西北太平洋熱帶氣旋累積能量與enso指數(shù)的關(guān)系

西北太平洋熱帶氣旋累積能量與enso指數(shù)的關(guān)系

1tc的國外研究內(nèi)斯塔是世界海氣相互作用年度變率中最重要的信號，對西北太平洋（wnp）的亞熱帶氣滯產(chǎn)生了顯著影響。在TC頻數(shù)方面,1972年Atkinson指出ElNiňo期間WNP東部的TC頻數(shù)高于正常情況。從此,很多學(xué)者開始了對ENSO與西北太平洋TC頻數(shù)關(guān)系的研究,由于資料和研究方法的不同,研究的結(jié)論并不一致。Pan等分析了赤道東太平洋海溫與西北太平洋臺風(fēng)的相關(guān)關(guān)系,指出ElNiňo年臺風(fēng)頻數(shù)減少,LaNiňa年臺風(fēng)頻數(shù)增加。Chan利用譜方法分析了WNP海域中TC生成個(gè)數(shù)的時(shí)間序列,發(fā)現(xiàn)年TC生成個(gè)數(shù)存在明顯的3.5a周期的變化特征,這可能與ENSO循環(huán)相聯(lián)系。Wu等對上述研究得出的結(jié)論提出了質(zhì)疑,他認(rèn)為觀測到的年TC生成個(gè)數(shù)與ENSO事件之間沒有必然的相關(guān)性,在ENSO年TC生成個(gè)數(shù)并沒有明顯的變化,但在生成區(qū)域上,ElNiňo年TC生成位置偏東,而LaNiňa年則正好相反。近年來的許多研究也證實(shí)了Wu等的上述結(jié)論。在TC源地方面,ElNiňo期間熱帶風(fēng)暴(TropicalStorm,TS)的生成源地有一個(gè)向東南方向的移動,中北太平洋地區(qū)生成的TS較平常有所增多,部分TS會移向西太平洋地區(qū)。在TC持續(xù)時(shí)間方面,強(qiáng)ElNiňo事件期間在西北太平洋東南象限(0°～17°N,140°～180°E)形成的TC有增加的趨勢,與常年相比,它們在遇到陸地或中緯度相對寒冷洋面前要經(jīng)歷更長的海上路徑,因此,強(qiáng)ElNiňo事件期間TC持續(xù)時(shí)間較常年有所增長。關(guān)于TC強(qiáng)度與ENSO之間的關(guān)系,Pudov和Petrichenko發(fā)現(xiàn)ElNiňo期間TC強(qiáng)度普遍有所增強(qiáng)。Chia和Ropelewski指出TC頻數(shù)與ENSO之間表現(xiàn)出很高的相關(guān)性,ElNiňo期間高強(qiáng)度TC較常年增多。Camargo和Sobel采用1950—2002年聯(lián)合臺風(fēng)警報(bào)中心(JTWC)最佳路徑數(shù)據(jù)集相關(guān)資料,研究了TC強(qiáng)度與ENSO的關(guān)系,指出ElNiňo年高強(qiáng)度TC較LaNiňa年更多,同時(shí)持續(xù)時(shí)間也更長,此外,他們還研究了熱帶氣旋持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度以及頻數(shù)分別對ACE的貢獻(xiàn),結(jié)果顯示持續(xù)時(shí)間的貢獻(xiàn)最大。2000年Bell和Halpert提出了TC累積能量(accumulatedcycloneenergy,ACE)這一概念,ACE在大小上等于某區(qū)域內(nèi)所有強(qiáng)度大于等于熱帶風(fēng)暴的TC(不包含熱帶低壓)在一定時(shí)段內(nèi)每6h最大風(fēng)速的平方和(為方便起見,本文提到的TC均不包括熱帶低壓)。例如,假設(shè)某區(qū)域某時(shí)段內(nèi)共有m個(gè)TC活動。為方便研究,可將這m個(gè)TC進(jìn)行編號(即分別稱呼它們?yōu)?號TC,2號TC,…,m號TC),且用tj1和tjjΔ分別代表此時(shí)段內(nèi)j號TC存在的最早和最晚時(shí)刻。則ACE=m∑j=1(jΔ∑i=1v2ji)ACE=∑j=1m(∑i=1jΔv2ji),其中,vj1,vj2,…,vjjΔ分別代表tj1,tj2,…,tjjΔ時(shí)刻j號TC的最大風(fēng)速,且tji+1-tji=6h。ACE與ENSO關(guān)系的研究是一個(gè)新課題,國內(nèi)外關(guān)于這方面的相關(guān)文獻(xiàn)很少。ACE是將TC頻數(shù)、持續(xù)時(shí)間以及強(qiáng)度相結(jié)合的產(chǎn)物,因此可以看作是度量TC活動程度的一個(gè)重要指標(biāo),同時(shí)它也可以作為衡量TC對氣候影響時(shí)一個(gè)重要指數(shù)。此外,ACE又可以看作是一個(gè)連續(xù)變量,這有利于將它和其他氣候變量進(jìn)行相關(guān)性分析。由此可知,相比單純研究TC頻數(shù)或強(qiáng)度等與ENSO的關(guān)系,研究ACE與ENSO的關(guān)系,對于從整體上把握ENSO對TC活動的影響,更加具有代表意義。2006年6月,中國氣象局發(fā)布了熱帶氣旋等級劃分新標(biāo)準(zhǔn),在新的標(biāo)準(zhǔn)下,不同等級的TC與ENSO的關(guān)系具有怎樣的氣候特征?這是本文擬研究的內(nèi)容,具體安排為:第2部分介紹資料來源和方法,第3部分研究ENSO和ACE的關(guān)系,第4部分研究其他TC指數(shù)和ACE的關(guān)系,第5部分主要研究ENSO對西北太平洋TC活動的影響機(jī)理,第6部分為結(jié)論。2在enso循環(huán)中的應(yīng)用使用的資料有3類,第1類為TC觀測資料,包括TC發(fā)生、發(fā)展和消亡時(shí)間、最大風(fēng)速、經(jīng)度緯度等,6h觀測一次,時(shí)間為1951—2006年。資料來源于聯(lián)合臺風(fēng)警報(bào)中心(JTWC),用于計(jì)算ACE指數(shù)和其他TC指數(shù)。第2類為ENSO資料,包括Niňo1+2,Niňo3,Niňo3.4,Niňo4指數(shù)。資料來源于氣候預(yù)測中心(CPC),主要是用Niňo3.4指數(shù)對ENSO循環(huán)中的ElNiňo和LaNiňa年進(jìn)行劃分。第3類為NCEP(NationalCentersforEnvironmentalPrediction-NationalCenterforAtmosphericResearch)再分析資料(月平均資料),主要包括海表溫度(SST),海平面、850hPa及200hPa風(fēng)場資料,相對濕度資料(RH),水平分辨率為2.5×2.5個(gè)經(jīng)緯度,時(shí)間長度為1951年1月至2006年12月,用于研究ENSO對西北太平洋TC活動的影響機(jī)理。(本文所指西北太平洋地區(qū)主要指0°～60°N,100°～180°E區(qū)域)本文采用Barnston等提出的一種新的劃分ENSO年的方法,將TC活躍季(7-10月)Niňo3.4指數(shù)月平均值大于等于0.5的年份定義為ElNiňo年,將小于等于-0.5的年份定義為LaNiňa年,其余年份定義為平常年。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),1951—2006年期間,有16(12)個(gè)ElNiňo年(LaNiňa年),其余28a被定義為平常年(如表1所示)。3異質(zhì)指數(shù)elnino3.4和trt自1989年1月1日起,中國按照世界氣象組織臺風(fēng)委員會對熱帶氣旋劃分的等級規(guī)定,將TC劃分為熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)4個(gè)等級。2006年6月,中國氣象局發(fā)布了新的熱帶氣旋劃分等級標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)將熱帶氣旋分為6級,仍然保留熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴不變。將臺風(fēng)進(jìn)一步劃分成3個(gè)等級。新的熱帶氣旋等級標(biāo)準(zhǔn)從2006年6月15日起開始實(shí)施。具體劃分如下表2所示。圖1給出了1951—2006年ACE指數(shù)分布。圖中上下虛線分別表示56a間ACE的第75和第25百分位值,實(shí)線表示ACE的中間值。由圖1可知,ACE指數(shù)在1999年(LaNiňa年)最小,1997年最大。在16個(gè)ElNiňo年中,僅1951、1969、1976和2006年的ACE低于56a間ACE的中間值,且有7a的ACE高于第75百分位值;相反,12個(gè)LaNiňa年中竟有10a的ACE低于56a間ACE的中間值,且有6a的ACE低于第25百分位值。表明ElNiňo年ACE指數(shù)明顯大于LaNiňa年。圖2給出了1951—2006年期間ENSO年相對于平常年的平均ACE指數(shù)距平情況,格距為2×2經(jīng)緯度。由圖2a可知,ElNiňo年雖然負(fù)距平范圍較正距平大,但強(qiáng)度普遍偏小。正距平分別出現(xiàn)在3個(gè)主要區(qū)域:最大正距平出現(xiàn)在18°N,138°E附近,其值超過5000;其次是15°N,145°E附近;最后一個(gè)主要正距平區(qū)出現(xiàn)在菲律賓東北洋面。這3個(gè)區(qū)域?yàn)镋lNiňo年ACE指數(shù)的增加做出了主要貢獻(xiàn)。由圖2b可知,主要正距平區(qū)域和負(fù)距平區(qū)域面積相當(dāng)。負(fù)距平主要分布在12°～24°N,124°～150°E的廣闊海域,該區(qū)域?yàn)長aNiňa期間ACE指數(shù)的減小做出了主要貢獻(xiàn)。和ElNiňo年情況相似,最小值也是出現(xiàn)在18°N,138°E附近,其值低于-5000。正距平主要分布在南海海域、菲律賓以東洋面以及24°～30°N,130°～140°E海面,其最大值不超過4000。ACE不僅與Niňo3.4指數(shù)間相關(guān)性較高,而且還和其他ENSO指數(shù)有著非常緊密的聯(lián)系。表3給出了1951—2006年TC活躍季(7—10月)不同等級TC的ACE指數(shù)與各ENSO指數(shù)間的關(guān)系。由表可知,除Niňo1+2指數(shù)外,TC與其他Niňo指數(shù)(尤其Niňo3.4和Niňo4指數(shù))均呈現(xiàn)出高相關(guān)。這說明中、東太平洋地區(qū)是和西北太平洋TC活動關(guān)系最緊密的地區(qū)。對比不同等級TC可知,僅SuperTY與各Niňo指數(shù)(尤其Niňo3.4指數(shù))有著較高的相關(guān)關(guān)系,其余等級TC與各Niňo指數(shù)間相關(guān)性較低(幾乎全未超過t檢驗(yàn)0.05顯著性檢驗(yàn)閾值)。這說明ENSO事件對SuperTY的影響遠(yuǎn)大于其他等級的TC。圖3給出了1951—2006年TC活躍季超強(qiáng)臺風(fēng)累積能量(SuperTYACE)與不同時(shí)間各Niňo指數(shù)的相關(guān)關(guān)系,并同時(shí)給出了TC活躍季Niňo3.4(Niňo3)指數(shù)與其在不同時(shí)間的自相關(guān)關(guān)系。由于其他等級TC的ACE指數(shù)與各Niňo指數(shù)的相關(guān)關(guān)系非常弱(未達(dá)到顯著性檢驗(yàn)閾值),所以本文不再討論。圖3中,各月Niňo指數(shù)是由相鄰3個(gè)月的3月滑動平均計(jì)算得到的(也就是Dec/Jan/Feb,Jan/Feb/Mar,…,Nov/Dec/Jan,并分別記錄到1,2,…,12月份)。上下虛線分別表示正負(fù)相關(guān)性t檢驗(yàn)0.05顯著性檢驗(yàn)閾值。year-1,year0和year+1分別表示上述TC活躍季前一年、當(dāng)年和來年。左右豎實(shí)線用于分隔year-1,year0和year+1。分析圖3可以看到:總體上,Niňo指數(shù)和TC活躍季SuperTYACE指數(shù)的滯后相關(guān)(Niňo指數(shù)滯后5個(gè)月內(nèi))與它們的同時(shí)相關(guān)大小相當(dāng);除Niňo1+2指數(shù)外,其余Niňo指數(shù)與SuperTYACE指數(shù)的顯著性相關(guān)可持續(xù)近一年(從year0的3月到y(tǒng)ear+1的2月),且Niňo3.4指數(shù)與SuperTYACE的相關(guān)性高于其他Niňo指數(shù);各Niňo指數(shù)與SuperTYACE指數(shù)相關(guān)性最高的時(shí)間各不相同,但均遠(yuǎn)低于同時(shí)間Niňo3.4(Niňo3)指數(shù)的自相關(guān)系數(shù)。4esp指數(shù)與t廣播、時(shí)間和強(qiáng)度之間的關(guān)系4.1enso位相ts、ty頻數(shù)分布本文中TC累積持續(xù)時(shí)間(TCDays)指西北太平洋一定時(shí)段內(nèi)各TC持續(xù)時(shí)間(Lifetime)的總和。其余各等級TC累積持續(xù)時(shí)間的定義和表述同理。表4給出了1951—2006年各等級TC頻數(shù)與TC活躍季(7—10月)Niňo3.4指數(shù)間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明,ENSO指數(shù)與SuperTY頻數(shù)間的相關(guān)性較高,全年和7—10月(JASO)分別為0.50和0.40,與其他等級TC頻數(shù)間相關(guān)性較低,且?guī)缀跞珵樨?fù)相關(guān)。圖4給出了1951—2006年不同ENSO位相情況下各等級TC頻數(shù)分布狀況。方框中的上、中、下橫線分別代表各ENSO位相ACE的第75百分位值、中間值和第25百分位值,實(shí)心圓點(diǎn)代表年平均值,位于方框上(下)的“+”號代表高(低)于第75(25)百分位值的各年的ACE指數(shù)。由圖4b,c和d可知,發(fā)生在ElNiňo年的TS、STS以及TY頻數(shù)稍低于平常年,與表4結(jié)論一致。由圖4f可知,ElNiňo(LaNiňa)年SuperTY頻數(shù)明顯有所增大(減少),與表4所揭示的SuperTY與Niňo3.4指數(shù)間的顯著正相關(guān)結(jié)論正好一致。同時(shí),結(jié)合圖1和圖4可知,ElNiňo(LaNiňa)年SuperTY頻數(shù)的增加(減少)是導(dǎo)致年平均ACE指數(shù)變化的重要原因。4.2enso在tc源地的影響圖5給出了1951—2006年不同ENSO位相情況下各等級TC持續(xù)時(shí)間(Lifetime)分布狀況。由圖5a可知,ElNiňo(LaNiňa)年TC持續(xù)時(shí)間較平常年明顯有所增長(縮短)。已有的研究資料表明ENSO對TC源地具有重要影響,無疑這將導(dǎo)致TC持續(xù)時(shí)間的改變。同時(shí),由表4也可看出TC持續(xù)時(shí)間與Niňo3.4指數(shù)間的這種重要聯(lián)系。圖5f得出的結(jié)論與圖5a結(jié)論相似,即ElNiňo(LaNiňa)年SuperTY持續(xù)時(shí)間較平常年明顯增長(縮短),而圖5b—e結(jié)論不明顯。由此可知,ENSO事件對SuperTY持續(xù)時(shí)間的影響遠(yuǎn)大于其他等級TC,即ENSO事件主要通過改變SuperTY持續(xù)時(shí)間從而影響到整個(gè)TC持續(xù)時(shí)間。4.3關(guān)于超度值的分析圖6給出了不同ENSO位相情況下各等級TC的平均ACE指數(shù)分布狀況。分析圖6a可知,總體上,ElNiňo(LaNiňa)年TC的平均ACE大于(小于)平常年,與圖1所揭示的ACE指數(shù)逐年分布情況相似。由圖6f可知,SuperTY強(qiáng)度與ENSO的相關(guān)性雖不及頻數(shù)和持續(xù)時(shí)間等因素明顯,但仔細(xì)觀察后還是可以發(fā)現(xiàn)它們的聯(lián)系,即ElNiňo(LaNiňa)年SuperTY的平均ACE指數(shù)大于(小于)平常年。而圖6b—e并未揭示出顯著規(guī)律。綜上可知,ElNiňo(LaNiňa)年ACE總量的增加(減少)主要?dú)w因于ElNiňo(LaNiňa)年期間TC平均ACE指數(shù)值的增加(減少)以及SuperTY頻數(shù)的增多(減少)。同時(shí),TC的平均ACE指數(shù)的增加(減少)主要?dú)w因于SuperTY平均ACE指數(shù)的增加。因此,ACE和ENSO很可能主要是通過SuperTY相聯(lián)系的。4.4tc對超發(fā)達(dá)權(quán)的影響由上文對不同等級TC的研究可知,ENSO事件對SuperTY頻數(shù)、持續(xù)時(shí)間以及累積持續(xù)時(shí)間等各個(gè)方面的影響遠(yuǎn)大于其他等級TC,且ENSO事件主要通過SuperTY的活動從而與ACE指數(shù)聯(lián)系起來的,即ENSO事件主要通過改變SuperTYACE指數(shù)進(jìn)而對整個(gè)TC的ACE指數(shù)產(chǎn)生影響。ACE指數(shù)的影響因素除TC頻數(shù)、持續(xù)時(shí)間和累積持續(xù)時(shí)間外,還應(yīng)考慮TC強(qiáng)度(Intensity),這里所指TC強(qiáng)度是指一年中平均每個(gè)TC單位時(shí)間內(nèi)的ACE值。由于累積持續(xù)時(shí)間主要由頻數(shù)和持續(xù)時(shí)間決定,因此,本節(jié)主要研究SuperTY頻數(shù)、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度分別對SuperTYACE的貢獻(xiàn)。其余等級TC對整個(gè)ACE指數(shù)貢獻(xiàn)微弱(圖略)。圖7給出了1951—2006年SuperTY頻數(shù)、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度分別與TC活躍季Niňo3.4指數(shù)以及SuperTYACE間的相關(guān)關(guān)系。由圖可知,SuperTY頻數(shù)與SuperTYACE間的相關(guān)性非常高(超過0.9),且明顯高于SuperTY持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。同時(shí),SuperTY頻數(shù)與Niňo3.4指數(shù)間的相關(guān)性在3個(gè)變量中也是最高的。綜合分析可知,SuperTY頻數(shù)的變化是造成SuperTYACE指數(shù)變化的最重要原因,ENSO事件主要通過改變SuperTY頻數(shù)進(jìn)而影響到SuperTYACE指數(shù)的改變的。5影響西北太平洋ct活動的enso機(jī)分析5.1enso位相對最大影響區(qū)域的分析需要特別指出的是,統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示1951—2006年間發(fā)生在下半年(7—12月)的SuperTY頻數(shù)為494個(gè),平均每年發(fā)生達(dá)9個(gè)之多。相比之下發(fā)生在上半年(1—6月)的SuperTY頻數(shù)只有82個(gè),平均每年只有1.5個(gè)。同時(shí),破壞性最大的SuperTY也主要發(fā)生在下半年。因此本節(jié)將著重研究ENSO對西北太平洋地區(qū)下半年SuperTY活動的影響機(jī)理。ENSO事件對SuperTY活動的影響在不同月份有很大的差異。表5給出了1951—2006年不同ENSO位相時(shí)下半年各月SuperTY頻數(shù)分布情況。由表5可知,在7月和8月不論是ENSO暖事件(ElNiňo事件)或是ENSO冷事件(LaNiňa事件)均會引起SuperTY頻數(shù)比平常年有明顯增多。而對于9、10月來講,ElNiňo事件可以引起SuperTY頻數(shù)相對于平常年增多,而LaNiňa事件則引起SuperTY頻數(shù)的減少,這一結(jié)論與全年ENSO事件對SuperTY頻數(shù)的影響情況相似。對于11、12月,不論ElNiňo事件還是LaNiňa事件均會引起SuperTY頻數(shù)比平常年明顯減少,情況則恰好與7、8月相反。ENSO對各月SuperTY活動的影響各不相同,具體可以分為3種情況,即7、8月為第1種情況,9、10月為第2種情況,11、12月為第3種情況。圖8給出了1951—2006年7月不同ENSO位相情況下SuperTY源地分布情況。這里應(yīng)該指出的是,由于1951—2006年不同ENSO位相的年數(shù)相差很大(其中共有16個(gè)ElNiňo年、12個(gè)LaNiňa年以及28個(gè)平常年),圖8只能提供不同ENSO位相情況下SuperTY源地分布區(qū)域的定性的對比情況。分析可知,對于7月ElNiňo年和LaNiňa年的SuperTY頻數(shù)均大于平常年份。觀察圖8可知,在ElNiňo年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更多的最明顯的區(qū)域主要位于3°～13°N,162°～172°E,其次是,5°～15°N,138°～152°E。在LaNiňa年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更多的區(qū)域主要位于10°～20°N,128°～143°E。為表述和研究方便,以下將ENSO年與平常年份SuperTY頻數(shù)存在顯著差異的地區(qū)稱為關(guān)鍵區(qū)。同理,ElNiňo年8月比平常年8月SuperTY頻數(shù)明顯更多的關(guān)鍵區(qū)主要位于3°～13°N,162°～172°E,其次是8°～22°N,130°～140°E,而與LaNiňa年8月相對應(yīng)的關(guān)鍵區(qū)主要位于10°～20°N,125°～135°E,范圍內(nèi)?？紤]9月的情況,在ElNiňo年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)主要位于10°～20°N,127°～140°E,而LaNiňa年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)主要位于5°～20°N,168°～180°E,其次是5°～20°N,145°～150°E。而對于10月來講,在ElNiňo年SuperTY頻數(shù)明顯高于平常年的關(guān)鍵區(qū)主要位于5°～20°N,160°～180°E,而在LaNiňa年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)域主要位于3°～20°N,145°～160°E,范圍內(nèi)。需要指出的是,在不同ENSO位相情況下9月和10月SuperTY頻數(shù)的分布情況正好與圖4f所反映的SuperTY年頻數(shù)分布情況相同。同時(shí),發(fā)生在9、10月的SuperTY頻數(shù)也是全年最多的。因此,9、10月份SuperTY頻數(shù)的分布狀態(tài)對于全年來說有最重要的貢獻(xiàn)。對于11月在ElNiňo年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)域主要位于3°～15°N,145°～170°E,而LaNiňa年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)域主要位于3°～10°N,150°～180°E的西北太平洋東南象限廣大區(qū)域內(nèi)。對于12月在ElNiňo年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)域主要位于3°～10°N,168°～175°E,而LaNiňa年引起SuperTY頻數(shù)比平常年更少的關(guān)鍵區(qū)域在西北太平洋東南象限廣大范圍內(nèi)均存在(以上8—12月SuperTY源地分布圖均已略去)。需要指出的是,以上結(jié)論是在充分考慮了不同ENSO位相年數(shù)差異的情況下得出的(其中共有16個(gè)ElNiňo年、12個(gè)LaNiňa年以及28個(gè)平常年),重點(diǎn)討論了ENSO年與平常年相比西北太平洋地區(qū)SuperTY頻數(shù)存在明顯差異的主要區(qū)域(統(tǒng)稱為關(guān)鍵區(qū)),忽略了些范圍較小可能抵消關(guān)鍵區(qū)作用的次要區(qū)域。5.2enso與相對液壓系統(tǒng)的關(guān)系在TC形成前,預(yù)先要有一個(gè)弱的熱帶渦旋存在,即存在一個(gè)低層相對渦度較高的局部地區(qū)。眾所周知,任何一部機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn),都要消耗能量,這就要有能量來源。TC也是一部“熱機(jī)”,它以如此巨大的規(guī)模和速度在那里轉(zhuǎn)動,要消耗大量的能量,因此要有能量來源。臺風(fēng)的能量來自熱帶海洋上的水汽。在一個(gè)事先已經(jīng)存在的熱帶渦旋里,渦旋內(nèi)的氣壓比四周低,周圍的空氣挾帶大量的水汽流向渦旋中心,并在渦旋區(qū)內(nèi)產(chǎn)生向上運(yùn)動;濕空氣上升,水汽凝結(jié),釋放出巨大的凝結(jié)潛熱,才能促使TC這部大機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。所以,即使有了高溫高濕的熱帶洋面供應(yīng)水汽,如果沒有空氣強(qiáng)烈上升,產(chǎn)生凝結(jié)釋放潛熱過程,TC也不可能形成。所以,空氣的上升運(yùn)動是生成和維持臺風(fēng)的一個(gè)重要因素。然而,其必要條件則是先存在一個(gè)弱的熱帶渦旋,即存在一個(gè)相對渦度較高的局部地區(qū)。Gray也曾指出,低層相對渦度高的海區(qū)(水平風(fēng)切變相對大區(qū))可以增強(qiáng)低層空氣團(tuán)間的摩擦以及低層水汽輻合,這有利于熱帶氣旋的發(fā)生和加強(qiáng)。近些年的觀測資料也表明,相對渦度的變化與熱帶氣旋發(fā)展之間有很明顯的相關(guān),這個(gè)參數(shù)是與熱帶氣旋加強(qiáng)相關(guān)最好的一些參數(shù)之一。同時(shí),低空渦度場對熱帶氣旋發(fā)展的重要性很容易理解。強(qiáng)對流的主要?jiǎng)恿ψ饔檬堑蛯语L(fēng)場的輻合作用。在絕對渦度為零的地區(qū),這種輻合不會產(chǎn)生任何旋轉(zhuǎn),因而赤道地區(qū)的對流系統(tǒng)主要是輻散而不是有旋的。但在正絕對渦度區(qū),輻合產(chǎn)生相對渦度自旋的增加。根據(jù)渦度方程:可見給定輻散項(xiàng),相對渦度正比于絕對渦度的量值(右邊第一項(xiàng))。上式中的第二項(xiàng)是傾斜項(xiàng),在低層很小。最后一項(xiàng)是摩擦作用,是阻止發(fā)展的。所以輻散項(xiàng)是產(chǎn)生氣旋中相對渦度增加的主要項(xiàng)。實(shí)際上正渦度的作用不只由上述渦度方程分析得到。在低層渦度存在的情況下,在正渦度區(qū)地面摩擦可產(chǎn)生上升運(yùn)動,在負(fù)渦度區(qū)產(chǎn)生下沉運(yùn)動,摩擦輻合的量正比于相對渦度,因而低層正渦度是與上升運(yùn)動,積云對流和潛熱釋放密切有關(guān)的。低層相對渦度越高,對熱帶氣旋的發(fā)展和加強(qiáng)作用越大,有利于SuperTY的生成與發(fā)展。因此首先對ENSO與相對渦度之間的關(guān)系進(jìn)行討論。圖9給出了由1951—2006年NCEP月平均海表風(fēng)速資料計(jì)算得到的西北太平洋地區(qū)ENSO年與平常年7、8月月平均海表相對渦度的差值分布情況。在上文關(guān)于源地的研究中提到的引起ElNino年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是5°～15°N,138°～152°E。由圖9左圖可知,在主要關(guān)鍵區(qū)域3°～13°N,162°～172°E,的大部分地區(qū)低層相對渦度在ElNiňo年明顯大于平常年,而在次大值區(qū)渦度總體差異不大。同理在上文關(guān)于源地的研究中提到的引起ElNiňo年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是8°～22°N,130°～140°E。由圖9左圖可知,在主要關(guān)鍵區(qū)域3°～13°N,162°～172°E內(nèi)低層相對渦度在ElNiňo年明顯大于平常年,而在次大值區(qū)渦度總體差異不大。同樣,對于LaNiňa年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,128°～143°E。由圖9右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),低層相對渦度在LaNiňa年明顯大于平常年。而且在關(guān)鍵區(qū)南部有大面積正距平區(qū),這有利于熱帶低壓在低緯醞釀,而后移向北部關(guān)鍵區(qū)并達(dá)到熱帶風(fēng)暴等級并最終發(fā)展成為SuperTY。對于LaNiňa年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,125°～135°E。由圖9右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),低層相對渦度在LaNiňa年明顯大于平常年。由此可知,7、8月ENSO事件通過改變西北太平洋相應(yīng)關(guān)鍵區(qū)低層相對渦度對SuperTY源地以及頻數(shù)具有重要影響。利用相同的對比分析方法對9—12月的情況分析后可知,低層相對渦度在9、10月對于SuperTY源地及頻數(shù)的影響小于7和8月。然而在11、12月關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)低層相對渦度差異與SuperTY頻數(shù)之間有比較明顯的對應(yīng)關(guān)系。11、12月ENSO事件通過改變西北太平洋海域關(guān)鍵區(qū)域低層相對渦度對SuperTY源地以及頻數(shù)具有重要影響。綜上分析可知,對于整個(gè)下半年關(guān)鍵區(qū)域低層相對渦度變化與SuperTY源地及頻數(shù)的改變有非常好的對應(yīng)關(guān)系。ENSO事件改變關(guān)鍵區(qū)域低層相對渦度是ENSO事件影響SuperTY源地及頻數(shù)變化的重要途徑。5.3關(guān)鍵區(qū)域500hpa濕度變化對流層中層相對濕度高有利于熱帶氣旋的形成。因?yàn)橄鄬穸鹊蜁r(shí),對流將受到中間層干空氣的侵蝕而減弱,同時(shí)氣柱內(nèi)總水汽的輻合量(因而也是總潛熱釋放量)減少。相對濕度低可引起臺風(fēng)眼周圍厚實(shí)的云墻因四周干空氣侵入而遭到破壞,不利于熱帶氣旋的形成與發(fā)展。Gray指出,如果500hPa相對濕度低于40%,熱帶氣旋的生成將會受到嚴(yán)重阻礙。圖10給出了1951—2006年7、8月西北太平洋地區(qū)ENSO年與平常年月平均500hPa相對濕度的差值分布情況。資料來源于NCEP月平均資料。在前面的研究中得到的ElNiňo年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是5°～15°N,138°～152°E。由圖10左圖可知,在以上關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)500hPa相對濕度在ElNiňo年明顯大于平常年,在引起ElNiňo年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是8°～22°N,130°～140°E。由圖10左圖可知,與7月情況類似,在所有關(guān)鍵區(qū)域500hPa相對濕度在ElNiňo年明顯大于平常年。同時(shí)可以看到:對于7、8月,西北太平洋東南象限的大部分區(qū)域500hPa相對濕度在ElNiňo年明顯大于平常年。同樣,對于LaNiňa年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,128°～143°E。由圖10右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),500hPa相對濕度在LaNiňa年明顯小于平常年。對于LaNiňa年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,125°～135°E。由圖10右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),500hPa相對濕度在LaNiňa年明顯小于平常年。觀察可以發(fā)現(xiàn),LaNiňa年7、8月在西北太平洋東南角出現(xiàn)較大范圍正距平,但是與平常年相比卻有更少的SuperTY發(fā)源于這個(gè)區(qū)域內(nèi)。以上結(jié)果說明中層相對濕度與7、8月SuperTY源地和頻數(shù)的變化似乎沒有顯著的聯(lián)系。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)9—12月的狀況與7、8月相似,因此本節(jié)不再逐一列舉說明。綜合以上分析可以看到,對流層中層相對濕度只是SuperTY發(fā)生和維持的一個(gè)必要條件,而不是其增強(qiáng)的主要條件。ENSO對對流層中層相對濕度的影響不是其改變SuperTY源地及頻數(shù)的主要原因。5.4垂直風(fēng)切變與種源地的關(guān)系研究表明,弱垂直風(fēng)切變有利于TC的發(fā)展,因?yàn)樵谶@種“不通風(fēng)”的條件下相對于移動擾動的溫濕平流很小,整個(gè)擾動的溫度和濕度可以顯著增加,大大超過環(huán)境值。根據(jù)Gray的定義本文用850和200hPa水平風(fēng)速差值的絕對值表示對流層高低層垂直風(fēng)切變,并用|Vz||Vz|表示。Gray指出在|Vz||Vz|大于8m/s的情況下,熱帶氣旋的發(fā)展將會受到嚴(yán)重阻礙。圖11給出了由1951—2006年NCEP月平均海表風(fēng)速資料計(jì)算得到的西北太平洋地區(qū)7月月平均850～200hPa垂直風(fēng)切變|Vz|分布情況。圖11a代表ElNiňo年的分布情況,圖11b代表Neutral年分布情況,圖11c代表LaNiňa年分布情況。其中,實(shí)線代表|Vz|小于等于8m/s的區(qū)域,虛線代表|Vz|大于8m/s的區(qū)域。在前面的研究中得到的引起ElNiňo年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是5°～15°N,138°～152°E。由圖11a可知,以上關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的垂直風(fēng)切變在ElNiňo年與平常年相比沒有明顯差異。同樣對于LaNiňa年情況與此類似。但是,通過比較該圖與上文中相應(yīng)時(shí)期SuperTY源地分布圖可知,SuperTY主要發(fā)源于850～200hPa垂直風(fēng)切變小于8m/s的區(qū)域內(nèi),證實(shí)了Gray的結(jié)論。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)8—12月情況與7月類似。綜上分析可知,同對流層中層相對濕度作用相同,對流層高低層垂直風(fēng)切變只是SuperTY發(fā)生和維持的一個(gè)必要條件,而不是其增強(qiáng)的主要條件。ENSO對對流層高低層垂直風(fēng)切變的影響并不是其改變SuperTY源地及頻數(shù)的主要原因。5.5時(shí)間的變化對西北太平洋關(guān)鍵區(qū)海表溫度的影響TC的形成與發(fā)展要有巨大的能量,其能量主要來源于大量水汽凝結(jié)所釋放的潛熱。熱帶洋面上海溫高,蒸發(fā)強(qiáng),通過湍流運(yùn)動向大氣輸送大量熱量和水汽,具有高溫高濕不穩(wěn)定條件,其大量內(nèi)能是TC產(chǎn)生和發(fā)展的巨大能量來源。很早以來就已經(jīng)知道26.5℃的海面溫度是TC形成的臨界溫度。同時(shí),這個(gè)洋面不僅要求海水表面溫度要高于26.5℃,而且在60m深的一層海水里,水溫都要超過這個(gè)數(shù)值。其中廣闊的洋面是形成TC時(shí)的必要自然環(huán)境,因?yàn)門C內(nèi)部空氣分子間的摩擦,每天平均要消耗3100～4000卡/cm2(1卡=4.182J)的能量,這個(gè)巨大的能量只有廣闊的熱帶海洋釋放出的潛熱才可能供應(yīng)。另外,TC周圍旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)風(fēng),會引起中心附近的海水翻騰,在氣壓降得很低的TC中心甚至可以造成海洋表面向上涌起,繼而又向四周散開,于是海水從TC中心向四周圍翻騰。TC里這種海水翻騰現(xiàn)象能影響到60m的深度。在海水溫度低于26.5℃的海洋面上,因熱能不夠,TC很難維持。為了確保在這種翻騰作用過程中,海面溫度始終在26.5℃以上,這個(gè)暖水層必須有60m左右的厚度。圖12給出了1951—2006年7、8月西北太平洋地區(qū)ENSO年與平常年月平均海表溫度的差值分布情況。資料來源于NCEP月平均海表溫度資料。由上文研究可知,ElNiňo年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)為3°～13°N,162°～172°E,其次是5°～15°N,138°～152°E。由圖12左圖可知,在主要關(guān)鍵區(qū)域3°～13°N,162°～172°E的大部分地區(qū)海表溫度在ElNiňo年明顯大于平常年,而在次關(guān)鍵區(qū)溫度差異則為負(fù)距平。同理,在上文關(guān)于源地的研究中提到的引起ElNiňo年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?°～13°N,162°～172°E,其次是8°～22°N,130°～140°E。由圖12左圖可知,在主要關(guān)鍵區(qū)域3°～13°N,162°～172°E內(nèi)海表溫度在ElNiňo年明顯大于平常年,而在次關(guān)鍵區(qū)溫度差異為負(fù)距平。同樣,對于LaNiňa年7月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,128°～143°E。由圖12右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),海表溫度在LaNiňa年明顯大于平常年。而且在關(guān)鍵區(qū)南部有大面積正距平區(qū),這有利于熱帶低壓在低緯醞釀,而后移向北部關(guān)鍵區(qū)并達(dá)到熱帶風(fēng)暴等級,最終發(fā)展成為SuperTY。對于LaNiňa年8月SuperTY頻數(shù)比平常年更多的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?0°～20°N,125°～135°E。由圖12右圖可知,在該關(guān)鍵區(qū)域內(nèi),海表溫度在LaNiňa年明顯大于平常年。由此可知,主要關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)海表溫度差