ENSO事件对西北太平洋热带风暴活动的影响外文翻译资料

 2022-12-04 15:11:19

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ENSO事件对西北太平洋热带风暴活动的影响

约翰尼·C·L·陈

摘要

我们通过对1965-1999共35年资料进行分析，发现强厄尔尼诺和拉尼娜事件（非中和）对西北太平洋热带风暴台风活动有非常重要的影响。虽然西北太平洋上台风的总生成数年际变化不显著，但在厄尔尼诺事件的夏秋季，台风的发生频率在其东南象限(0°-17°N，140°E-180°)有显著增加，而在西北象限有所减少(17°-30°N，120°-140°E)。与强冷年相比，暖年的7至9月台风平均发生位置会南偏6°，而10至12月则东偏18°。在厄尔尼诺（拉尼娜）结束后，早季（1至7月）西北太平洋台风的发生会受到抑制（增强）。在强暖（冷）年，台风的平均寿命约为7（4）天，而台风的平均发生天数是159（84）天。在强暖年秋季，向北弯折越过35°N的台风的数量是强冷年的2.5倍。这意味着厄尔尼诺在很大程度上加强了热量和水汽的向极输送，并通过改变台风的生成和路径进而影响高纬地区。

太平洋东南象限台风的生成之所以加强，是因为厄尔尼诺引发的赤道西风带增加了低层切变涡度；而其西北象限的台风生成之所以受到抑制，则是由于厄尔尼诺强迫造成的东亚大槽加深及西太副高加强，使得高层发生了辐合。西北太平洋台风在7至12月的活动可用前冬至春季的Nino-3.4区海温距平来较准确地预报；而3至7月的台风活动可用前一年10至12月的Nino-3.4区海温距平来准确预报。前者基于ENSO演变与年周期的位相同步，而后者基于在ENSO强迫激发和局地海气相互作用维持的共同作用下稳定的菲律宾海风距平。

  1. 介绍

从20世纪80年代中期起，越来越多的人们开始关注不同海洋上的热带气旋（TC）的年际变化（见Landsea 2000年综述），其中，最受关注的是厄尔尼诺和南方涛动（简称ENSO）的影响。过去20年有大量文献就ENSO对西北太平洋（指120°E-180°，0°-30°N这一广泛区域）TC生成的影响进行了研究。虽然厄尔尼诺会影响西北太平洋热带风暴台风的生成位置已基本成为共识，但这只是一个定性结论，且由于不同作者采用的分析方法、数据和厄尔尼诺事件的定义不同而存在一些争议。虽然Atkinson (1977), Chan (1985, 2000), Dong (1988), Wu 和 Lau (1992)等注意到在厄尔尼诺期间台风生成位置偏东，但他们没有仔细区分季节差异。他们得到一个结论，即西北太平洋上台风的生成数在厄尔尼诺年比常年要少。Lander (1993)对此提出异议，称虽然厄尔尼诺期间TC的生成区间偏东，但整个西北太平洋TC的年观测值事实上与ENSO序列无关。后者验证了Ramage and Hori (1981）观点，但又与预报界盛行的观点——在厄尔尼诺年，西北太平洋应该有较少TC（参见1991年日本气象厅）——相矛盾。以上种种表明，现需要利用尽量长时间跨度的数据重新考察这一问题。另外，我们要讨论的并非厄尔尼诺是否对台风发生位置有影响，而是定量讨论其作用大小。

Kang等人（1995）年和Chen等人（1998）的分析有新发现。Kang等人（1995）对发生区域的EOF分析揭示了西北太平洋内发生位置的大尺度变动。Chen等人（1998）注意到6至8月（JJA）（厄尔尼诺年台风发生位置主要北移）和9至11月（SON，下文月份均如此表示）（东移）TC活动的差异。他们的结论基于较短数据（16年），且采用的是较中和的Nino-3区海温距平（0.5°C）作为区分冷暖事件的标准而未考虑ENSO事件本身的强弱差异。另外，他们还采用了异常的850hPa位势高度场上的特定值作为互补标准以定义冷暖年。这种处理方法会把局地环流和ENSO的作用混淆。

在之前的研究中，人们主要注重TC或台风的生成，只有Chan (1994)定义了TC路径大范围的变化区间，并试图通过之前季节内观测到的风异常模式来预报TC在这些区间内的移动。目前，厄尔尼诺和拉尼娜年的台风路径、寿命和发生频率还没有记载。本文旨在系统地讨论TC活动变化规律的各个方面以及定量地讨论台风发生（或TC强化）的频率和位置。

人们提出了很多机制来解释ENSO对西北太平洋台风生成的影响，其中还有一些在不断变化，包括：1）垂直切变（Gray 1984），2）西北太平洋海温(Li 1988)，3）沃克环流，4）西北太平洋季风槽。Chan（1985）提出，在厄尔尼诺年，随着赤道太平洋中心动量的增加和其西部动量的减少，会建立一个异常的沃克环流，它会抑制对流，因而抑制WNP的TC活动。在解释地球物理流体力学实验室（GFDL）的模式运行结果时，Wu和Lau（1922）认为印度尼西亚群岛动量的减少减弱了WNP季风槽，并与西风带相联系，这又伴随着WNP上台风活动的减少。Lander (1994) 和 Chen 等(1998)则认为生成区的东移是WNP季风槽轴线向东延伸的结果。

厄尔尼诺是通过在沃克环流中的位移产生影响的，这一观点能更好地解释晚季（OND）台风发生区域偏东，因为台风和在晚季易在距赤道更近的地方生成，ENSO导致的低层大气环流异常也是如此。因为台风和ENSO的关系随季节而变，所以在厄尔尼诺（拉尼娜）年的峰值季节（JAS）和其前季（AMJ）的关系机制和其后季节会有所不同。要进一步解释ENSO对WNP 台风活动的影响，就要注重ENSO是如何影响1）峰值季和2）前季的台风活动。针对以上问题，目前只有Chen等（1998）指出WNP上台风发生频率的年际变化与夏季遥相关波列的紧密联系。他们认为，在这种异常波列的形成时热带太平洋海温发生异常，从而导致了WNP上TC生成的年际变化。

虽然人们为了预报WNP 台风的生成提出了许多统计方法和预报因子，但这种方法的物理机制却少有人讨论。本文将从台风与太平洋海温异常的关系出发，探讨台风活动的哪些方面预报效果更好，以及这些可预报性的物理依据。

本文分为六部分。第二部分介绍所用数据和分析方法。第三部分讨论赤道太平洋哪些台风活动属性与海温异常的相关，及其相关程度。第四部分阐述太平洋海温异常究竟如何影响WNP 台风活动。第五部分讨论应用海温异常场预报台风活动的物理依据。最后一部分为总结。

  1. 数据和分析方法
  2. 数据

1965-99年的TC最佳路径资料（含位置和强度）取自美国联合台风警报中心网站（www. npmoc.navy.mil/jtwc.html）。起始时间取1965年，当时天气事件的卫星监测刚成为常规，因此不会遗漏任何TC。为最大程度减少定义弱系统时的主观性，资料只采用至少达到台风（最大连续风速ge;17）强度的TC。用以衡量TC强化的标准——台风强度的选择具有相当的主观性。尽管如此，这一标准足以代表TC的强化，同时它也可能减少了或由1）卫星图像的质量和覆盖范围的逐渐增大，2）卫星分析技术的精练（Dvorak 1975, 1984）和3）1987年飞机侦察的终止，所造成的误差。

不同Nino分区的海温异常取自美国气候预测中心网站。用以表现台风活动的风场和垂直速度场来自美国国家环境预报中心-国家大气研究中心（NCEP–NCAR）（www.cdc.noaa.gov/cdc/reanalysis）（Kalnay 等1996）。因为台风活动和太平洋海温和关系取决于海温异常的位置，所以我们测试了三个主要序列：Nino-3区（5°S-5°N，90°-150°W）、Nino-3.4区（5°S-5°N，120°-170°W）和Nino-4区（5°S-5°N，150°W-160°E）的海温距平。结果显示Nino-3.4区的海温距平与整体台风活动更为相关，这是因为有组织对流的发生依赖于整个海温和海温梯度，而不是海温异常本身（Graham 和Barnet 1987; Wang 和 Li 1993）。中太平洋的海温梯度是三个Nino区中最大的，而其海温也比东太平洋要高。因此，Nino-3.4区的赤道对流比Nino-3区对海温变化更为敏感，响应更显著。Nino-3.4区海温距平也比Nino-4区更好，因为后者的海温变化和海温梯度都比前者小得多。综上，本文采用Nino-3.4区海温距平来划分厄尔尼诺（拉尼娜）的强度。

  1. 暖（冷）季和厄尔尼诺（拉尼娜）年的分类方法

虽然热带风暴全年都可发生，但其发生频率约在二月有最小值，或者可说一至三月为热带风暴最不活跃的季节（Lander 1994）。在台风的形成呈季节性分布基础上，我们主要研究台风的三个季节：早季（AMJ），峰季（JAS）和晚季（OND）。

赤道太平洋海温距平的信号和振幅在一年内随季节变化。图1表明，许多年中早季的海温距平与同年峰季和晚季有很大不同。在厄尔尼诺发展年（如1965，1968，1972，1976，1982，1986，1997年），早季的海温通常与常态相近，而在晚季海温异常往往达到峰值。在厄尔尼诺成熟后的年份（如1970，1983，1992，1995和1998年）海温在成熟季前有正距平而在晚季转为负距平。因此，仅仅按照厄尔尼诺或拉尼娜年来划分台风成熟季前活动是无意义的。通常来说，峰季和晚季的海温距平信号相同，但晚季的距平振幅要大一些。

考虑到季节差异，我们把季节平均的海温距平划分为五类：强暖年（SSTA＞1 std dev, 或1sigma;）、弱暖年（0.4sigma;＜SSTAle;1sigma;）、正常年（-0.4sigma;le;SSTAle;0.4sigma;）、弱冷年（-1sigma;le;SSTA＜-0.4sigma;）和强冷年（SSTA＜-1sigma;）。厄尔尼诺或拉尼娜年的分类可采用峰季的SSTA因为这和用整个台风季节（4至12月）平均SSTA来划分是一样的。分类结果见表1。

图二为五类年份下台风发生频次的纬向和季节分布特点。在早季，强暖年热带风暴比强冷年发生得更为频繁。在峰季，强暖年的生成位置比强冷年纬度更低。在晚季，不同年份的生成纬度基本无差异，但台风生成经度存在较显著差异，这将在下文阐述。这些结果进一步表明有必要按照台风季节来进行分析。从图2还可以看出，弱暖年和弱冷年的台风发生频次和正常年相近。这说明可能只有Nino-3.4区SSTA有显著振幅（~1sigma;）时，SSTA才对台风发生有显著影响。在接下来的分析中，主要对强暖年和强冷年进行合成分析。

  1. 台风活动和赤道太平洋SSTA的同期关系

台风活动主要由以下五参数量化：1）台风发生（即一个强化的热带气旋初次达到热带风暴强度，或最大连续风速ge;17）的位置，用以描述TC强化；2）台风发生次数；3）台风寿命，即由台风发生至其强度减弱到台风强度一下的整个时长；4）台风发生频次，即台风发生的总天数；5）台风路径。

  1. 台风发生位置

图3-5表明每个台风季强暖和强冷期的台风生成位置。早锋晚三季有一共同点，即在暖年和冷年之间显著的东西变换，这也证实了之前的发现（Chan 1985，Dong 1988及其他）。在台风峰季，除了纬向的差异Chen等人（1998）还发现了显著的南北差异。为进行统计的显著性检验，我们按季度将热带WNP（5°-30°N，120°E-180°）进一步划分。在早季和峰季，以140°E为东西分界（如图3和4），而在晚季以150°E为界。之所以这样区分是因为晚季的台风生成位置偏东。另外，在峰季，以17°N为南北界线划分WNP，这样就将WNP划分为了四个子域（见图4）。

表2为观测到的台风生成数的列联表。卡方检验表明，峰季和晚季的区别达到了1%的显著度（零假设为SSTA与台风无关）。在峰季，WNP西北和东南象限的台风的生成数有显著差异。在东南象限，五个暖年有31个台风生成，而六个冷年只生成了2个（图4）。在西北象限恰恰相反——冷年有28个台风生成而暖年只有7个。此外，在冷年有大约75%的台风生成于17°N以北，而暖年有74%生成于17°N以南（见表2）。在晚季，冷年时150°E以东无台风生成，而在暖年有60%的台风生成于该区域。在中国南海，冷年的台风生成数（18）是暖年（7）的2.5倍。

为衡量生成位置的变化，我们检验了台风每个季度（年）的平均生成位置，见图6。我们用双样本t检验（Wilks 1995）分别对五类年份进行了统计显著性检验。零假设为每个异常年的平均生成纬度（或经度）等于正常年。结果显示（表3）对峰季和晚季（7-12月）而言，弱暖年和弱冷年与常年差异不大，只有强暖年和强冷年与常年差异显著。这一结论只对峰季和晚季适用。在峰季，强暖年的平均发生位置均在16°N以南，而强冷年都在20°N以北（见图6a），它们的平均纬度相差6°。在晚季，强暖年和强冷年的台风发生位置在东西方向上明显地分开，经度相差约18°（见图6b）。对整个峰季和晚季（7-12月）而言，强暖年的台风平均发生位置比强冷年南偏5°，东偏11°（见图6c）。

由于极端事件的分布，峰季期间的季均台风平均发生纬度与Nino-3.4区海温距平高度相关（相关系数= -0.80，见图7a）。晚季的台风平均发生纬度也与Nino-3.4区海温距平显著相关（= 0.69）。

  1. 台风发生次数

厄尔尼诺最强的七年的台风平均发生次数为22.7，而拉尼娜最强的七年的台风平均发生次数为20.1。因此，即使是强厄尔尼诺和拉尼娜年，台风发生频数差异也不显著。但是，WNP东南和西北象限的台风发生次数与Nino-3.4区海温距平高度相关，比如在峰季，Nino-3.4区海温距平与东南象限台风发生次数的线性相关系数高达0.82，而与西北象限台风发生次数的线性相关系数为-0.61。

  1. 台风的平均寿命和发生频次

对每年而言，台风平均寿命是指所有在峰季和晚季（7-12月）产生的台风的平均存在时间。比较最暖的七年

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