2017, Vol. 41
2 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081
3 广西壮族自治区气象减灾研究所, 南宁 530022
4 广西壮族自治区气候中心, 南宁 530022
2 State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081
3 Guangxi Research Institute of Meteorological Disasters Mitigation, Nanning 530022
4 Guangxi Climate Center, Nanning 530022
热带辐合带(Intertropical Convergence Zone，简称ITCZ)是南北两副热带高压带之间气压最低、气流汇合的带区，其亦可被定义为热带对流带、气压槽和低层风场辐合带(Sadler，1975；Gadgil and Guruprasad，1990；Waliser and Gautier，1993)等等。ITCZ可分为两种类型：一类是信风槽，东北信风和东南信风之间的信风辐合带，其主要表现为一条辐合渐近线，其中的扰动通常不够活跃；另一类是季风槽，它是由西南季风与偏东信风形成的，槽中风速小，扰动较为活跃。
ITCZ的位置随季节变化而南北移动，且具有强的经向风切变并伴随强的对流。ITCZ通过经向风的辐合为热带气旋(TC)的生成提供大气低层的动力条件，且释放大量潜热，促进了热带气旋的发展。TC活动通常与ITCZ的变化联系在一起(孙淑清等，2007)。Gray(1968)及陈联寿和丁一汇(1979)指出，西北太平洋TC约80%在ITCZ中生成。
ITCZ与各种大气环流系统乃至与SST(Sea Surface Temperature)相互作用能导致西太平洋TC活动异常(谢安和叶谦，1994；仇永炎等，1999；何丽萍等，2006)。ITCZ的强弱和位置存在明显的年际变化。由于这种变化与西太平洋副热带高压的强弱和进退、南海和孟加拉湾的天气系统、中高纬度的天气系统活动异常等均有直接或间接的关系，故ITCZ的异常也能直接地或通过各种环流系统间接地对西太平洋TC活动产生影响(McBride，1995；丁一汇和莱特，1983；蒋乐贻和应明，2002；于玉斌和姚秀萍，2005；曹西等，2013)。ITCZ活动异常不仅能影响TC的生成，而且对其路径、登陆也起着重要的作用(宋文玲和何敏，1998；张庆云和彭京备，2003；刘舸等，2007)。
南海地区作为水汽源地和热源中心之一，对中国大陆的天气气候具有重大影响。南海ITCZ主要属季风槽型辐合带，是夏半年影响我国南方地区的主要天气系统之一。研究表明，南海ITCZ活动主要由大尺度流场决定。
由于资料的限制，关于南海ITCZ的研究工作并不太多。1984年，蒋全荣和余志豪(1984)分析了南海ITCZ的月平均天数，过程的持续时间，移动以及与TC的关系等天气气候学特征，发现ITCZ在南海地区的活动存在着准二周的周期振荡。随着资料的增多，1986年，蒋全荣等(1986)进一步分析了南海ITCZ的动力学和能量学特征，结果则表明，南海地区ITCZ在对流层低层存在大量水汽、潜热和全能量的水平辐合，垂直向上输送并在高层向副热带地区水平辐散开去。近年来，随着MICAPS资料的进一步完善，杨彩福(2003)利用1991～2001年的天气图和卫星云图进行了统计分析，发现ITCZ对南海气候影响显著，其主要表现在南海TC的纬度和个数与500 hPa的ITCZ的纬度和频率有着一致的逐月变化趋势；南海各站的降雨、相对湿度和温度与850 hPa的ITCZ关系密切。李淑君(2010)则结合天气图及相关海区指标站实时资料，把南海ITCZ分为偏东型、偏西型、东西相连型和南压型4种类型，并得出这4种类型的出现与其组成气流和所在季节有密切关系，且对南海不同海区天气的影响有较大差异。
以上分析表明，TC与ITCZ活动联系紧密。尽管关于南海ITCZ已有一些研究，但南海ITCZ与TC活动的关系仍不十分清楚。由于每年ITCZ的位置和强弱不同，且不同区域的ITCZ也存在较大差异，故有必要研究南海地区的ITCZ的活动。然而，目前的研究大多是针对整个西太平洋海域的ITCZ变化及其对整个西太平洋TC的影响，而针对南海海区ITCZ异常变化及其生成于南海TC的影响的研究相对较少。因此，南海ITCZ的年(代)际变化如何，不同异常强度的南海ITCZ年及其位置变化对于南海TC活动有怎样的影响等仍不清楚。为此，本文首先定义一个南海ITCZ强度指数，进而确定南海ITCZ的异常强、弱年份，研究生成于南海即非移入性的南海TC分别在异常强、弱南海ITCZ年的活动特征，尝试揭示南海ITCZ年(代)际变化与南海TC活动异常的关系及其物理机制。
2 资料与方法本文选用的资料为：(1)美国NOAA提供的向外长波辐射(Outgoing Long-wave Radiation，简称OLR)月平均资料和逐日资料；(2)NCAR/NCEP再分析大气环流逐月资料(Kistler et al.，2001)，包括风场、位势高度场、海平面气压场等，以上物理量的分辨率是2.5°×2.5°；(3)美国NOAA提供的逐月海表温度资料，水平分辨率为2°×2°，共35年；(4)TC资料取自中国台风网(http://www. typhoon.gov.cn[12])“CMA- STITC最佳路径数据集”提供的TC定位资料。这些资料的时间长度均取为1979～2013年。
本文所选取的南海海域范围是(5°N～20°N，105°E～120°E)。非移入性南海TC是指在此海域内生成的(包含边界上生成的)，包括热带低压(TD；中心风速≥10.8 m s-1)在内的所有TC个例，但不包括这个海域范围外生成后移入的TC。分别使用合成分析、低通滤波等方法分析南海ITCZ的异常变化与非移入性南海TC活动之间的关系。
3 南海ITCZ的年(代)际变化 3.1 南海ITCZ的气候特征南海海域范围内的ITCZ主要涉及赤道地区的西风气流、副热带高压南侧的偏东风和越赤道气流。在天气图上，根据低层风场所定的ITCZ与OLR低值所在位置比较一致，而且OLR分布图可清楚地反映ITCZ上一些强的对流区域(谢安和叶谦，1987)。因此本文中ITCZ的强度与位置主要用OLR来表征。首先计算1979～2013年共35年间南海区域(5°N～20°N，105°E～120°E)的气候平均OLR值，并以平均值＜240 W m-2作为衡量ITCZ强弱的阈值。从35年南海ITCZ纬度—季节演变得知(图 1)，5月份开始，OLR值突减(＜240 W m-2)，240 W m-2线一直延伸到20°N以北，此时ITCZ开始增强，6～9月南海ITCZ进入强盛期，深对流的OLR值最小可达到205 W m-2以下，鼎盛期的8月份OLR值≤220 W m-2的深对流区域可以达到20°N；10月份，ITCZ中心逐渐南移到12°N 以南，强度同时减弱，OLR值在12月增强，ITCZ进入相对较弱期。
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图 1 1979～2013年（a）南海ITCZ强度的纬度—月份演变以及（b）5～11月850 hPa平均风场（单位：m s-1）及向外长波辐射（OLR；填色；单位：W m-2） Figure 1 (a) Latitude-month evolution of climatological mean ITCZ strength in SCS (South China Sea), (b) climatology of winds at 850 hPa (streamlines; units: m s-1) and OLR (Outgoing Long-wave Radiation; shaded; units: W m-2) averaged over the period from May to November over the period of 1979 to 2013 |
这里主要选取南海区域(5°N～20°N，105°E～120°E)作为研究TC生成的关键区域。南海和西北太平洋区域TC生成的年(代)际变化和季节变化存在较大的区域差异性。如果笼统地把西太平洋TC(包括南海)作为一个整体进行研究，将不利于分析研究影响TC生成的环流系统，也不利于理解TC的成因机理(孙淑清等，2007；李雪等，2010；赵军平等，2012)。统计多年的南海TC频数可知，35年间，南海地区生成的TC共有169个，频发季节主要集中在5～11月份，共有159个，占总生成频数的94.6%，12～4月的南海TC频数相对较少。据此，这里主要选取5～11月南海TC活跃季作为研究时段来进行计算分析。
基于上述分析，可用ITCZ上的OLR来表征ITCZ强度，这里分别计算了1979～2013年共35年间南海范围(5°N～20°N，105°E～120°E)和相邻海域即西太平洋(5°N～20°N，120°E～150°E)以及整个西太平洋海域 [包括南海(5°N～20°N，105°E～150°E)]范围内的ITCZ上的OLR与南海TC的相关关系。计算结果表明，南海TC生成频数与南海段的ITCZ强度的相关系数为－0.40，而与西太平洋范围(不包括南海)的ITCZ强度的相关仅为－0.24，与整个西太平洋海域(包括南海)的相关为－0.29。由此可知，南海海域的ITCZ强度与南海TC发生频数的相关较高，南海ITCZ可能对南海TC的影响更大。所选地区的ITCZ年(代)际变化和南海热带气旋频数的年(代)际变化确实具有显著联系。当南海地区对流活动强时，热带气旋生成频数也随之偏多，对流活动弱时，热带气旋生成频数偏少。因而本文主要选取南海段的ITCZ作为研究对象，探寻南海ITCZ的年(代)际变化及其与非移入性南海TC的各种关系。
3.2 南海ITCZ的年际/年代际变化1979～2013年每年的5～11月份，南海区域(5°N～20°N，105°E～150°E)均处于热带辐合带对流上升区，为南海TC生成的活跃季节。南海ITCZ的强弱程度逐年不同，具有非常明显的年际变化。从OLR变化(图 2)可看出，1990年代后期有一个明显的增强过程，最强年出现在1998～2001年间，最强深对流时的OLR≤220 W m-2值的区域能一直往北伸展到18°N左右，而1982、1983和1997年相对较弱，基本没有深对流的区域。
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图 2 1979～2013年南海（SCS）ITCZ强度（单位：W m-2）的纬度—时间演变 Figure 2 Latitude-time cross section for the intensity (units: W m-2) of ITCZ in SCS from 1979 to 2013 |
为分析南海ITCZ的变化，这里定义南海ITCZ强度指数，即取南海区域(5°N～20°N，105°E～150°E)面积平均的OLR标准化后的距平值，可以用ISCSITCZ来表示，即：
| ${I_{{\rm{SCSITCZ}}}} = \frac{{{x_{{\rm{OLR}}i}} - {{\bar x}_{{\rm{OLR}}}}}}{{{S_{{\rm{OLR}}}}}}$ | (1) |
其中，xOLRi表示5～11月平均的南海区域各年的OLR值，xOLR为xOLRi的多年平均值，S为均方根，即
ISCSITCZ为负值表示OLR偏低，ITCZ中对流活跃且偏强，其为正值时则相反。后文将以该指数作为衡量南海ITCZ强弱变化的指标，并据此进一步讨论南海ITCZ的强弱变化对南海TC的影响。
南海ITCZ强度的年际变化显著。这可由南海ITCZ强度指数ISCSITCZ的逐年演变(图 3a)清楚地看出，且其强弱变化趋势与南海非移入性TC生成频数有很好的对应关系。通过南海ITCZ强度指数ISCSITCZ序列的小波变换功率谱分析(图 3b)可知，南海ITCZ强度存在准2～3年的周期变化。1980年代末和2000年代中期存在显著的准2年周期，而准3年周期在1990年代中末期比较显著。若以正负0.5个标准差作为选取异常强弱年的标准，ITCZ异常偏强年共有13年，异常偏弱年有12年，具体见表 1。需要说明，在后续的合成分析中，除非有特别说明，否则强/弱年中南海TC存在日期并未剔除，并且，年代际信号亦未被滤除。因此，本文的分析主要针对实际的ITCZ强度变化与南海TC活动的关系而言。
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图 3 1979～2013年（a）南海5～11月份ITCZ强度（直方）和TC频数（曲线）的年际变化以及（b）ITCZ强度序列Morlet小波变换功率谱（阴影部分表示通过90%信度统计，打点区是小波变换受边界影响的区域） Figure 3 (a) Interannual variation of the ITCZ intensity (histogram) and TC frequency (curve) in SCS during the period from May to November and (b) the Morlet wavelet transform power spectrum for the time series of ISCSITCZ from 1979 to 2013. Shaded areas are for values significant at and above the 90% confidence level. The dotted area represents the cone of influence |
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表 1 南海ITCZ偏强和偏弱年 Table 1 Stronger and weaker ITCZ years in SCS for composite analysis |
南海ITCZ生成频数与ITCZ强度变化有较好的联系。利用高斯低通滤波器，滤除9年及以上周期扰动后，南海TC生成频数与南海ITCZ强度变化的相关系数为－0.63，如果不作任何滤波，两者相关为－0.40(图 3a)。这说明在年际时间尺度上，南海TC的频数与ITCZ强度变化联系密切，即南海ITCZ强度增强，南海TC频数也增多，反之则减少。
在年代际及更长时间尺度上，南海ITCZ强度变化与南海TC生成频数的关系较为复杂。利用高斯低通滤波器滤除9年以下的年际变化后得到图 4，图中当南海ITCZ强度曲线下降(上升)时，表示ITCZ增强(减弱)。由图 4知，ITCZ从1970年代末期到近期，南海ITCZ强度和TC频数均存在年代际波动，并且这两者也呈反位相关系。然而，自1970年代以来的长期趋势却显示出另外一种不同的关系。可以看到(图 4)，南海ITCZ强度存在趋势性加强，尤其是2000年以后，ITCZ增强更为明显，然而，南海TC频数却是缓慢减少。这种ITCZ越强而TC发生频数越小的现象的成因目前还不能找到合理的解释。
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图 4 低通滤波的逐年5～11月南海ITCZ强度（菱形）、剔除TC日之后的ITCZ强度（空心矩形）以及南海TC频数（三角形）的年代际变化曲线。实直线和虚直线分别为南海TC频数和ITCZ强度的线性趋势 Figure 4 Low-pass filtered time series of SCS ITCZ intensity (line with rhombus) and that under no TC influences (line with hollow square), and SCS_G (South China Sea-generated) TC frequency (line with triangle) during the period from May to November. The solid (dashed) line represents the linear trend of SCS_G TC frequency (SCS ITCZ intensity) |
为进一步了解ITCZ强度与TC发生频率的关系，在分析之前，将TC事件从时间序列中剔除。计算发现，如果不滤除年代际变化和长期趋势，剔除TC日前的南海ITCZ强度时间序列(1979～2013年5～11月南海ITCZ强度逐年平均值)与剔除南海TC日后南海ITCZ强度时间序列之间的相关为0.71，表明剔除TC日前后，ITCZ强度序列的基本特征变化不大。如果对经剔除TC日前后的南海ITCZ的逐年平均强度时间序列进行低通滤波(所得结果见图 4)，则滤除年代际变化和长期趋势后的南海ITCZ强度时间序列所示年际变化之间的相关变为0.81，表明年代际和长期趋势至少有一个因素产生了作用，使得未滤波时的相关系数较小。但是，无论是0.71还是0.81的高相关系数均表明，TC存在日是否被剔除，并不改变南海ITCZ强度年均指数年(代)际变化的基本特征。但是遗憾的是，计算表明，在剔除了TC后得到的ITCZ的逐年平均强度的时间序列与南海TC频数的相关系数仅为0.08，相关很小。这说明了剔除TC日后ITCZ的强弱与否与TC的发生与否并无必然联系。但是，毫无疑问，某些ITCZ中会产生TC而某些则不能。为什么会如此，仍有待未来对ITCZ进一步分类后再进行深入分析。
4.2 ITCZ强度异常与南海TC源地为了说明南海ITCZ强度异常对南海TC生成和发展至最强时的地理位置有无影响，这里统计了南海ITCZ强、弱年南海TC生成和发展到最强时地理位置的平均结果，发现两者之间的均值仅在80%～85%的信度上显著。这一结果表明南海ITCZ强度的异常对南海TC生成的源地和发展强盛的区域影响在较低信度水平上具有一定指示意义。
南海ITCZ 位置和强度的变化对南海TC生成源地的影响有多大呢？分别用各月区域内OLR最低值上的格点的经度和纬度来表示ITCZ轴线的位置。计算发现，ITCZ轴线与南海TC生成时的纬度平均值的相关是－0.73(超过99%信度)，与经度平均值的相关为－0.10，说明ITCZ的位置影响南海TC的生成源地，对纬度的分布影响更大。进一步计算各月ISCSITCZ与对应的南海TC源地位置的相关可知，ISCSITCZ与南海TC生成源地纬度值的相关是－0.82(超过99%信度)，而与经度值的相关仅为－0.04，说明ISCSITCZ越大，南海TC的生成源地就越能伸展到较高的纬度。计算还发现，异常偏强年的南海ITCZ的位置和强度分别与南海TC源地的位置的相关比弱年的相关高。
4.3 ITCZ强度异常与南海TC维持时间南海TC的维持时间与南海ITCZ强弱是否存在显著联系？统计发现，异常偏强年的南海TC维持时间的平均是111.2小时，弱年仅为107.5小时。尽管两者均未能通过95%的信度检验，但仍说明在一定程度上强、弱南海ITCZ异常与南海TC的维持时间间存在可能的联系。
4.4 ITCZ强度异常与南海TC路径和强度在对路径的影响上，强、弱年的南海TC的移向差别并不是非常明显(图略)，两者都是西行和西北行路径占绝大多数，其中强ITCZ年往北或者东北行的TC数量有10个，占全部频数的14.7%，较弱年的12.5%偏多一些。而通过计算在南海ITCZ强、弱年生成的南海TC在整个生命过程中所能达到的最大风速的平均值发现，强、弱年间差别很小(强年为22.84 m s-1，弱年为22.79 m s-1)，说明南海ITCZ的强弱变化对于南海TC的强度影响并不明显。
综上所述，南海ITCZ强弱对非移入性南海TC的频数有显著影响。南海ITCZ强度异常强年有利于TC的生成，反之，南海ITCZ强度异常偏弱年的南海TC频数偏少。南海ITCZ强弱异常对非移入性南海TC源地、维持时间以及南海TC的路径和最大强度的影响并不明显。
5 影响机制南海ITCZ有明显的年(代)际变化，而这种年(代)际尺度上强度变化的产生必然与大气动力和热力变化有明显的关系。很多研究也表明(Gray，1979；丁一汇和莱特，1983；Wu and Lau，1992；Watterson et al.，1995；吴胜安等，2011)，只有热力因子和动力因子相互配合，共同作用，才能构成有利于TC生成活动的背景条件。南海ITCZ年(代)际变化与南海TC活动特征的联系可通过结合强、弱南海ITCZ异常年各个要素的不同特征，并通过合成分析大尺度环流背景和海温异常等动力和热力的变化特征来揭示。
5.1 环流异常 5.1.1 季风槽及低层涡度大尺度环流的动力作用对ITCZ的影响以及TC的生成都非常重要。ITCZ在动力学上表现为对流层低层东西风的强辐合带。就强、弱南海ITCZ年所对应的季风槽位置和强弱而言。利用1979～2013年5～11月强、弱南海ITCZ年合成了850 hPa平均流场。由图 5可知，强南海ITCZ年的季风槽基 本位于南海区域，槽线位置相对于整个西北太平洋来说，异常偏西和偏南，它的最东端只伸展到120°E附近，槽区的气流与南海ITCZ深对流区配合较好。而在弱南海ITCZ年，相对所讨论的南海区域而言，较强的槽线切变区基本位于120°E以东的西北太平洋海区，槽线与ITCZ深对流区的配合不够紧密，深对流较弱。
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图 5 （a）强、（b）弱南海ITCZ年合成的850 hPa平均流场和OLR（阴影区表示OLR平均值，单位：W m-2），圆点区表示超过95%信度水平的OLR，黑色箭头代表超过95%信度水平的风场 Figure 5 Composite means of streamline fields at 850 hPa and OLR (shaded areas, units: W m-2) for (a) strong and (b) weak ITCZ years. The dotted areas are for OLR values significant at and above the 95% confidence level. The bold arrows denote horizontal wind fields that are significant at/above the 95% confidence level |
低层正的绝对涡度有利于TC的生成和维 持。这里对比分析了强、弱南海ITCZ年的低层涡度差异情况。从南海ITCZ异常偏强年与异常偏弱年的5～11月850 hPa上的涡度差值(图 6)可以看到，我们所讨论的南海区域基本都为正值，说明整个南海地区在ITCZ异常偏强年比ITCZ异常偏弱年低层绝对涡度强。且正值中心位于区域比较偏南的海面，为南海TC在较南的海面上生成发展和维持提供了有利的动力条件。对流层低层有强的正涡度，由于摩擦产生辐合，从而产生上升运动，促使不稳定能量释放，积雨云发展，进而有利于TC的发生发展。因此在南海ITCZ异常偏强年的对流层低层季风槽偏南，对应着较大的正涡度区，有利于南海TC较ITCZ异常偏弱年生成频数偏多，而一些TC个例的源地也能在较为偏南的位置上生成。
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图 6 强、弱南海ITCZ年850 hPa涡度差值（单位：10-7 s-1） Figure 6 Vorticity difference (units: 10-7 s-1) at 850 hPa between strong and weak ITCZ years |
ITCZ强、弱年间5～11月对流层高低层风场距平存在极其明显的差别。在ITCZ活动强年的200 hPa 上(图 7a)，南海地区存在明显的偏东风辐散气流，北部的亚欧大陆则存在很强烈的反气旋环流异常，而南海南侧一直到南半球有明显的偏南风异常，12°N附近的热带太平洋地区存在异常的气旋性环流，125°E以东的赤道太平洋地区存在强的西风异常。在对流层低层，反气旋性环流异常出现在120°E以东的18°N附近的热带太平洋地区(图 7c)，而南海—印度洋区域则存在气旋性环流异常，由南海南侧一直到南半球存在偏北风异常，125°E以东的赤道太平洋地区存在强的东风异常。由此，可以认为在南海ITCZ异常强的年份，对流层低层的南海—印度洋地区气旋性环流偏强且辐合气流亦偏强，南海地区东风异常偏强存在从印度地区穿越中南半岛直至南海—西太平洋的强大的ITCZ区，表现出ITCZ较为活跃。与气候平均的ITCZ位置相比，强南海ITCZ的位置略为偏北。这样分布有利于南海地区与南海附近的东风气流辐合上升而在高层辐散，从而有利于南海TC的发生发展。
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图 7 合成的（a、b）200 hPa和（c、d）850 hPa上的风场异常：（a、c）强南海ITCZ年份；（b、d）弱南海ITCZ年份。图中“C”表示气旋，“A”代表反气旋，粗箭头代表超过95%信度水平的异常风场 Figure 7 Composite means of wind anomalies at (a, b) 200 hPa and (c, d) 850 hPa for (a, c) strong and (b, d) weak ITCZ years. Labels “A” and “C” denote anticyclonic and cyclonic circulation, respectively. The thick arrows represent wind anomalies that are significant at/above the 95% confidence level |
弱ITCZ年情形则存在很大不同。在对流层上层(图 7b)，在南海地区存在明显的偏西北风异常，偏西北风异常一直向南延续到南半球。在140°E以东的20°N附近的太平洋地区存在异常的反气旋性环流距平且在130°E以东的赤道太平洋地区是强的东风异常。在对流层低层南海—印度洋区域存在明显的反气旋性环流异常(图 7d)，但140°E以东的18°N附近的热带太平洋地区则是气旋性环流异常。由南海南侧一直到南半球存在偏东 风异常且125°E以东的赤道太平洋地区亦存在强的东风异常。如此，在南海ITCZ异常弱时，南海地区低层为弱的异常反气旋性环流且伴有辐散，而在对流层上层则为辐合区。这说明了南海季风槽强度有所减弱，南海ITCZ也较弱，南海TC生成频数减少。
5.1.3 垂直环流强、弱南海ITCZ年5～11月ITCZ中存在整层的上升运动，但强年的上升运动更强烈且强年的极大值出现的高度高于弱年。由图 8可见，在强年，南海地区存在明显的垂直速度场负异常(图 8a)，在这个异常带南侧的赤道地区则为负的垂直速度场异常中心，而南海区域东侧的西太平洋地区存在明显的正的垂直速度异常。
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图 8 （a）强、（b）弱南海ITCZ 年500 hPa上垂直速度（ω） 距平合成（单位：hPa s-1）。圆点区表示超过95%信度水平 Figure 8 Composite means of anomalous vertical velocity (ω) at 500 hPa for (a) strong and (b) weak ITCZ years, respectively. The dotted areas are for values significant at and above the 95% confidence level |
在南海ITCZ强度偏弱的年份，其垂直速度异常的分布与强南海ITCZ年有显著不同(图 8b)，南海地区一直延续到其南侧的赤道地区都为很明显的正的垂直速度异常，下沉运动强烈，不利于南海TC的生成，相反，南海以东的西太平洋地区则是负的垂直速度场异常，上升运动强烈，对该区的TC生成发展有利。
5.1.4 引导气流与波列状高度场扰动南海ITCZ活动强、弱年5～11月份500 hPa位势高度距平的合成，呈现明显的不同(图 9)，即位势高度距平自低纬向高纬总是表现为“－＋－＋”的带状波列分布或者“＋－＋－”的反相分布。在南海ITCZ活动强年(图 9a)，赤道附近的南北半球低纬地区的都是负位势高度异常；东亚大陆整个地区出现正位势高度异常；在日本—鄂霍次克海上空是很强的负距平，位势偏低。在这种分布下，极涡偏西半球，鄂霍次克海高压减弱，同时就减弱了中高纬的经向型环流，有利于副热带高压偏北，以至西风带偏北和夏季风的推进偏北。这种高空大型环流异常有利于南海地区ITCZ的对流发展，热带气旋频数偏多。与强年的情况相反，弱南海ITCZ年(图 9b)，赤道附近的南北半球低纬地区的都为正位势高度异常；日本—鄂霍次克海上空则为强的正位势高度异常，此时西风带偏南，鄂霍次克海高压偏强，极涡偏在东半球，中高纬盛行经向环流，因而西风带偏南。这种环流异常使得热带气旋多发区的风速垂直切变增大，并抑制了ITCZ的对流发展，热带气旋频数偏少。
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图 9 （a）强、（b）弱南海ITCZ 年500 hPa位势高度距平合成（单位：gpm） Figure 9 Composite anomalies (units: gpm) of geopotential height at 500 hPa for (a) strong and (b) weak ITCZ years |
TC的移动路径很大程度上受到对流层中层气流的引导，副高的面积、强弱、脊线位置和具体形态等特征对TC路径具有重要影响(Harr and Elsberry，1995a，1995b；陈联寿，1977)。这里合成了南海 ITCZ活动强、弱年5～11月份500 hPa位势高度图(图略)，并且合成了35年5880 gpm线气候态的位置以及强、弱南海ITCZ年的5880 gpm线位置 ，分析发现，强、弱年两者与气候态的差异不很明显，可推断其对于南海TC的路径影响也差异不大，也就是南海TC的路径在强、弱年里都是以偏西和偏西北移动为主。但由于日本—鄂霍次克海上空存在很强的负距平，因而强南海ITCZ年的南海TC路径往东转向的较多，弱年则相反。
5.2 热力异常热力作用对ITCZ的影响以及TC的生成都非常重要。洋面上的ITCZ极大地受到下垫面海表温度异常加热的影响，ITCZ强弱不同所对应的海表温度分布也有差异。图 10为本文主要讨论的南海台风季(5～11月)的海表温度分布，以及其在强、弱年间的差异情况。
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图 10 （a）强、（b）弱南海ITCZ年台风季（5～11月）SST 距平场合成（阴影区，单位：℃）。圆点区信度水平高于95% Figure 10 Composite SST anomalies (units: ℃) in the typhoon season (May-November) in (a) strong and (b) weak ITCZ years. Dotted areas are for values significant at the 95% confidence level |
在台风季(5～11月)，强、弱南海ITCZ年所对应的海表温度异常分布是截然不同的。在强南海ITCZ年(图 10a)，海表温度分布非常类似于La Niña事件期的特征，在赤道东太平洋地区有冷舌状的负异常从南美洲的西海岸向西延伸展至赤道中太平洋，而在西北太平洋海区有较强的海表温度正异常。在弱南海ITCZ年(图 10b)，5～11月的台风季时，赤道中东太平洋有明显的海表温度正距平的存在，有类似于El Niño事件的海表温度分布，此时在西北太平洋海区为海表温度负异常分布。计算表明，ISCSITCZ与NINO3.4 指数的相关系数为0.81，与图 10所得吻合，亦与前人研究西太平洋TC活动时所得结论一致(潘怡航，1982；Rasmusson and Carpenter，1982；Chan，1985；李祟银，1987；何敏等，1999；王会军和范可，2006)。
6 结论本文通过定义南海ITCZ的强度指数，分析了南海ITCZ年(代)际变化对非移入性南海TC活动的影响，并探讨了与南海ITCZ年(代)际变化相联系的环境场的动力和热力特征，得到：
(1) 南海ITCZ的强弱具有非常明显的年(代)际变化。利用OLR强度定义了南海ITCZ强度指数ISCSITCZ，通过分析该指数，揭示出南海ITCZ强度存在准2～3年的周期变化，1980年代末和21世纪中期存在显著的准2年周期，而准3年周期在90年代中末期比较显著。南海ITCZ强度存在明显的年代际变化，同时还存在自1970年代至今的不断增强的长期趋势。
(2) 在南海TC活跃季(5～11月)，南海ITCZ的年际异常与南海TC的年频数存在显著的相关关系；南海ITCZ的年际异常对TC生成源地及TC维持时间影响不显著。南海ITCZ偏强，有利于南海TC的生成发展。南海ITCZ的强度变化比位置变化对南海TC生成频数的影响更大，而对南海TC源地南北分布的影响比东西分布的影响更大。在路径上，强、弱年的南海TC都是西行和西北行路径占绝大多数，两者差异并不明显。
(3) 强、弱南海ITCZ年动力环境存在较大的差异。强南海ITCZ年，季风槽位于南海区域，槽区的气流与南海ITCZ深对流区配合较好；对流层低层有强的正涡度，ITCZ的位置略为偏北。这种分布有利于南海地区与南海附近对流层低层的东风气流辐合上升而在高层辐散，从而有利于南海TC的发生发展，弱南海ITCZ年情况则相反。
强、弱南海ITCZ年的ITCZ中存在整层的上升运动，但强年的上升运动更强烈且强年的极大值出现的高度高于弱年的高度。在引导气流与波列状高度场扰动方面，南海ITCZ活动强、弱年也呈现明显的不同，两者的位势高度距平基本为反相分布。而35年间5880 gpm线气候态的位置以及强、弱南海ITCZ年的5880 gpm线位置的差异不很明显，因而对于南海TC的路径影响也差异不大。
(4) 强、弱南海ITCZ年海表面温度异常从前冬开始，于5～11月的TC季达到最强。当太平洋SSTA表现为La Niña特征时，也即赤道中东太平洋SST出现负异常，西太平洋暖池出现SST正异常时，南海ITCZ对流活跃(ISCSITCZ偏小)，南海TC生成频数偏多。当出现El Niño信号，赤道中东太平洋为SST正异常，西太平洋暖池出现SST负异常时，南海ITCZ关键区的对流偏弱(ISCSITCZ偏大)，南海TC生成频数偏少。
要说明的是：(1)南海ITCZ的强、弱异常变化与其相邻的西太平洋地区的ITCZ的强、弱变化有相当大的差异，大气环流背景场亦有显著不同(图略)，这种环流背景的不同如何不同地影响南海TC和西太平洋TC尚有待进一步研究；(2)ITCZ从1970年代末期到近期，有显著的强度增强的趋势，而南海TC频数却是趋势性地缓慢减少，且在2000年中后期以后的ITCZ强度持续增强，但是对应的南海TC频数增加却不明显，为何出现这种现象，还需进一步探讨；(3)本文在考虑ITCZ强弱变化时，基于TC与ITCZ存在相互作用，而未能将TC在南海地区存在的那些日期从资料中剔除，如若剔除这些TC存在的日期后，ITCZ的年(代)际变化与南海TC活动的关系如何，亦需要另文研究；(4)文中分析了热带太平洋海表温度异常与南海ITCZ强度的同期关系。考虑到海温的“记忆”能力也即海温慢变过程和影响的持续性，强、弱南海ITCZ年前冬(12～2月)的海表温度分布存在显著差异，表明南海ITCZ强度异常与否通常在前冬(12～2月)就已经热带中东太平洋地区存在前兆特征，这一前兆信号可为南海TC季TC发生频率的短期气候预测提供线索，因而需要进一步深入研究。
致谢: 向外长波辐射资料、NCAR/NCEP再分析大气环流逐月资料以及逐月海表温度资料取自美国国家海洋和大气管理局NOAA/OAR/ ESRL“http://www.esrl.noaa.gov/psd/[2014-12-01]”；TC资料取自中国台风网(http://www.typhoon.gov.cn[2014-12-01])“ CMA-STITC最佳路径数据集”；文中诸图由GrADS软件绘制。| [] | 曹西, 陈光华, 黄荣辉, 等. 2013. 夏季西北太平洋热带辐合带的强度变化特征及其对热带气旋的影响[J]. 热带气象学报, 29(2) : 198–206. Cao Xi, Chen Guanghua, Huang Ronghui, et al. 2013. The intensity variation of the summer intertropical convergence zone in western North Pacific and its impact on tropical cyclones[J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese), 29(2) : 198–206 DOI:10.3969/j.issn.1004-4965.2013.02.003 |
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