2017, Vol. 22
2 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心, 北京 100190
2 Center for Monsoon System Research, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190
西北太平洋是全球高海温的海域之一，其上空也是全球热带气旋和台风（TCs）主要生成区域之一，据统计全球约1/3 TCs在此海域上空生成(Elsberry, 2004)。在西北太平洋上生成的TCs中一大部分向西和西北方向移动，并在中国、菲律宾、越南、日本和韩国登陆，并给这些国家造成严重的经济损失和重大人员伤亡。我国是世界上遭受TCs灾害最严重的国家之一。据统计，平均每年有7~8个TCs登陆我国东南沿海地区，个别年份可达到12个之多，给我国造成200多亿元人民币的经济损失和数百人的人员伤亡（黄荣辉和陈光华，2007）。
西北太平洋上空为什么是TCs易于生成的区域，这不仅是由于西北太平洋表层和次表层海温很高，满足TCs生成的热力条件，而且在夏秋季西北太平洋上经常是季风槽所在之处。西北太平洋季风槽不仅可以为TCs生成提供低层气流的辐合和气旋性相对涡度、高层气流的辐散，较小的垂直风切变以及充足的水汽等大尺度环境条件（Briegel and Frank, 1997; Ritchie and Holland, 1999; 曹西等, 2013; 冯涛等，2013; Cao et al., 2014），而且可以为TCs生成提供初始扰动和动力条件(Wu et al., 2012, 2014a, 2014b, 2015a, 2015b)。
西北太平洋季风槽是西北太平洋对流层低层夏秋季一个重要的环流系统。当亚洲西南季风爆发以后，从南半球吹来的偏南气流到了北半球，由于科里奥力的作用就会向东偏，并与亚洲西南季风叠加，从而在西北太平洋上空形成强的西南气流，因此，在热带西北太平洋上空对流层低层就会出现西南季风气流；并且，此西南季风气流在南海和西北太平洋上空与从热带东、中太平洋对流层低层吹来的偏东气流相遇时，将与东风气流合并沿西太平洋副热带高压的南部向西北方向吹，这就在南海和西北太平洋上空对流层低层形成季风槽。潘静和李崇银（2006）以及李崇银和潘静（2007）对南海季风槽和孟加拉季风槽的形成、结构及其对天气气候的影响做了深入研究。Feng et al. (2014)和冯涛等（2014）分析了西北太平洋季风槽年际变化对TCs生成大尺度环境因子变化的影响。并且，黄荣辉和陈光华（2007）以及Wu et al. (2012)和Chen and Huang (2008)分析了西北太平洋季风槽的年际变化及其对TCs活动的影响。最近，皇甫静亮（2016）研究了西北太平洋季风槽在20世纪90年代末发生的年代际跃变及其对TCs生成的影响。并且，黄荣辉等（2016）研究西太平洋暖池对西北太平洋季风槽和TCs生成年际和年代际变化的影响及其机理。
以上关于西北太平洋上空季风槽变化的研究主要集中讨论季风槽年际和年代际的变化，但关于它的季节变化研究还较少。年际变化方面的研究也主要是分析和比较一些典型年份的季风槽位置不同及其对TCs活动的影响，而关于它的强度的年际变化则研究较少。为此，本文利用ERA-Interim再分析资料分析西北太平洋季风槽的气候学特征以及它的强度季节和年际变化特征。
2 西北太平洋季风槽的气候特征 2.1 季风槽的气候特征正如引言中所述，西北太平洋季风槽是亚洲西南季风、跨赤道气流与西太平洋副热带高压南沿的偏东气流在热带西北太平洋汇合形成的一个大尺度气旋性环流系统。图 1是利用ERA-Interim再分析的风场资料和美国海洋大气管理局（NOAA）的对外长波辐射（outgoing longwave radiation，OLR）资料所分析的1979~2012年6~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流线分布和OLR分布。从图 1可以看到，西北太平洋季风槽从我国南海上空经菲律宾向东南延伸到145°E附近的西北太平洋上空，在槽的南边盛行西南季风气流，而在槽的北边盛行东南气流，在季风槽区有较强的对流活动，特别沿季风槽的槽线有明显的强对流活动中心。
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图 1 1979~2012年6~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流线和OLR（彩色）分布。风场资料取自ERA-Interim再分析资料（Dee et al., 2011），OLR资料取自NOAA的OLR资料集(Liebmann and Smith, 1996) Fig. 1 1979-2012 climatological means of 850-hPa stream field and outgoing longwave radiation (OLR, shaded) over the western North Pacific during the period of Jun-Nov. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
由于季风槽会使西北太平洋上空对流层环流和水汽以及垂直风切变产生重要变化，因此，分析季风槽与这些大尺度环境因子的关系是很有必要的。图 2a-d分别是1979~2012年6~11月平均的西北太平洋上空850 hPa气流的相对涡度、200 hPa气流的散度、700~500 hPa平均的相对湿度以及200~850 hPa垂直风切变。这些大尺度环境因子参照Feng et al. (2014)中所用计算公式而得到。从图 2a可以清楚看到：在6~11月我国南海上空对流层低层有一个较强的正相对涡度中心，而在西北太平洋（5°N~20°N，120°E~145°E）区域对流层低层上空有东西向带状正相对涡度的分布，这与图 1所示季风槽位置相吻合；并且，从图 2b-d也可以分别看到：在我国南海和西北太平洋（5°N~20°N，120°E~145°E）上空200 hPa有较强的正散度分布，在对流层中、下层有较大的相对湿度，即充足的水汽，对流层低层与对流层上层之间有较弱的垂直风切变。这表明西北太平洋季风槽会使西北太平洋上空对流层低层气流辐合加强、对流层高层气流辐散加强、对流层中、下层水汽充足、弱的垂直风切变，这些大尺度环境是利于西北太平洋上TCs的生成。
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图 2 1979~2012年6~11月平均的西北太平洋上空（a）对流层低层850 hPa的相对涡度（单位：10-6 s-1）、（b）对流层上层200 hPa散度（单位：10-6 s-1），（c）700~500 hPa平均相对湿度（%）以及（d）200~850 hPa之间风速的垂直切变（单位：m s-1）分布。风场和湿度资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011) Fig. 2 1979-2012 climatological means of (a) 850-hPa relative vorticity (10-6 s-1), (b) 200-hPa divergence (10-6 s-1), (c) 500-700-hPa relative humidity (%), and (d) vertical wind shear (m s-1) between 200 and 850 hPa over the western North Pacific during the period of Jun-Nov. Wind and humidity data are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011) |
为了更好地理解西北太平洋季风槽所在区域上空的环流的垂直分布情况，本文分析了沿5°N~20°N平均的西北太平洋涡度、散度以及垂直运动随经度和高度的分布（见图 3）。从图 3a可以看到：在南海和西北太平洋上空500 hPa以下的对流层中、下层是正的相对涡度，而在对流层300 hPa以上的上层有负的相对涡度分布，即此区域上空对流层中、下层气流是气旋性，而在对流层上层气流则是反气旋性，这表明季风槽主要位于南海和西北太平洋上空对流层的中、下层；并且，从图 3b可以看到：在南海和西北太平洋上空对流层400 hPa以下的对流层中、下层有负的散度分布，即此区域对流层中、下层气流有较强的辐合，而在此区域上空300 hPa以上的对流层上层有正的散度分布，即在南海和西北太平洋上空对流层上层有较强的辐散，这表明了在6~11月南海和西北太平洋上空对流层低层有强的季风槽，从而引起了此区域对流层中、下层气流辐合，而在对流层上层气流辐散。此外，从图 3c还可以看到，在南海西部和西北太平洋上空从850~250 hPa分别有明显的上升运动，特别在南海和西北太平洋季风槽区从700~250 hPa大气有很强的上升运动，其最强的中心位于140°E上空400 hPa附近，这与在图 3a和图 3b所示的环流涡度和散度分布相吻合。
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图 3 1979~2012年6~11月5°N~20°N平均的（a）850 hPa相对涡度、（b）200 hPa散度、（c）垂直速度的经度—高度剖面。风场资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011) Fig. 3 Longitude-height cross sections of (a) 850-hPa relative vorticity, (b) 200-hPa divergence, and (c) the vertical velocity averaged along 5°N-20°N during Jun-Nov of 1979-2012. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis (Dee et al., 2011). |
上述分析结果表明：正如图 4所示，从6~11月南海和西北太平洋上空的季风槽是从东南亚吹来的西南季风和从南半球吹来的跨赤道气流与从热带东、中太平洋上空沿西太平洋副热带高压南边吹来的东风气流相交汇而形成的一个对流层中低层的气旋性大尺度环流系统。它于6~11月在5°N~20°N附近的西北太平洋上空的维持，使得该区域对流层出现强的低层辐合和高层辐散、中、下层充足的水汽和弱的垂直风切变。这些为西北太平洋上空TCs生成提供有利的大尺度环境条件。
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图 4 西北太平洋季风槽及其周围环流特征示意图 Fig. 4 Schematic diagram showing the monsoon trough in the western North Pacific and its relationship to the background circulation |
一般把6~11月称为西北太平洋TCs生成季节，又称为台风季。然而，西北太平洋季风槽随着亚洲西南季风和从南半球来的跨赤道气流在西北太平洋的加强，在台风季有很明显的季节变化。为此，本节利用再分析资料分析西北太平洋季风槽的季节变化情况。
图 5a-c分别是热带西太平洋上空1979~2012年6~7月、8~9月、10~11月平均的对流层低层850 hPa水平流场和OLR分布。从图 5a可以看到：在6~7月，随着亚洲西南季风的爆发和来自南半球的跨赤道气流的北上，在南海和西北太平洋上空西太平洋副热带高压的西南部季风槽建立并发展东伸，槽线位于5°N~10°N，并呈西北—东南倾斜，季风槽可伸展到135°E附近，这期间在季风槽控制的（5°N~20°N，110°E~140°E）区域有小的OLR值，即有较强的对流活动，此时期正是西北太平洋TCs生成进入发展期；并且，从图 5b可以看到：到了8~9月，随着亚洲西南季风向西北太平洋中部或东侧上空伸展以及来自南北球的跨赤道气流继续北上和西太平洋副热带高压往北移动，这时期季风槽不仅向北移动，而且继续向东伸展，它控制了（10°N~20°N，110°E~150°E）区域，其槽线位于15°N附近，并呈西北—东南倾斜，在季风槽控制的区域OLR值比6~7月更小，这表明此时期西北太平洋上空有更强的对流活动在发展，即西北太平洋TCs生成进入旺盛期。此外，从图 5c可以看到：到了10~11月，由于来自南半球的跨赤道气流向南半球撤退，并且东亚冬季风（东北季风）南下到了南海，与图 5a和图 5b所示的季风槽相比，西北太平洋上空的季风槽衰减，并变成涡旋和辐合带，除了南海南部外，西北太平洋上空OLR值变大，这表明此时期西北太平洋对流活动变弱，西北太平洋TCs生成进入衰减期。
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图 5 1979~2012年（a）6~7月、（b）8~9月、（c）10~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流线和OLR（彩色）分布。风场资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011)，OLR资料取自NOAA的OLR资料集 Fig. 5 1979-2012 climatological means of 850 hPa stream field and OLR (shaded) over the western North Pacific in (a) Jun-Jul, (b) Aug-Sep, and (c) Oct-Nov. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and the OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
西北太平洋季风槽的季节变化对利于西北太平洋上TCs生成的对流层低层环流的涡度、对流层上层环流的散度、对流层中、下层的水汽和垂直风切变等大尺度环境因子会造成重要影响。为此，本节利用1979~2012年ERA-Interim再分析资料分析6~7月、8~9月和10~11月平均的西北太平洋上空对流层低层850 hPa的相对涡度、上层200 hPa的散度，700~500 hPa平均的相对湿度以及200 hPa与850 hPa之间的垂直风切变。
从图 6a可以看到：在6~7月，随着季风槽的建立和逐渐东伸，在5°N~10°N的西北太平洋上空对流层下层出现较强的气旋性相对涡度，这表明了此时期在季风槽控制区域上空对流层低层的大尺度环流存在着利于TCs生成的大尺度气旋性相对涡度；并且，图 6b显示了在赤道至15°N的西北太平洋上空对流层上层出现较大的正散度，这表明了此时期在季风槽控制区域上空对流层上层的大尺度环流存在着利于TCs生成的大尺度辐散；同时，在图 6c也显示了在赤道至15°N的西北太平洋、南海和我国东南沿海上空对流层中、下层有充足的水汽，这可以为西北太平洋上空TCs生成提供充足的水汽；此外，从图 6d可以看到，在南海和西北太平洋上空沿西太平洋副热带西南部以及西部的对流层存在着小的垂直风切变，这表明在沿西太平洋副热带高压西南侧的季风槽区域可以为TCs生成提供大尺度的风场垂直切变条件。
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图 6 1979~2012年6~7月平均的西北太平洋上空（a）对流层低层850 hPa的相对涡度（单位：10-6 s-1）、（b）对流层上层200 hPa的散度（单位：10-6 s-1）、（c）对流层700~500 hPa平均的相对湿度（%）和（d）对流层850~200 hPa之间的垂直风切变（单位：m s-1）分布。风场和水汽资料取自ERA-Interim再分析资料（Dee et al., 2011） Fig. 6 1979-2012 climatological means of (a) 850-hPa relative vorticity (10-6 s-1), (b) 200-hPa divergence (10-6 s-1), (c) 700-500-hPa relative humidity (%), and (d) vertical wind shear (m s-1) between 200 and 850 hPa averaged over Jun-Jul. Wind and humidity fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011) |
上述分析结果表明：在6~7月，随着亚洲西南季风的爆发和来自南半球跨赤道气流的北上，在我国南海和西北太平洋上空对流层低层会形成一个季风槽大尺度环流系统。在此时期，西北太平洋季风槽位于（5°N~15°N，110°E~140°E）的南海和西太平洋上空。季风槽控制区域不仅有较强的对流层低层气旋性相对涡度和较强的对流层上层辐散，而且对流层中、下层有充足的水汽以及较小的垂直风场切变。这些为此区域TCs生成提供有利的大尺度环境条件，从而使西北太平洋上空TCs生成在6~7月进入发展期。
把图 7a-d与图 6a-d相比较，其结果表明了到了8~9月，随着季风槽的向北推进，西北太平洋上空对流层低层强的气旋性相对涡度、对流层上层强的水平辐散以及对流层中、下层水汽含量充足的区域不仅向北移动到10°N~20°N区域，而且向东也有所伸展；并且，较弱的垂直风切变区域也向北、向西移动。这表明8~9月西北太平洋上TCs生成区域也向北推移，这正是西北太平洋TCs生成的旺盛期。此外，到了10~11月，正如图 8a-d所示，随着季风槽的衰减，西北太平洋上空对流层低层较强的气旋性相对涡度、对流层上层较强的水平辐散以及对流层中、下层水汽含量较大的区域明显向南撤退到5°N~10°N区域，强度也明显减弱；并且，较弱的垂直风切变也向南撤退。这表明10~11月西北太平洋TCs生成区域也向南撤退，此时期，西北太平洋上空TCs生成数量很少，可以说是西北太平洋TCs生成的衰减期。
从上述分析可以看到：西北太平洋季风槽有很明显的季节变化，它引起了西北太平洋上TCs生成的大尺度环境因子也相应有很大的季节变化，从而使西北太平洋TCs生成也相应有明显的季节变化。
4 西北太平洋季风槽强度的年际变化及其对西北太平洋TCs生成大尺度环境因子的影响受亚洲西南季风、跨赤道气流和西北太平洋副热带高压的影响，西北太平洋季风槽有很大的年际变化。黄荣辉和陈光华（2007）以及Chen and Huang (2008)指出：在西太平洋暖池偏暖时，西北太平洋季风槽位于西北太平洋的偏西、偏北侧，则西北太平洋上TCs生成的位置也在西北太平洋上空的偏西、偏北侧；而在西太平洋暖池偏冷时，西北太平洋季风槽位于西北太平洋的偏东、偏南侧，则西北太平洋上TCs生成的位置也在西北太平洋上空的偏东、偏南侧。并且冯涛等（2016）以2004年和2006年西北太平洋TCs生成位置、强度和热带波动特征不同为例，说明了西北太平洋季风槽位置不同对西北太平洋上TCs生成的影响。这些研究主要聚焦于季风槽位置的年际变化。本节着重研究西北太平洋季风槽强度的年际变化。
4.1 西北太平洋季风槽强度定义及其年际变化为了研究西北太平洋季风槽的年际变化，定义季风槽强度指数是很有必要的。为此，本节提出一个西北太平洋季风槽强度指数，即定义西北太平洋季风槽强度指数（简称MTI，记为IMT）为某年6~11月西北太平洋上空（5°N~20°N，135°E~165°E）区域平均的对流层低层850 hPa相对涡度
| ${I_{{\rm{MT}}}} = \frac{{\varsigma - \bar \varsigma }}{{\sqrt {{\sigma ^2}} }},$ | (1) |
从上式可看到：若IMT＞0，则西北太平洋季风槽偏强；相反，若IMT＜0，则西北太平洋季风槽偏弱。
图 9是应用上述定义和利用ERA-Interim再分析资料所计算的1979~2012年西北太平洋季风槽强度指数MTI的年际变化，从图 9可以看到：1979年、1980年、1982年、1986年、1987年、1989年、1990年、1991年、1992年、1993年、1994年、1997年、2001年、2002年、2003年、2004年、2006年、2009年MTI为正，即西北太平洋季风槽偏强；而1981年、1983年、1984年、1985年、1988年、1995年、1996年、1998年、1999年、2000年、2005年、2007年、2008年、2010年、2011年、2012年MTI为负，即西北太平洋季风槽偏弱。特别是1982年、1990年、1991年、1997年、2002年、2004年、2009年MTI为较大正值，即西北太平洋季风槽较强，这些年份的6~11月热带中东太平洋次表层海温偏暖，处于El Niño事件的发展期；相反，1984年、1988年、1998年、2007年、2008年、2010年MTI为较大负值，即西北太平洋季风槽较弱。这些年份的6~11月热带中东太平洋次表层海温偏冷，处于La Niña事件的发展期。
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图 9 西北太平洋季风槽指数（MTI）的年际变化 Fig. 9 Time series of the monsoon trough index (MTI) in the western North Pacific |
正如图 9所示，西北太平洋季风槽强度有很大的年际变化。为了研究与西北太平洋季风槽强度的年际变化相应的季风槽环流和对流活动的年际变化，本节分别对IMT＞0（见图 10a）和IMT＜0（见图 10b）的年份6~11月西北太平洋上空对流层低层850 hPa流场和OLR做合成分析。从图 10a所示的流线和OLR分布分别可以看到：在季风槽偏强的年份的6~11月，季风槽从南海上空对流层低层向东伸到西北太平洋东侧160°E附近上空的对流层低层，季风槽位置偏南并东伸，强对流活动分布也东伸到西北太平洋东侧；并且，从图 10b所示的流线和OLR分布分别可以看到：在季风槽偏弱年份的6~11月，季风槽向西北太平洋西北侧收缩，从南海上空对流层低层只东伸到西北太平洋135°E附近上空的对流层低层，强对流活动分布主要位于南海和西北太平洋西侧上空。
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图 10 对于季风槽（a）偏强年和（b）偏弱年6~11月平均的西北太平洋上空对流层低层850 hPa水平流场和OLR（彩色）合成分布以及（c）它们之差（彩色区域表示超过90%的显著性检验）。风场资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011)，OLR资料取自NOAA的OLR资料集(Liebmann and Smith, 1996) Fig. 10 850-hPa stream field and OLR (shaded) averaged over (a) strong monsoon trough years, (b) weak monsoon trough years, and (c) their differences during Jun-Nov. Colored areas in (c) indicate the difference exceeds the 90% confidence level. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and the OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
上述所分析的西北太平洋季风槽偏强与偏弱年季风槽环流和对流活动分布的差别可以从图 10c看到。正如图 10c所示，在季风槽强年，由于季风槽东伸，即亚洲西南季风偏强，东伸到西北太平洋中、东侧上空，故在热带西太平洋上空对流层低层两种情况环流之差值为西风，并由于在西太平洋副热带高压西部和南部高压偏弱，故存在气旋性环流之差值；并且，从图 9c还可以看到：在季风槽强年，由于西北太平洋季风槽所引起的强对流活动分布可东伸到西北太平洋东侧，因此在西北太平洋东侧上空两种情况OLR的差值为负值，这表明了在西北太平洋东侧上空强季风槽年的对流活动要比弱季风槽年的对流活动强。
为了更好地说明西北太平洋季风槽的年际变化特征，本节以1990年代西北太平洋季风槽强年的1990年和季风槽弱年的1998年（图 9）为例分析了这两年6~11月平均的西北太平洋上空对流层低层大尺度环流和OLR的分布。图 11a和图 11b分别是1990年和1998年6~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流场和OLR的分布。从图 11a和图 11b分别可以看到：在季风槽强的1990年6~11月，季风槽环流从南海上空东伸到西北太平洋东侧的160°E附近上空，位置偏南，小的OLR分布（即强的对流活动）也东伸到西北太平洋东侧；相反，在季风槽弱的1998年6~11月，季风槽环流向西北太平洋西部上空收缩，从南海上空向东只伸展到西北太平洋西侧上空，位置偏北，小的OLR分布（强的对流活动）也主要位于西北太平洋西侧上空。这些差别更加清楚表明了西北太平洋季风槽年际变化是很明显的。
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图 11 （a）1990年和（b）1998年的6~11月平均的西北太平洋上空对流层低层850 hPa水平流场和OLR（彩色）分布。风场资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011)，OLR资料取自NOAA的OLR资料集(Liebmann and Smith, 1996) Fig. 11 850-hPa stream field superimposed on OLR (shaded) for averages of (a) the year 1990 and (b) the year 1998 during Jun-Nov. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and the OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
上述分析结果表明：西北太平洋季风槽强度有很大年际变化，在季风槽强的年份、季风槽和强对流活动区位置偏南，并东伸到西北太平洋东侧上空，而在季风槽弱的年份，季风槽和强对流活动区位置偏北，并主要位于南海和西北太平洋西侧上空。
4.3 季风槽强度年际变化对西北太平洋TCs生成大尺度环境因子的影响西北太平洋季风槽强度的年际变化对于西北太平洋上空对流层低层的相对涡度、对流层上层的散度、对流层中、下层的水汽以及垂直风切变等TCs生成的大尺度环境因子有重要影响。为此，本节利用再分析资料分别分析季风槽强年和弱年上述西北太平洋TCs生成的大尺度环境因子的差别。
图 12a-c分别是对于季风槽强年和弱年6~11月平均的西北太平洋上空850 hPa气流相对涡度的合成分布以及它们之间的差值。从图 12a可以看到：在季风槽强的年份，与图 10a所示的季风槽环流相对应，从南海到西北太平洋东侧上空的对流层低层气流有很强的气旋性相对涡度；并且，若把图 12b与图 12a相比较，可以明显看到：在季风槽弱的年份，与图 10b所示的季风槽环流相对应较强的气旋性相对涡度只分布在南海和西北太平洋西侧上空，在西北太平洋中、东侧上空只有较弱的气旋性相对涡度分布。这两种情况相对涡度分布的差别可以明显反映在图 12c，正如图 12c所示，这两种情况在西北太平洋中、东侧有很强的气旋性相对涡度的差异。这可以说明在强季风槽的年份西北太平洋从中部到东侧上空对流层低层气流具有比季风槽弱年强的气旋性相对涡度，这也反映了在强季风槽年份西北太平洋从中部到东侧上空对流层低层的气流辐合比季风槽弱年的气流辐合强。
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图 12 对于季风槽（a）偏强年和（b）偏弱年的6~11月平均的西北太平洋上空对流层低层850 hPa环流的相对涡度合成分布以及（c）它们之差（彩色区表示通过90%的信度检验）。资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011) Fig. 12 Horizontal distributions of 850-hPa relative vorticity during (a) strong monsoon trough years and (c) their and (b) weak monsoon trough years and (c) their differences [shaded areas in (c) indicate the differences are significant above the 90% confidence level]. The data are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011) |
图 13a-c分别是对于季风槽强年和弱年6~11月平均的西北太平洋上空200 hPa环流的散度合成分布以及它们之间的差值。从图 13a可以看到：在季风槽强的年份，与图 10a所示的季风槽环流相对应，从南海到西北太平洋东侧上空对流层上层的气流有很强的水平辐散；并且，若把图 13b与图 13a相比较，可以明显看到：在季风槽弱的年份，与图 10b所示的季风槽环流相对应，较强的水平辐散主要分布在南海和西北太平洋西、中部上空，而在西北太平洋东侧上空其环流的水平辐散要比季风槽强年份的环流辐散弱。这两种情况的差异可以反映在图 13c。正如图 13c所示，这两种情况在西北太平洋东侧上空有正的散度差异，这表明在强季风槽年份，从南海经西北太平洋西侧和中部到东侧上空对流层上层的环流有很强的辐散。
图 14a-c分别是对于季风槽强年和弱年6~11月平均的西北太平洋上空对流层中、下层的相对湿度分布以及它们之间的差值。从图 14a可以看到：在季风槽强的年份，与图 10a所示的季风槽环流相对应，从南海经西北太平洋西、中部到西北太平洋东侧上空的对流层中、下层有较大的相对湿度，这表明此区域上空的对流层中、下层有充足的水汽；并且，若把图 14b与图 14a相比较，可以看到：在季风槽弱的年份，与图 10b所示的季风槽环流相对应，较大的相对湿度只分布在南海和西北太平洋西侧和中部上空的对流层中、下层，而在西北太平洋东侧上空对流层中、下层的相对湿度并不大，这表明在这种情况，从南海到西北太平洋西侧和中部上空对流层中、下层有充足的水汽，而在西北太平洋东侧上空对流层中、下层并没有充足的水汽。此外，从图 14c不仅可以看到，这两种情况的相对湿度在西北太平洋东侧上空有正的差值，在南海和西北太平洋西侧上空有负的差值，这说明在季风槽弱的年份西北太平洋东侧上空对流层中、下层的水汽比季风槽强的年份水汽含量小，但在西侧上空对流层中、下层大气的水汽含量比季风槽强的水汽含量大。
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图 14 同图 12，但为西北太平洋上空对流层700~500 hPa的平均相对湿度 Fig. 14 Same as Fig. 12, but for 700-500-hPa relative humidity |
图 15a-c分别是对于季风槽强年和弱年6~11月平均的西北太平洋上空对流层850 hPa与200 hPa之间的风场垂直切变的合成分布以及它们之间的差值。从图 15a可以看到：在季风槽强的年份，从西北太平洋上空西北侧到东南侧的对流层上、下层有较小的风场垂直切变；并且，若把图 15b与图 15a相比较，可以看到：在季风槽弱的年份，较小的风场垂直切变主要分布在西北太平洋西北侧和中部上空。此外，从图 15c可以更加明显看到这两种情况的差别，如图 15c所示，两者在西北太平洋中部上空有正的差值，而在西北太平洋的东南侧上空有负的差值，这表明了在季风槽弱的年份，小的风场垂直切变主要位于西北太平洋的西北侧和中部上空。
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图 15 同图 12，但为对流层200 hPa与850 hPa风场的垂直切变 Fig. 15 Same as Fig. 12, but for vertical wind shear between 200 and 850 hPa |
上述分析结果表明了西北太平洋季风槽强度的年际变化将会带来此区域上空对流层低层的相对涡度和对流层上层的散度、对流层中、下层的水汽以及风场垂直切变的年际变化，从而造成了西北太平洋TCs生成的年际变化。
5 西北太平洋季风槽强度年际变化对其季节变化的影响在本文第3节分析结果表明了西北太平洋季风槽有明显的季节变化。但是，受季风槽强度年际变化的影响，在季风槽强的年份与弱的年份，季风槽的季节变化特征是有所差别的。为此，本节将分析季风槽强度年际变化对季节变化的影响。
5.1 强季风槽的情况正如在本文第4节所述，在1979年、1980年、1982年、1986年、1987年、1989年、1990年、1991年、1992年、1993年、1994年、1997年、2001年、2002年、2003年、2004年、2006年、2009年西北太平洋季风槽偏强，下面分析在季风槽偏强年份季风槽的季节变化特征。
图 16a-c分别是对于季风槽偏强年份6~7月、8~9月以及10~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流线和OLR的合成分布。从图 16a可以看到：在季风槽强的年份，6~7月季风槽已从南海向东伸展到西北太平洋中部上空，位于5°N~15°N之间，在此区域有较强的对流活动；并且，从图 16b可以看到：到了8~9月，季风槽不仅明显向北移动到10°N~20°N的南海和西北太平洋上空，而且向东伸展到160°E附近的西北太平洋东侧上空，与此相对应，强的对流活动区域也随之北移到（10°N~20°N，110°E~160°E）的南海和西北太平洋上空。此外，从图 16c可以看到：到了10~11月，由于跨赤道气流向南撤退和偏东气流向西扩展，季风槽减弱南移，并变成气旋性涡旋，其中心位于（8°N，160°E）附近的西北太平洋上空，在此区域上空有较弱的对流活动分布。
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图 16 对于强季风槽年份（a）6~7月、（b）8~9月和（c）10~11月平均的西北太平洋上空对流层低层850 hPa流线和OLR（彩色）的合成分布。（d）-（f）同（a）-（c），但为弱季风槽的情况。风场资料取自ERA-Interim再分析资料（Dee et al., 2011），OLR资料取自NOAA的OLR资料集（Liebmann and Smith, 1996） Fig. 16 850-hPa stream field and OLR (shaded) over the western North Pacific averaged over strong monsoon trough years for (a) Jun-Jul, (b) Aug-Sep, and (c) Oct-Nov. (d) -(f) are the same as (a) -(c) but for averages over weak monsoon trough years. Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and the OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
根据本文第4节对季风槽强度的定义，1981年、1983年、1984年、1985年、1988年、1995年、1996年、1998年、1999年、2000年、2005年、2007年、2008年、2010年、2011年、2012年西北太平洋季风槽偏弱。下面分析在季风槽偏弱年份季风槽的季节变化特征。
图 16d-f分别是对于季风槽偏弱年份6~7月、8~9月和10~11月平均的西北太平洋上空850 hPa流线和OLR的合成分布。从图 16d可以看到：在季风槽弱的年份6~7月季风槽主要位于5°N~15°N的南海和西北太平洋西侧上空，并在此区域有较强的对流活动；并且，从图 16e可以看到：到了8~9月，季风槽不仅向北移动到10°N~22°N的南海和西北太平洋上空，而且向东伸展到145°E附近的西北太平洋中部上空，强的对流活动区域也随之北移到（10°N~22°N，110°E~150°E）的南海和西北太平洋上空。此外，从图 16f可看到：到了10~11月，由于跨赤道气流向南撤退，偏东气流沿西太平洋副热带高压的南沿向西扩展，季风槽减弱南移，并已变成涡旋，其中心位于（8°N，130°E）附近的西北太平洋西侧上空，并在此区域有较强的对流活动分布。
5.3 强与弱季风槽季节变化的差异从上述可以明显看到：强季风槽年份与弱季风槽年份，季风槽的季节变化有些差异。在季风槽强的年份，6~7月和8~9月季风槽东伸明显，强对流活动区域可以东伸到西北太平洋东侧160°E附近；而在弱季风槽年份，季风槽向西收缩，主要位于南海和西北太平洋的西侧上空，强对流活动区域也主要位于南海和西北太平洋的西侧上空。并且，到了10~11月，随着跨赤道气流的南撤和偏东气流沿西太平洋副热带高压的南沿西伸，季风槽已消失，并变成了涡旋，无论是强季风槽年份或是弱季风槽年份，对流活动变弱并向西北太平洋西侧上空收缩。
为了更清楚看到强季风槽年份与弱季风槽年份其季节变化的差别，本节还进行了两者差异分析。图 17a-c分别是对于6~7月、8~9月和10~11月平均的强与弱季风槽年西北太平洋上空850 hPa环流差值和OLR差值的合成分布。从图 17a-c可以看到：从6~11月强与弱季风槽年西北太平洋上空对流层低层环流的差值均为西风。在6~9月期间，由于西北太平洋西南季风处于强盛，因此图 17a和17b所示的西风差值反映了在强季风槽年的6~9月西北太平洋上空对流层低层的亚洲西南季风强。然而，到了10~11月，由于西南季风从西北太平洋上空撤退，这时期的西风差值反映了在强季风槽年的偏东气流弱；并且，从图 17a-c还可以看到：从6~11月上述两种情况的OLR差值在西北太平洋的东侧上空为负，而在西北太平洋的西侧为正，这表明了强季风槽年的6~11月西北太平洋的东侧上空对流活动比弱季风槽年的对流活动强，而在西北太平洋的西侧上空对流活动却比弱季风槽年的对流活动弱，特别是在弱季风槽年的10~11月，西北太平洋西侧上空的对流活动要比强季风槽年的对流活动强的多。
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图 17 对于强与弱季风槽年的（a）6~7月、（b）8~9月、（c）10~11月平均的西北太平洋上空850 hPa环流和OLR（彩色）差值的合成分布。阴影超过90%显著性检验，风场资料取自ERA-Interim再分析资料(Dee et al., 2011)，OLR资料取自NOAA的OLR资料集(Liebmann and Smith, 1996) Fig. 17 Composite differences in 850 hPa stream field and OLR (shaded) over the western North Pacific between the strong and weak monsoon trough years for (a) Jun-Jul, (b) Aug-Sep, and (c) Oct-Nov. Differences that exceed the 90% confidence level are shown in (c). Wind fields are extracted from the ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011), and the OLR data are from NOAA (Liebmann and Smith, 1996) |
本文利用ERA-Interim再分析资料分析了6~11月西北太平洋季风槽的气候特征、季节和年际变化特征及其对西北太平洋TCs生成大尺度环境因子的影响。分析结果表明：
（1）在6~11月受亚洲西南季风、跨赤道气流和西太平洋副热带西南部偏东气流的影响，在（5°N~20°N，110°E~145°E）的南海和西北太平洋上空对流层中、下层存在一气旋性环流，即季风槽。西北太平洋季风槽可以为西北太平洋TCs生成提供对流层低层的气旋性相对涡度和辐合、对流层上层的辐散、对流层中、下层充足的水汽以及弱的垂直风切变等TCs生成的大尺度环境条件。
（2）西北太平洋季风槽有很明显的季节变化。在6~7月，随着亚洲季风爆发和跨赤道气流的北上，季风槽和强对流活动区在5°N~15°N的南海和西北太平洋西侧上空并逐渐东伸；到了8~9月，随着亚洲西南季风和跨赤道气流的加强和向北、向东伸展，季风槽和强对流活动区也向北、向东扩展，一般位于10°N~20°N的南海和西北太平洋西侧、中部上空，有的年份可东伸到西北太平洋东侧，强度加强；到了10~11月，随着跨赤道气流的南撤和减弱，偏东气流的西伸，季风槽迅速减弱，并成为涡旋，强对流活动区也向南移和向西收缩；随着季风槽的季节变化，西北太平洋上空TCs生成的大尺度环境因子也有很大的季节变化。
（3）西北太平洋季风槽也有明显的年际变化。在季风槽强的年份，季风槽和强对流活动区可以从南海经西北太平洋西侧和中部东伸到西北太平洋的东侧上空；而在季风槽弱的年份，季风槽和强对流活动区主要位于南海和西北太平洋西侧和中部上空，相对而言，在季风槽弱的年份，季风槽和强对流活动区位置比强季风槽时更偏北一些，南海和西北太平洋西侧上空的对流活动也更强一些；随着季风槽的年际变化，西北太平洋上空TCs生成的大尺度环境因子分布也发生很明显的年际变化。此外，研究还表明了季风槽强度的年际变化对于季风槽的季节变化也有一定影响。
上述研究表明了西北太平洋季风槽有明显的季节和年际变化，这些变化受亚洲西南季风和跨赤道气流的影响，因此，亚洲西南季风和跨赤道气流如何影响西北太平洋季风槽的季节和年际变化还有待于进一步深入研究。
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