西北太平洋和南海TC活动的特点之一。
2.2 生成时间较为集中，生成位置总体偏西2010年TC生成时间较为集中，除1001号热带气旋于3月24日生成外，其余13个编号TC均在7—10月生成，占全年总数的93%(表 1)。其中8月生成的TC最多(5个)，其次是9月(4个)，但均较常年偏少。
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表 1 2010年西北太平洋和南海编号和登陆热带气旋频数与常年值比较 Table 1 Numbers of TCs numbered and landing on China, forming in the WNP and SCS and their anomalies in 2010 |
2010年在西北太平洋和我国南海海域生成的14个TC均在145°E以西的范围内(图 2)，生成位置总体上显著偏西，生成位置最东的1012号强台风马勒卡(Malakas)于9月21日在西北太平洋洋面上(18°N、144.9°E)生成。其中有4个TC在我国南海海域生成，占总数的28.6%，比例明显高于多年平均值的18.3%[15]。另外，由于TC生成位置总体偏西，因而TC运动轨迹相对较短。从运动轨迹来看，2010年TC多西行、西北行、偏北行或北上路径，当然也有个别曲折路径，如1013号台风鲇鱼(Megi, 图 2)。
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图 2 2010年西北太平洋和南海14个编号热带气旋路径图 Fig. 2 Tracks of 14 numbered TCs forming in the WNP and SCS in 2010 |
从编号TC的强度来看，有2个热带风暴、4个强热带风暴、3个台风、3个强台风和2个超强台风，其中强热带风暴和强台风所占比例较常年(26.6%和17%)偏高。超过三分之一的TC为强台风以上，即中心附近最大风力在14级以上(≥41.5 m·s-1)，所占比例较常年(33.6%)偏高。强台风和超强台风基本上是在初秋季节的9—10月份生成。
2010年西北太平洋和南海TC活动的另一特征是持续时间普遍较短，半数TC生命期为2~4天，生命期为5和6天的TC各3个，仅1013号台风鲇鱼生命期最长，长达11天。
2.4 初台偏晚，终台偏晚第一个登陆我国的1002号台风康森(Conson)于7月12日上午生成，16日19时50分在海南三亚附近登陆，登陆时间比常年初台日期(7月1日)偏晚15天。初台偏晚，加上前期编号也异常偏少，进入台汛期偏晚，这与2010年季节延迟的天气气候特征相一致，也是2010年西北太平洋和南海TC活动的另一特点。
最后一个登陆我国的1013号超强台风鲇鱼(Megi)于10月23日中午在福建省漳浦县登陆，比常年终台日期偏晚19天。
2.5 登陆TC前少后多，影响相对集中2010年共有7个TC登陆我国东南沿海，其中前2个分别登陆海南和广东，后5个都登陆福建，包括1个两次登陆的，先在台湾登陆。与常年相比，前期登陆TC偏少，入秋后偏多，登陆地点相对集中，影响偏南，主要对我国华南沿海城市有明显的风雨影响，对华东影响较弱，灾情总体偏轻。
7月登陆我国的TC个数接近常年(表 1)，除“康森”外，还有1003号热带气旋灿都(Chanthu)于7月22日下午在广东吴川登陆。8月登陆TC个数较常年偏少，仅1008号热带风暴南川(Namtheun)于8月31日夜在福建惠安登陆。9月是登陆TC最多的月份，有3个TC登陆我国，较常年偏多1个，分别是1006号强热带风暴狮子山(Lionrock)于9月2日晨在福建省漳浦县登陆，1010号台风莫兰蒂(Meranti)于9月10日凌晨在福建省石狮市登陆，1011号超强台风凡亚比(Fanapi)先于9月19日上午在台湾花莲登陆，后于20日晨在福建省漳浦县再次登陆。10月登陆TC也与常年接近，仅1013号超强台风鲇鱼(Megi)登陆福建。
另外，值得一提的是1006号、1008号和1007号强台风圆规(Kompasu)生命期出现交叠现象，并同时对我国沿海地区产生影响。历史上在西北太平洋和我国南海海域三旋同现的现象并不罕见，但同时影响我国却并不多见，这也是2010年西北太平洋和南海TC活动的特点之一。
3 热带气旋活动特征的可能成因众所周知，TC发生发展需要特定的气候背景场，既要考虑动力学因素，又要考虑热力学条件，而且TC生成还和大尺度环流条件有着密切的关系[16-18]。不同时空尺度的天气气候系统之间，存在着明显的层次性，较大的系统对于较小的系统，在一定条件下往往具有着极为重要的控制作用或调制作用[19]。TC活动也是如此，它必然会受到月、季尺度海洋下垫面环境和大气环流的影响[9]，同时，年际、年代际背景也反映出其活动特征的持续性及多时空尺度因子的综合影响。除海洋等热力环境因素的影响外，造成2010年西北太平洋热带气旋活动异常的主要原因是大气环流的异常。这些大气环流异常主要表现在西北太平洋副热带高压偏强偏西，东亚季风异常偏弱，缺少越赤道气流的辐合，季风槽异常偏西，热带气旋活动区域对流弱，垂直风切变偏大等几方面因素的综合影响，以下分别从年代际背景、海温、ENSO事件、副热带高压、季风槽和垂直风切变等几个方面来初步分析2010年TC活动特点的成因，重点分析TC生成少且位置偏西的可能成因。
3.1 编号少且登陆比例偏高的年代际背景从图 1可以看出，TC生成频数存在着明显的年际和年代际变化，TC常年值为27个，但多TC年和少TC年之间差别很大，1967年编号TC最多(40个)，2010年和1998年最少(14个)。1949年到2010年62年间编号TC频数偏高的年份有27个，偏低的年份有35个。20世纪60年代编号TC频数偏多明显[20-21]，70—80年代略偏多，而20世纪50年代和90年代以后偏少，21世纪前10年编号TC频数明显偏少。近50年西北太平洋及南海编号TC年频数具有明显减少的趋势, 且自20世纪90年代中期以来基本处于偏少的年代际背景中。
登陆我国的TC频数长期变化趋势不显著，主要呈现年际和阶段性变化特征，但登陆TC占编号TC的比例呈现明显的上升趋势。登陆我国的TC常年值为7个，多年和少年之间差别也很大，1971年最多(12个)，1950和1951年最少(3个)。21世纪前10年处于偏多时段，特别是2007—2009年连续3年偏多。由于登陆偏多而编号偏少，最近几年西北太平洋和南海TC频数变化最明显的特征就是登陆比例呈现上升趋势，特别是进入21世纪以后这种上升趋势非常显著。可见，2010年处于编号TC偏少且登陆TC比例偏高的年代际背景下。
TC活动的年际变化某种程度上受海温和ENSO循环的影响。研究表明，ENSO事件[22]主要影响西北太平洋TC的生成位置偏东或偏西[12, 23-26]，而东印度洋海温偏低或偏高则影响TC生成频数的多少；拉尼娜(La Nina)年TC生成位置多数位于145°E以西地区，且强台风以上的TC个数偏少[23]，2010年的TC活动特征充分验证了这些统计规律。通过与历史上ENSO事件演变特征的比较分析，发现1951年以来出现与2010年的海表降温过程类似特征的有5年，均是在厄尔尼诺事件(El Nino)结束当年2—6月后进入La Nina状态，并继续发展形成了La Nina事件。在这些海温变化相似年中，除1970年编号TC频数同常年外，1973、1995、1998和2007年编号TC频数均少于常年。1998与2010年最为相似，编号TC均为最少。可见，2010年编号TC频数偏少符合海温相似年频数变化的规律，也符合El Nino次年西北太平洋及南海TC生成频数多数偏少的规律[19]。另外，TC活动的年代际变化主要是由于全球变暖背景下大气环流变化造成的，特别是与20世纪70年代以后西北太平洋副热带高压面积不断扩大且强度增强有关[16, 27-28]。
3.2 东印度洋海温偏高TC是海气相互作用的产物，海温异常对TC生成有重要影响。2009年6月至2010年4月赤道中东太平洋发生了一次中等强度的中部型El Nino事件(图 3)，对此次暖事件的滞后响应，2010年上半年印度洋出现全区一致持续偏暖模态，7—10月为持续4个月的印度洋偶极(IOD)负位相。2010年1—10月东印度洋(10°S~22.5°N、75°~100°E)海温持续偏高(图 4)，这是导致西北太平洋和中国南海编号TC偏少的重要原因。因为东印度洋海温偏高会通过对流加热机制激发大气暖性开文波东传，使赤道西太平洋海平面气压下降，对流层低层向赤道地区辐合，相应地引起赤道外的同期响应，导致西北太平洋和中国南海TC活动区域形成反气旋(图 5)，从而抑制了TC的生成。
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图 3 赤道(5°S~5°N)太平洋海表温度距平时间-经度剖面(单位：℃) Fig. 3 Time-longitude section of equatorial sea surface temperature (SST) anomalies (unit:℃) averaged over 5°S-5°N |
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图 4 2010年1—10月平均海表温度距平(单位：℃)，方框区域为东印度洋(10°S~22.5°N、75°~100°E) Fig. 4 SST anomalies (unit:℃) during January-October 2010, the rectangle region denoting the East Indian Ocean (10°S-22.5°N, 75°-100°E) |
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图 5 2010年7—10月西北太平洋和南海850 hPa风场距平(单位：m·s-1)，A表示反气旋 Fig. 5 850 hPa wind anomalies (unit:m·s-1) in the WNP and SCS during July-October 2010, A denoting anticyclone |
2010年热带大气对ENSO事件响应迅速，但热带外大气响应滞后。7月虽已进入La Nina状态，但6—9月西北太平洋的大气状态仍主要表现为前期El Nino事件的滞后响应。通常热带外大气对La Nina的滞后响应为3~4个月，最早2个月[29-30]。2010年1—9月，西北太平洋呈现典型El Nino次年大气特征。从500 hPa位势高度场上可以看出，西太平洋副热带高压(10°N以北，110°E~180°)表现为强度持续偏强、西伸脊点位置持续偏西的特点，特别是夏季西太平洋副热带高压强度历史排名第一(图 6)，强于此前TC活动最少的1998年。由于西北太平洋和南海在强大的副热带高压控制下，下沉气流异常强(图 7)，抑制了对流活动的发展，导致2010年TC活动季节内在西北太平洋和我国南海海域生成TC个数异常偏少。另外，副热带高压外围的气流对TC的运动具有引导作用，偏强偏西的副热带高压也是导致2010年TC多西行、西北行或北上路径，进而登陆或影响我国的因素之一。
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图 6 (a) 2010年夏季北半球500 hPa高度场，粗实线为常年588 dagpm；(b)1951—2010年夏季西北太平洋副热带高压强度和西伸脊点指数演变 Fig. 6 Seasonal mean 500 hPa geopotential heights for the summer 2010 of the Northern Hemisphere and 588 dagpm of climatology in bold lines (a), and series of indices for the WNP subtropical high intensity and western ridge point in the summer during 1951-2010 (b) |
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图 7 2010年7—10月西太平洋(120°~170°E)矢量风距平气压-纬度剖面(单位：m·s-1)阴影区表示垂直速度(0.01 m·s-1) Fig. 7 Pressure-latitude section of vectors of combined anomalous meridional wind and vertical velocity (unit:m·s-1) averaged over the West Pacific (120°-170°E) from July to October 2010 the shading area denoting the pressure vertical velocity (0.01 m·s-1) |
研究表明:80%~90%的TC发生在热带辐合区里[31]，通常，西北太平洋和南海有70%以上的TC生成于季风槽中[8, 32-34]。西北太平洋季风槽是夏季北半球的西南季风或越赤道气流与副高南侧之东南信风辐合而形成的低压带，属于热带辐合带的一部分[35]。2010年，南海夏季风为1951年来最弱；东亚副热带夏季风(6—8月)的强度也显著偏弱。7—10月季风槽主体位于南海上空，季风槽位置较常年同期异常偏西(图 8)，同时赤道西太平洋附近盛行平直偏东风，使得常年季风槽活跃的菲律宾以东洋面非常不利于气旋性涡旋生成，这是造成2010年编号TC总体上位于145°E以西地区的主要原因。
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图 8 7—10月850 hPa流场粗实线表示2010年季风槽位置，粗虚线表示常年季风槽位置 Fig. 8 Composite 850 hPa wind (streamline) during July-October with monsoon trough marked for 2010 by the bold solid line and the normal year averaged over 1971-2000 by the bold dash line |
影响TC生成的另一个关键环境因素就是垂直风切变，即高低层(200与850 hPa)纬向风之差。图 9中所示2010年7—10月西北太平洋和中国南海TC活动区域垂直风切变普遍偏大，限制了TC上层暖心的发展，不利于涡旋的形成[36]，导致编号TC总体偏少。2010年在西北太平洋和我国南海海域生成的14个TC均在145°E以西的范围内，基本上都在垂直风切变小于4 m·s-1或负值的区域(图 9a)，垂直风切变距平小于12 m·s-1的区域(图 9b)。由于生成位置总体上显著偏西，加上副热带环流季节内变化特征的有利配合，有利于TC登陆我国沿海地区，这也是TC生成总数少而登陆个数却正常的重要原因。
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图 9 2010年7—10月西北太平洋热带气旋活动区高低层纬向风垂直切变 (U200 hPa-U850 hPa)(a)与距平(b)(单位：m·s-1) Fig. 9 Vertical wind shear (a) and anomalies (b) (U200 hPa-U850 hPa) of the WNP during July-October 2010 (unit:m·s-1) |
2010年西北太平洋和南海生成的TC具有编号最少，登陆比例最高；生成时间集中，生成位置偏西；强台风和生命周期短的TC比例偏高；初台偏晚，终台偏晚；登陆前少后多，登陆地点集中，影响偏南等特点。在这五个方面特点中，编号最少且生成位置总体上显著偏西的特点更为突出，究其可能成因主要有以下几方面。
(1) 从年代际背景来看，近50年西北太平洋及南海编号TC年频数具有明显减少的趋势, 且自20世纪90年代中期以来基本处于偏少时段，2010年处于编号TC偏少、登陆比例偏高的年代际背景中。
(2) 从海洋角度来看，2010年1—10月东印度洋海温持续偏高，是导致西北太平洋和中国南海编号TC偏少的重要原因；2009年6月至2010年4月赤道中东太平洋发生的中等强度中部型厄尔尼诺事件也是导致前期编号TC异常偏少的重要外强迫因素之一。
(3) 大气环流异常是造成TC活动异常的直接原因。主要表现为西北太平洋副热带高压偏强偏西，季风槽位置异常偏西，垂直风切变偏大等几方面因素的综合影响。同时环流异常也影响TC的运动路径，副热带高压南侧的东风气流容易引导TC以西行、西北行或北上路径进入我国沿海地区，有利于TC登陆我国，这也是TC编号少而登陆并不少的重要原因。
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