2018, Vol. 42
2 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室, 南京 210044
3 浙江省气象局, 杭州 310017
2 Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044
3 Zhejiang Provincial Meteorological Observatory, Hangzhou 310017
西北太平洋（简称西太）作为唯一全年都有热带气旋（Tropical Cyclone，简称TC）活动的区域，每年有30个左右的TC生成，其中80%能发展成为台风，并对韩国、日本、中国等国家产生不同程度的影响（陈光华和黄荣辉, 2006）。如2016年第18号台风“暹芭”席卷韩国济州岛及南部地区，造成10人死亡和失踪，同时导致商店、农田等多地遭受强风和暴雨灾害。因此，对西太TC活动的特点进行分析，掌握其活动规律，对减少其造成的损失具有重要意义。
近些年的研究表明ENSO（El Niño-Southern Oscillation，简称ENSO）和中高纬气候系统对台风活动有重要影响与预测意义。范可（2007）发现冬、春季北太平洋海冰面积对西太TC生成频次有显著的影响，冬、春季北太平洋海冰面积增大，则西太TC减少。王会军和范可（2006）以及王会军等（2007）指出6~9月西太TC生成频次同南极涛动（Antarctic Oscillation，简称AAO）呈反位相变化关系，而与北太平洋涛动（North Pacific Oscillation，简称NPO）呈同位相变化关系。Ho et al.（2005）则认为当AAO处在正位相时，南半球中纬（澳大利亚南部）产生巨大的反气旋性环流，南半球副热带信风与沿赤道活动的对流增加，使得热带气旋在东海和日本较为频繁。Chen et al.（2015）探讨了春季NPO对于TC活动的指示性作用。周波涛和崔绚（2014）在研究夏季北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，简称NAO）与西太TC频数之间的关系时发现两者的联系呈现由弱转强的年代际变化特征。此外，Zhou and Cui（2008）研究了春季Hadley环流与夏季西太TC频数的关系，发现两者之间呈显著的负相关，这实际上与春季东印度洋海温增暖，引起菲律宾海反气旋加强，抑制西太TC生成有关（Du et al., 2011; Zhan et al., 2011; Tao et al., 2012）。孙淑清等（2007）、周波涛和崔绚（2010）研究认为澳大利亚东侧的位势高度为负距平或澳大利亚东侧春季SST异常偏低会引起西太TC增多。
ENSO是影响西太TC活动年际变化的主要因子之一（Chan, 1985; Lander, 1994; Chen et al., 1998; Wang and Chan, 2002; Zhao et al., 2010, 2011; Tao et al., 2012）。El Niño发展年TC多生成于西北太平洋东南象限（0°~17°N，140°E~180°），强度偏强；La Niña发展年，TC多生成于西北太平洋西北象限（17°~30°N，120°~140°E），强度偏弱。其中，Wang and Chan（2002）还考虑到强El Niño与La Niña事件对西北太平洋TC活动的季节变化影响：7到9月份，TC生成的平均位置在强El Niño年中较La Niña年偏南，而10到12月份，TC生成的平均位置则较La Niña年偏东。ENSO事件不仅对TC的生成位置、生成频数、强度等产生影响，还影响着TC的移动路径等。Wang and Chan（2002）认为TC的移动路径在El Niño年以东北转向路径为主，La Niña年则以西移路径为主。Wu et al.（2004）在对ENSO事件下西太TC登陆活动的研究中发现El Niño年秋季（9、10、11月），在西北太平洋陆地区域登陆的TC数大大减少，除了日本、朝鲜半岛；而在La Niña年秋季，登陆中国的数量明显增加。El Niño衰减年，登陆中国南海西北海岸的TC增加，而登陆台湾、福建、浙江的TC减少（Du et al., 2011）；弱TC的生成偏少，在西北太平洋各个象限中均少于各个象限的气候平均值（陶丽和程守长, 2012）。上述研究表明ENSO对TC活动的影响存在显著性季节变化，并且全年TC频数的80%集中也多集中于夏秋两季（祝丽娟等, 2012）。基于上述现象，许多学者从机理角度对TC生成位置做出了一些解释。Wu et al.（2004）认为El Niño年秋季登陆数的减少可能是由于130°E附近500 hPa副高不连续，导致TC平均生成位置偏东；相反地，La Niña年秋季登陆数的增加则可能是因为有连续的500 hPa副高，使得TC平均生成位置偏西。Harr and Elsberry（1991, 1995）从季风槽的角度解释了西北太平洋季风对TC的生成与移动的影响。当西太季风槽强并向东延伸使得季风增强时，西太的垂直风切变、高低空辐散风、湿度、海温等为TC的生成提供有利条件，TC生成数比季风槽弱时多，且TC生成位置偏东；相反，季风槽弱时，TC生成位置偏西。
上述研究表明，西北太平洋TC生成、强度、移动与西北太平洋副高、东亚夏季风等有密切联系，而这些大尺度环流系统的变化往往与ENSO相关，不仅ENSO发展年对TC活动有显著影响，ENSO衰减年对TC的影响也不可忽视，并且对于路径的机理研究也需要进一步探讨。因此，本文将对西北太平洋TC路径在不同ENSO位相下的变化进行研究，具体内容如下：首先利用有限混合模型（Finite Mixture Model，简称FMM）算法对1979~2015年夏秋季西北太平洋的TC整条路径进行聚类并将ENSO分为四类位相；接着讨论不同ENSO位相下各类TC路径的变化规律。
2 数据与方法 2.1 数据来源TC数据是中国气象局（China Meteorological Administration，简称CMA）上海台风研究所（Shanghai Typhoon Institute，简称STI）的最佳台风路径数据集（Ying et al., 2014；http://www.tcdata.typhoon.gov.cn [2017-02-01]），包括每6 h定位时次的经度、纬度坐标和最大风速，数据集年限为1979~2015年共计37年。选取最大风速≥17.2 m s-1，生命史大于1天的808个西北太平洋TC作为研究样本。
同时，还采用了1979~2015年美国气象环境预报中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）每6 h一次的再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，提供各层标准等压面上的风场等再分析资料，垂直方向共有17层（Kalnay et al., 1996；http://www.esrl.noaa.gov/psd/ [2017-02-01]）。
此外，根据哈德莱中心海冰及海温（Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature，简称HadISST）资料中的1979~2015的月平均海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）资料（Rayner et al., 2003）。
2.2 FMM算法本文利用Gaffney（2004）开发的包含FMM聚类算法的MATLAB软件工具箱CCToolbox（http://www.datalab.uci.edu/resources/CCT [2017-02-01]），对西北太平洋的TC路径进行聚类分析。
FMM算法是一种无监督的通过曲线长度、形状及初始位置利用机器学习对曲线进行分类的算法，其特点是使用基本概率组成密度来模拟概率密度，特别是非高斯密度（Nakamura et al., 2009）。将TC路径抽象为曲线，根据每一条TC的移动轨迹、起始经纬度，利用多项式回归模型进行回归分析（Zhang et al., 2013）。假设所有路径数据集为Y，yi是第i个TC路径，由ni个经纬度坐标即观测到的TC位置组成：
| $ {y_i} = {\mathit{\boldsymbol{X}}_i}\beta + {\varepsilon _i}, {\varepsilon _i} \sim N(0, {\sigma ^2}I), $ | (1) |
然后，利用标记i将基于类（簇）的条件密度表示为P(yi|Xi)，其计算公式为
| $ P({y_i}|{\mathit{\boldsymbol{X}}_i}) = N({X_i}\beta, \sigma _i^2I), $ | (2) |
其中，Xi是由xi所求出的范特-蒙德矩阵，是一个n×p维的回归矩阵，β是p维回归系数，σ2为标准方差，
| $ {\mathit{\boldsymbol{X}}_i}{\rm{ = }}\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} 1\\ \vdots \\ 1 \end{array}\begin{array}{*{20}{c}} {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i1}^1}\\ \vdots \\ {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i{n_i}}^1} \end{array}\begin{array}{*{20}{c}} {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i1}^2}\\ \vdots \\ {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i{n_i}}^2} \end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \cdots \\ \cdots \\ \cdots \end{array}\begin{array}{*{20}{c}} {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i1}^p}\\ \vdots \\ {\mathit{\boldsymbol{x}}_{i{n_i}}^p} \end{array}} \right]. $ | (3) |
由FMM算法得到yi的混合密度函数：
| $ P({y_i}) = \sum\limits_{k = 1} {{\alpha _k}{p_k}\left({{y_i}} \right)} = \sum\limits_{k = 1}^K {{\alpha _k}{p_k}N({y_i}|{\mathit{\boldsymbol{X}}_i}{\beta _k}, \sigma _k^2I)}, $ | (4) |
其中，k为第k类，Pk为第k个类成分密度函数，αk为非负混合权重，总和为1。
TC路径的“形状和长度”是通过将每条路径观测点的经度、纬度的时间序列作为独立变量，用多项式回归函数进行拟合得到，并根据形状和长度的相似程度分为K个回归模型，每个模型具有不同的参数、回归系数和噪声矩阵，每一条TC路径分配给K个模型中的一个（Zhang et al., 2013）。
K值由对数似然值确定，对数似然性用来度量概率模型的拟合优度。Camargo et al.（2007a）根据似然值对K取6、7、8的结果进行对比，当K为6、8时，增大的幅度较大，且综合聚类的复杂度与可解释性，最终选择分为7类，其中四类为直线型路径，三类为转折型路径，Camargo et al.（2007b）探讨了ENSO发展年对每一类路径的影响。以同样的方式，本文经过对似然函数值的比较后，将1979~2015年的西北太平洋TC路径也聚为七类，其中两类为直线型路径，五类为转折型路径，与K-均值聚类结果一致（Yu et al., 2016）。本文所选数据年份（1979~2015年）为有卫星观测以来的TC最佳路径集，较Camargo研究的时间段TC数据更加可靠，而且本文不仅探讨了ENSO发展年，还研究了ENSO衰减年对路径的影响。
2.3 太平洋海表温度年际变化特征及ENSO位相确定对1979年到2015年的太平洋SST标准化距平（40°S~40°N，90°E~70°W）进行季节EOF分析（Wang and An, 2005）。从太平洋的海温距平（Sea Surface Temperature Anomaly, 简称SSTA）年际变化的空间分布第一模态可以看出（图 1a–d），赤道中东太平洋为一暖舌，第一年的夏季、秋季和冬季到第二年春季为一次El Niño发展事件，夏季（图 1a）开始发展，在冬季（图 1c）暖舌达到峰值，次年春季（图 1d）逐渐衰减，方差贡献为36.2%。
|
图 1 太平洋SSTA季节EOF（简称SEOF）分析第一特征向量场：（a）夏季（6~10月）；（b）秋季（9~11月）；（c）冬季（12~2月）；（d）春季（3~5月）。方差贡献率为36.2% Figure 1 Spatial patterns of the first SEOF (Seasonal Empirical Orthogonal Function) mode over the tropical Pacific Ocean: (a) JJA (June–July–August), (b) SON (September–October–November), (c) DJF (December–January–February), and (d) MAM (March–April–May). The variance of the first S-EOF mode is 36.2% |
图 2为相应的第一模态时间序列变化图，定义为ENSO指数。选取标准差大于0.8的年份作为El Niño发展年，接下来的一年为El Niño衰减年，标准差小于－0.8的年份作为La Niña发展年，接下来的一年为La Niña衰减年。因此选取1982、1986、1987、1991、1997、2009、2015这7年作为El Niño发展年，选取1983、1988、1992、1998、2010这5年作为El Niño衰减年，选取1984、1988、1998、1999、2007、2010、2011这7年作为La Niña发展年，选取1985、1989、2000、2008、2012这5年作为La Niña衰减年。其中，有些年份既是El Niño衰减年，又是La Niña发展年，如1988、1998、2010年（注：若发展年中有两年是连续的，则选择后一年的下一年作为衰减年，例如：1986、1987年均为El Niño发展年，则1987年的下一年即1988年为El Niño衰减年）。
|
图 2 第一特征向量场的标准化时间序列，定义为ENSO指数，虚线表示±0.8的标准差 Figure 2 Normalized time series of the principal component of the first S-EOF mode over the tropical Pacific Ocean, which is defined as the ENSO index. The dashed lines indicate ±0.8 standard deviation of the ENSO |
利用FMM算法对西北太平洋TC聚类结果如图 3，结合图 4的环流形势可以看出，图 3a与图 3b为西移型路径，分别为第一类（西太西移型）与第二类（南海西移型）；图 3c–g为转向型路径，分别为第三类（沿海转折型）、第四类（低纬转折型）、第五类（洋面转折型）、第六类（近海转折型）、第七类（日本海转折型）。第一类生成位置偏东（图 3a），命名为西太西移型，TC生成时刻季风槽主体位于（7°~12°N，135°~152°E）之间，且该类TC对应的副高在（27°N，112°E）附近出现不连续（图 4a）；第二类多在南海附近活动（图 3b），命名为南海西移型，发生频次为18.3%，是西移型路径中发生频次最多的（表 1），TC生成时刻季风槽主体位于（8°~17°N，120°~150°E）之间，较第一类偏北且偏西，副高脊线西伸点位于（30°N，120°E）附近，较第一类路径偏北。在西移型路径中，第一类TC生成位置偏东，第二类TC生成位置较第一类偏西，靠近南海区域（图 4b）。从生成与转折位置上来看：第三类为菲律宾海附近生成、我国沿海转折（图 3c），命名为沿海转折型，TC生成时刻季风槽主体在（10°~18°N，110°~150°E）之间，是转折路径中生成位置最偏西的，副高脊线西伸脊点西伸至（40°N，104°E）（图 4c）；第四类太平洋东南海域生成、琉球群岛附近转折（图 3d），命名为低纬转折型，在37年中发生比例为4.5%，是所有类别中发生频次最少的（表 1），由季风槽主体位置（5°~10°N，135°~170°E）可以看出，第四类路是转向路径中季风槽位置最偏东、偏南的，副高脊线西伸脊点位置在（128°E，25°N）附近（图 4d），因此该类TC生成位置位于西北太平洋东南洋面；第五类距台湾岛3600 km海域生成、距东京约2100 km洋面上转折（图 3e），命名为洋面转折型，该类TC生成时刻对应的季风槽位于（10°~18°N，138°~160°E）之间，副高西伸脊点大致位于（33°N，130°E）（图 4e）；第六类为西北太平洋东南海域生成、琉球群岛附近转折（图 3f），命名为近海转折型，TC生成时刻季风槽主体位于（5°~11°N，140°~168°E）之间，较第四类略偏西，副高西伸脊点（26°N，112°E）（图 4f）；第七类为距吕宋岛1900 km生成、距日本海500 km转折并于阿拉斯加湾附近消亡（图 3g），命名为日本海转折型，该类TC活动最为频繁，发生频次所占比例高达20.4%（表 1），TC生成时刻季风槽主体在（13°~20°N，120°~150°E）之间，第七类TC生成位置是转向路径中最偏北的，副高脊线西伸脊点位于（31.5°N，125°E）（图 4g）。五类转向路径不仅季风槽位置的不同，副高也存在一定的差异：第四类在128°E处副高出现不连续，第五类在130°E处副高出现不连续，第六类在112°E处副高出现不连续，第七类在125°E处副高出现不连续；而第三类副高西侧气流较为连续；从副高脊线位置来看，第三类路径副高偏北，第四类偏南。
|
图 3 通过FMM（有限混合模型）算法对1979~2015年6~11月西北太平洋的TC路径聚类结果：（a）西太西移型、（b）南海西移型、（c）沿海转折型、（d）低纬转折型、（e）洋面转折型、（f）近海转折型、（g）日本海转折型。红色实线为每条台风路径，路径上的黑色加粗曲线为平均路径，代表每一类路径的平均状况 Figure 3 The clustering results of TC tracks in the western North Pacific during June–November of the years 1979–2015 by FMM (Finite Mixture Model) algorithm: Show TC tracks of (a) WNP westward cluster, (b) South China Sea westward cluster, (c) coastal recurving cluster, (d) low latitude recurving cluster, (e) ocean recurving cluster, (f) offshore recurving cluster, and (g) Japan Sea recurving cluster, respectively. Red solid curves represent each individual TC track, and the black thick curves represent the mean tracks |
|
图 4 西北太平洋6~11月（a–g）第一到第七类TC生成时刻850 hPa流场（单位：m s-1）。黑色粗实线为季风槽，H表示副热带高压中心，黑色虚线表示平均路径 Figure 4 Streamlines (units: m s-1) at 850 hPa in the western North Pacific during June to November of the years 1979–2015 at TC genesis time only. (a–g) respectively represent Cluster-1, Cluster-2, Cluster-3, Cluster-4, Cluster-5, Cluster-6, and Cluster-7. Black thick solid curves represent the monsoon trough. H represents the center of subtropical high. The dashed curves represent mean tracks |
|
表 1 西北太平洋6~11月各类TC路径频次统计与不同ENSO位相的聚类占比统计 Table 1 TC Tracks frequency and cluster accounts in the western North Pacific during June–September of the years 1979–2015 |
表 1为不同ENSO位相的各类TC发生频次统计值，结果表明在不同ENSO位相下TC活动具有一定的差异：El Niño发展年以第六类（近海转折型）路径为主，且与气候态（表 1）相比，该类TC路径由12.6%增加为20.5%，增加幅度最大，第四类（低纬转折型）路径增加幅度为3.8%，仅次于第六类，因此西太东南海域生成的TC路径居多；第三类（沿海转折型）由原来的19.2%减少为11.5%，减少幅度最大。El Niño衰减年以第二类（南海西移型）路径居多，且较气候态时的18.3%上升为29.9%，增加了11.6%，增加幅度最大，且第五类（洋面转折型）与第七类（日本海转折型）路径也较为活跃，增加幅度均接近4%。La Niña发展年多为第七类（日本海转折型）路径，所占比例接近22%，其次为第二类（南海西移型）、第三类（沿海转折型），占比均为21.2%；值得注意的是，La Niña发展年增加幅度最大的并不是占比最多的第七类（日本海转折型)，而是第五类（洋面转折型），较气候态时增加了3.5%；并且第三类（沿海转折型）与第六类（近海转折型）的减幅分别通过了99%、95%置信水平的检验。La Niña衰减年，第三类（沿海转折型）路径活动最为频繁，且对比气候态时的19.2%增加了9.2%，第五类（洋面转折型）与第六类（近海转折型）的减幅也均通过了95%置信水平的检验。
ENSO事件是影响大气环流和气候异常的强信号，西太TC异常与大尺度环流异常密切相关（Chan, 2000; Zhan et al., 2011），而每个网格中的TC数量又与该网格中TC的生成数与移动到该网格的TC数相联系。因此，接下来进一步讨论不同ENSO位相下TC的生成和移动差异。
图 5为不同ENSO位相下西北太平洋TC网格点上的TC源地密度与总源地密度的差值场。El Niño发展年，西北太平洋东南海域（140°~170°E）为正值区，表明El Niño发展年TC在西北太平洋东南海域生成偏多。El Niño衰减年，南海、菲律宾附近为正值区较El Niño发展年明显增加，而东南海域负值区明显，表明TC多在西北太平洋西部海域生成。La Niña发展年，与El Niño衰减年类似，但140°~150°E之间的正值区明显减少。La Niña衰减年，越南、台湾岛与菲律宾以东洋面上正值区增加显著。
|
图 5 西北太平洋6~11月不同ENSO位相TC网格点源地密度与总密度差值场（单位：次/格距）：（a）El Niño发展年；（b）El Niño衰减年；（c）La Niña发展年；（d）La Niña衰减年。阴影区为通过90%置信水平检验的区域 Figure 5 Differences (units: times grid-1) between the TC genesis frequencies in different ENSO phases and the total TC genesis frequency in each 2.5°×2.5° grid box in the western North Pacific during June–November of the years 1979–2015: (a) El Niño developing years, (b) El Niño decaying years, (c) La Niña developing years, and (d) La Niña decaying years. Areas with the 90% confidence level are shaded in gray |
图 6为不同ENSO年西北太平洋TC网格点上的路径密度与总密度的异常场，结果表明：El Niño发展年，菲律宾西北部、太平洋东南海域，网格点上TC的路径频次存在大值中心，表明TC在该处活动频繁，以西太东南洋面生成并消亡路径为主。El Niño衰减年，路径密度大值区较El Niño发展年偏西，以南海附近生成（图 5b）并径直向西移动路径为主。La Niña发展年，东南象限的路径密度较El Niño发展年与El Niño衰减年呈现显著减少的趋势。La Niña衰减年，我国沿海地区与台湾岛附近洋面上的大值中心增强较为明显，登陆我国的TC增多，说明La Niña衰减年以沿海移动的路径为主。此外，纵观四类位相TC路径密度异常场，El Niño衰减年与La Niña发展年TC路径密度较El Niño发展年与La Niña衰减年少很多。
|
图 6 同图 5，但为路径密度与总密度差值场 Figure 6 Same as Fig. 5, but for differences between the TC track frequency and the total TC track frequency |
从环流场中，我们亦发现ENSO发展年与衰减年之间的差异。由于季风槽的形态分布、北侧副热带高压的位置与TC生成及特有的移动路径密切相关（高建芸等，2008）。因此，本文从大尺度环流场特征的角度，根据6~11月不同ENSO位相TC生成时刻850 hPa平均流场图上（图 7）季风槽、副高等系统的强弱和位置进行分析：El Niño发展年（图 7a），副高中心位置最偏西，季风槽主体平均位于5°~20°N之间，纬向上向东延伸至170°E，明显深入西北太平洋东南海域，TC沿副高引导气流西行或先西行后沿副高西侧的气流北折。El Niño衰减年，TC生成时刻，副高中心位置偏东，季风槽相对比较浅，主体平均位于5°~20°N之间，纬向上位于115°~145°E之间，受35°~40°N之间的高压中心南侧东北气流影响，El Niño衰减年以西行路径为多，登陆我国的位置偏南。La Niña发展年TC生成时刻季风槽相对比较浅，主体平均位于（5°~20°N，120°~140°E）之间，季风槽东北方向的东风穿过台湾使得TC沿副高引导气流西行或先西行后沿副高西侧的气流向北转向。La Niña衰减年季风槽主体平均位置在（10°~25°N，120°~145°E）之间，较前三个ENSO位相偏北，且受季风槽东北方向台湾以北的东风以及在副高西侧气流的引导下以北移的路径为多。
|
图 7 西北太平洋6~11月不同ENSO位相下TC生成时刻850 hPa流场（流线，单位：m s-1）与纬向风（填色，单位：m s-1）：（a）El Niño发展年；（b）El Niño衰减年；（c）La Niña发展年；（d）La Niña衰减年。黑色粗实线为季风槽，黑色虚线为平均路径 Figure 7 Streamlines (units: m s-1) and zonal wind (shaded, units: m s-1) at 850 hPa in the western North Pacific at TC genesis time only in different ENSO phases during June to November of the years 1979–2015: (a) El Niño developing years, (b) El Niño decaying years, (c) La Niña developing years, (d) La Niña decaying years. Black thick solid curves represent the monsoon trough. The black dashed curves represent mean tracks |
图 8为不同ENSO位相夏秋季TC生成时刻500~850 hPa加权引导气流（王长甫等, 1991），从季风槽、副高、引导气流位置与走向的角度，结合图 8可以对比出不同ENSO位相中TC的路径特征：El Niño发展年南海上空存在气旋性环流，并且850 hPa季风槽（图 7a）位置深入西北太平洋东南象限，因此TC多在近海区域转向。El Niño衰减年，副高南侧西风引导气流较强且向西偏移，加之低层中纬地区存在一高压系统（图 7b），使得TC以西行路径为多。La Niña发展年，副高中心位置较El Niño衰减年偏东，且季风槽相对较深，到达132°E，因此，该位相下TC生成位置较El Niño衰减年偏东，且受副高西侧引导气流影响，TC发生转向，加之在图 7c中可以看到南海上空引导气流由东南向转为西南向，有利于TC的北折。La Niña衰减年副高西侧的反气旋性与低纬处发生转向的引导气流有利于TC在我国沿海附近发生转向。
|
图 8 同图 7，但为850~500 hPa加权引导气流（流线，单位：m s-1）与纬向风（填色，单位：m s-1） Figure 8 Same as Fig. 7, but for weighted streamlines (vectors in m s-1) and zonal wind (shaded, units: m s-1) for 850–500 hPa |
图 9为西北太平洋夏秋季ENSO发展年、衰减年850 hPa季节平均风场差值场与相对涡度差值场，可以明显看到El Niño发展年低纬地区存在较强的正涡度区，且呈现明显的西风带，说明TC易在西北太平洋东南洋面生成。El Niño衰减年印度尼西亚以北、南海附近东风带明显，且该区域为一正涡度异常，因此该位相下TC易生成于南海海域。La Niña发展年与El Niño衰减年涡度异常场分布大致相似，但西北太平洋东南洋面的负涡度异常差异明显，La Niña发展年东南洋面负涡度更为显著，该位相下TC生成位置偏西，鄂霍次克海以南洋面西北转西气旋性环流有利于TC转折后向东移动。La Niña衰减年，菲律宾以北、台湾岛附近、沿海一带洋面上均为正涡度区，配合西南—东南的气旋性环流与东南—偏北反气旋性环流，利于TC在台湾附近、我国沿海一带海域生成，并有沿海转折的可能。
|
图 9 同图 7，但为夏、秋季节平均850 hPa风场（单位：m s-1）与相对涡度异常场（填色，单位：10-6 s-1） Figure 9 Same as Fig. 7, but for seasonal averages (from June to November) of wind (vectors in m s-1) and relative vorticity (shaded, units: 10-6 s-1) fields at 850 hPa |
ENSO对西北太平洋TC活动影响的研究一直受到研究者们的关注，为了进一步解释TC路径年际变化的物理机制，文章将1979~2015年夏秋季（6~11月）西北太平洋TC路径聚为7类，分析这7类路径在El Niño发展年、El Niño衰减年、La Niña发展年与La Niña衰减年的变化，以及其相应的流场，得到一些有意义的结论：
El Niño发展年，受季风槽位置偏西北太平洋东南象限且850 hPa副高中心最偏西的影响，TC多生成于西太东南海域，在我国近海区域发生转向，因此以第六类（近海转折型）路径为主；El Niño衰减年，受副高南侧稳定的加权引导气流与低层中纬地区存在高压系统的影响，TC多生成于西北太平洋西部海域，并在南海附近继续西行，故以第二类（南海西移型）路径为主；La Niña发展年，季风槽主体平均位于5°~20°N之间，TC源地集中在西北太平洋西南海域，且受南海南部加权引导气流由东南气流转为东北气流的影响，以第七类（日本海转折型）路径为主；La Niña衰减年，受偏北的季风槽以及加权引导气流中副高西侧的反气旋性与低纬处发生转向的引导气流影响，TC在我国沿海附近发生转向，以第三类（沿海转折型）路径为主。
值得注意的是，ENSO与强TC年频数的相关性有着年代际的变化。本文仅仅研究了ENSO对1979~2015年夏秋季所有西北太平洋TC路径分类的气候规律，而对于ENSO如何影响强TC路径的移动将是进一步要开展的研究工作。此外，ENSO分为中部型与东部型，本文着重探讨了东部型ENSO事件，对于中部型ENSO事件的研究不可忽视，这也将作为下一步要开展的研究工作。
Camargo S J, Robertson A W, Gaffney S J, et al. 2007a. Cluster analysis of typhoon tracks. Part Ⅰ:General properties [J]. J. Climate, 20(14): 3635-3653. DOI:10.1175/JCLI4188.1
|
Camargo S J, Robertson A W, Gaffney S J, et al. 2007b. Cluster analysis of typhoon tracks. Part Ⅱ:Large-scale circulation and ENSO [J]. J. Climate, 20(14): 3654-3676. DOI:10.1175/JCLI4203.1
|
Chan J C L. 1985. Tropical cyclone activity in the Northwest Pacific in relation to the El Niño/southern oscillation phenomenon [J]. Mon. Wea. Rev., 113(4): 599-606. DOI:10.1175/1520-0493(1985)113<0599:TCAITN>2.0.CO;2
|
Chan J C L. 2000. Tropical cyclone activity over the western North Pacific associated with El Niño and La Niña events [J]. J. Climate, 13(16): 2960-2972. DOI:10.1175/1520-0442(2000)013<2960:TCAOTW>2.0.CO;2
|
Chen D, Wang H J, Liu J P, et al. 2015. Why the spring North Pacific oscillation is a predictor of typhoon activity over the western North Pacific [J]. International Journal of Climatology, 35(11): 3353-3361. DOI:10.1002/joc.4213
|
陈光华, 黄荣辉. 2006. 西北太平洋热带气旋和台风活动若干气候问题的研究[J]. 地球科学进展, 21(6): 610-616. Chen Guanghua, Huang Ronghui. 2006. Research on climatological problems of tropical cyclone and typhoon activity in western North Pacific (in Chinese)[J]. Advances in Earth Science, 21(6): 610-616. DOI:10.3321/j.issn:1001-8166.2006.06.008
|
Chen T C, Weng S P, Yamazaki N, et al. 1998. Interannual variation in the tropical cyclone formation over the western North Pacific [J]. Mon. Wea. Rev., 126(4): 1080-1090. DOI:10.1175/1520-0493(1998)126<1080:IVITTC>2.0.CO;2
|
Du Y, Yang L, Xie S P. 2011. Tropical Indian Ocean influence on Northwest Pacific tropical cyclones in summer following strong El Niño [J]. J. Climate, 24(1): 315-322. DOI:10.1175/2010JCLI3890.1
|
范可. 2007. 北太平洋海冰, 一个西北太平洋台风生成频次的预测因子?[J]. 中国科学D辑:地球科学, 50(6): 851-856. Fan Ke. 2007. North Pacific sea ice cover, a predictor for the Western North Pacific typhoon frequency? (in Chinese)[J]. Science in China Series D:Earth Sciences, 50(8): 1251-1257. DOI:10.3321/j.issn:1006-9267.2007.06.016
|
Gaffney S J. 2004. Probabilistic curve-aligned clustering and prediction with regression mixture models[D]. Ph. D. dissertation, University of California, 391pp. https://wenku.baidu.com/view/0b462a1dc5da50e2524d7f16.html
|
高建芸, 张秀芝, 江志红, 等. 2008. 西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动[J]. 海洋学报, 30(3): 35-47. Gao Jianyun, Zhang Xiuzhi, Jiang Zhihong, et al. 2008. Anomalous western North Pacific monsoon trough and tropical cyclone activities (in Chinese)[J]. Acta Oceanologica Sinica, 30(3): 35-47. DOI:10.3321/j.issn:0253-4193.2008.03.005
|
Harr P A, Elsberry R L. 1991. Tropical cyclone track characteristics as a function of large-scale circulation anomalies [J]. Mon. Wea. Rev., 119(6): 1448-1468. DOI:10.1175/1520-0493(1991)119<1448:TCTCAA>2.0.CO;2
|
Harr P A, Elsberry R L. 1995. Large-scale circulation variability over the tropical western North Pacific. Part Ⅰ:Spatial patterns and tropical cyclone characteristics [J]. Mon. Wea. Rev., 123(5): 1225-1246. DOI:10.1175/1520-0493(1995)123<1225:LSCVOT>2.0.CO;2
|
Ho C H, Kim J H, Kim H S, et al. 2005. Possible influence of the Antarctic oscillation on tropical cyclone activity in the western North Pacific [J]. J. Geophys. Res., 110(D19): D19104. DOI:10.1029/2005JD005766
|
Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. 1996. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project [J]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77(3): 437-471. DOI:10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2
|
Lander M A. 1994. An exploratory analysis of the relationship between tropical storm formation in the western North Pacific and ENSO [J]. Mon. Wea. Rev., 122(4): 636-651. DOI:10.1175/1520-0493(1994)122<0636:AEAOTR>2.0.CO;2
|
Nakamura J, Lall U, Kushnir Y, et al. 2009. Classifying North Atlantic tropical cyclone tracks by mass moments [J]. J. Climate, 22(20): 5481-5494. DOI:10.1175/2009JCLI2828.1
|
Rayner N A, Parker D E, Horton E B, et al. 2003. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century [J]. J. Geophys. Res., 108(D14): 4407. DOI:10.1029/2002JD002670
|
孙淑清, 刘舸, 张庆云. 2007. 南半球环流异常对夏季西太平洋热带气旋生成的影响及其机理[J]. 大气科学, 31(6): 1189-1200. Sun Shuqing, Liu Ge, Zhang Qingyun. 2007. The influence of the circulation anomalies in the Southern Hemisphere on the tropical cyclone frequency in summer over the western Pacific and its mechanism (in Chinese)[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 31(6): 1189-1200. DOI:10.3878/j.issn.1006-9895.2007.06.14
|
陶丽, 程守长. 2012. 印度洋海盆增暖及ENSO对西北太平洋热带气旋活动的影响[J]. 大气科学, 36(6): 1223-1235. Tao Li, Cheng Shouchang. 2012. Impact of Indian Ocean basin warming and ENSO on tropical cyclone activities over the western Pacific (in Chinese)[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 36(6): 1223-1235. DOI:10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12031
|
Tao L, Wu L G, Wang Y Q, et al. 2012. Influence of tropical Indian Ocean warming and ENSO on tropical cyclone activity over the western North Pacific [J]. J. Meteor. Soc. Japan, 90(1): 127-144. DOI:10.2151/jmsj.2012-107
|
Wang B, An S I. 2005. A method for detecting season-dependent modes of climate variability:S-EOF analysis [J]. Geophys. Res. Lett., 32(15): L15710. DOI:10.1029/2005GL022709
|
Wang B, Chan J C L. 2002. How strong ENSO events affect tropical storm activity over the western North Pacific [J]. J. Climate, 15(13): 1643-1658. DOI:10.1175/1520-0442(2002)015<1643:HSEEAT>2.0.CO;2
|
王长甫, 余荣华, 刘福晓, 等. 1991. 多层加权平均引导台风路径预报方法[J]. 应用气象学报, 2(4): 434-439. Wang Changfu, Yu Ronghua, Liu Fuxiao, et al. 1991. A multiple-layer weighted mean steering method of the typhoon track forecast (in Chinese)[J]. Quarterly Journal of Applied Meteorology, 2(4): 434-439.
|
王会军, 范可. 2006. 西北太平洋台风生成频次与南极涛动的关系[J]. 科学通报, 51(24): 2910-2914. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2006.24.015 |
Wang Huijun, Fan Ke. 2007. Relationship between the Antarctic oscillation in the western North Pacific [J]. Chinese Science Bulletin, 52(4): 561-565. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2006.24.015
|
王会军, 孙建奇, 范可. 2007. 北太平洋涛动与台风和飓风频次的关系研究[J]. 中国科学D辑:地球科学, 50(7): 966-973. Wang Huijun, Sun Jianqi, Fan Ke. 2007. Relationships between the North Pacific oscillation and the typhoon/hurricane frequencies (in Chinese)[J]. Science in China Series D:Earth Sciences, 50(9): 1409-1416. DOI:10.3321/j.issn:1006-9267.2007.07.013
|
Wu M C, Chang W L, Leung W M. 2004. Impacts of El Niño-southern oscillation events on tropical cyclone landfalling activity in the western North Pacific [J]. J. Climate, 17(6): 1419-1428. DOI:10.1175/1520-0442(2004)017<1419:IOENOE>2.0.CO;2
|
Ying M, Zhang W, Yu H, et al. 2014. An overview of the China Meteorological Administration tropical cyclone database [J]. J. Atmos. Oceanic Technol., 31(2): 287-301. DOI:10.1175/JTECH-D-12-00119.1
|
Yu J H, Zheng Y Q, Wu Q S, et al. 2016. K-means clustering for classification of the northwestern Pacific tropical cyclone tracks [J]. Journal of Tropical Meteorology, 22(2): 127-135. DOI:10.16555/j.1006-8775.2016.02.003
|
Zhao H K, Wu L G, Zhou W C. 2010. Assessing the influence of the ENSO on tropical cyclone prevailing tracks in the western North Pacific [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 27(6): 1361-1371. DOI:10.1007/s00376-010-9161-9
|
Zhao H K, Wu L G, Zhou W C. 2011. Interannual changes of tropical cyclone intensity in the western North Pacific [J]. J. Meteor. Soc. Japan, 89(3): 243-253. DOI:10.2151/jmsj.2011-305
|
Zhan R F, Wang Y Q, Lei X T. 2011. Contributions of ENSO and East Indian Ocean SSTA to the interannual variability of Northwest Pacific tropical cyclone frequency [J]. J. Climate, 24(2): 509-521. DOI:10.1175/2010JCLI3808.1
|
Zhang W, Leung Y, Wang Y F. 2013. Cluster analysis of post-landfall tracks of landfalling tropical cyclones over China [J]. Climate Dyn., 40(5-6): 1237-1255. DOI:10.1007/s00382-012-1519-5
|
Zhou B T, Cui X. 2008. Hadley circulation signal in the tropical cyclone frequency over the western North Pacific [J]. J. Geophys. Res., 113(D16): D16107. DOI:10.1029/2007JD009156
|
周波涛, 崔绚. 2010. 澳大利亚东侧海温:西北太平洋热带气旋生成频数的预测信号?[J]. 科学通报, 55(31): 3053-3059. |
Zhou Botao, Cui Xuan. 2011. Sea surface temperature east of Australia:A predictor of tropical cyclone frequency over the western North Pacific? [J]. Chinese Science Bulletin, 56(2): 196-201. DOI:10.1007/s11434-010-4157-5
|
周波涛, 崔绚. 2014. 北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数关系的年代际变化[J]. 中国科学:地球科学, 57(5): 1026-1033. Zhou Botao, Cui Xuan. 2014. Interdecadal change of the linkage between the North Atlantic oscillation and the tropical cyclone frequency over the western North Pacific (in Chinese)[J]. Science China Earth Sciences, 57(9): 2148-2155. DOI:10.1007/s11430-014-4862-z
|
祝丽娟, 王亚非, 尹志聪. 2012. 热带MJO和ENSO对西北太平洋热带气旋影响研究综述[J]. 气象科技, 40(1): 65-73. Zhu Lijuan, Wang Yafei, Yin Zhicong. 2012. Review of modulation impacts of Madden-Julian oscillation and ENSO on tropical cyclone activities over western North Pacific (in Chinese)[J]. Meteorological Science and Technology, 40(1): 65-73. DOI:10.3969/j.issn.1671-6345.2012.01.014
|