兩類厄爾尼諾事件對(duì)登陸中國熱帶氣旋的影響

孔蘊(yùn)淇，范伶俐，李俊杰

(1.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088； 2.廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東 湛江 524088)

引言

西北太平洋是全球熱帶氣旋生成和活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域，熱帶氣旋的登陸給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們的生活造成巨大影響。厄爾尼諾(El Nio)事件期間的大尺度環(huán)流對(duì)西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)產(chǎn)生重大影響，前人[1-6]研究結(jié)果指出El Nio年將導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)活動(dòng)減少。

王小玲和宋文玲[7]指出ENSO(El Nio-Southern Oscillation，厄爾尼諾-南方濤動(dòng))事件對(duì)登陸熱帶氣旋有預(yù)報(bào)指示意義，7—9月熱帶海洋維持El Nio狀態(tài)，對(duì)當(dāng)年登陸熱帶氣旋有明顯影響。GRAY[8]指出El Nio年對(duì)臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)的影響與臺(tái)風(fēng)生成的區(qū)域有關(guān)。不同類型El Nio事件對(duì)西太平洋熱帶氣旋有不同影響[9]，中部型El Nio事件發(fā)生時(shí)比東部型El Nio年季風(fēng)槽偏強(qiáng)、偏北，熱帶氣旋生成頻數(shù)偏多，生成位置更加偏北、偏西。曹智露等[10]指出超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)源地及頻數(shù)變化由ENSO事件通過改變關(guān)鍵區(qū)低層相對(duì)渦度以及海面溫度導(dǎo)致。El Nio事件發(fā)生時(shí)將導(dǎo)致西北太平洋(含南海)臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)及在我國沿岸登陸臺(tái)風(fēng)的頻數(shù)均比常年偏少[11-13]。另外，熱帶氣旋登陸受到同時(shí)期大氣環(huán)流形勢的制約，還與其他多個(gè)環(huán)境因子存在明顯的相關(guān)[14]。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用數(shù)據(jù)包括由美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)和美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research，NCAR)聯(lián)合制作的NCEP/NCAR再分析資料集，由美國國家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)提供的基于百年觀測的海面溫度評(píng)估(Centennial Observation Based Estimates of Sea Surface Temperature，COBE-SST)數(shù)據(jù)集，中國氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration，CMA-STI)整編的CMA-STI西北太平洋熱帶氣旋(含南海，赤道以北，東經(jīng)180°以西)最佳路徑數(shù)據(jù)集。

1.2 熱帶氣旋事件統(tǒng)計(jì)

某些熱帶氣旋活動(dòng)中，熱帶氣旋會(huì)出現(xiàn)主中心和副中心，CMA-STI西北太平洋熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集中將熱帶氣旋的副中心定義為與其主熱帶氣旋分離或誘發(fā)的環(huán)流中心。所統(tǒng)計(jì)的熱帶氣旋登陸僅指第一次登陸，以及有雙中心的熱帶氣旋登陸時(shí)，主中心登陸，記為一次登陸；主中心和副中心都有登陸，以主中心登陸為主，記為一次登陸；主中心沒登陸，副中心登陸，也記為一次登陸。

在CMA-STI數(shù)據(jù)集中，將南海熱帶氣旋定義為集中形成在中國南海中部偏東的海面上(5°～23°N，105°～120°E)的熱帶氣旋。同時(shí)定義120°E以東形成的熱帶氣旋，是指除南海熱帶氣旋以外的熱帶氣旋，即西北太平洋熱帶氣旋。所選資料的覆蓋時(shí)段為1951—2016年El Nio事件的發(fā)生時(shí)期，共600個(gè)月。

1.3 El Nio事件類型的確定

IEP=ININO3-α×ININO4

(1)

ICP=ININO4-α×ININO3

(2)

式(1)、(2)中，IEP為東部型厄爾尼諾指數(shù)，ICP為中部型厄爾尼諾指數(shù)，ININO3為NINO3指數(shù)，ININO4為NINO4指數(shù)，它們的單位均為℃。若ININO3×ININO4>0，α=0.4；若ININO3×ININO4≤0，α=0。若事件過程同時(shí)存在，相互轉(zhuǎn)換，則整個(gè)事件的類型以事件峰值所在類型為準(zhǔn)。借鑒ENSO歷史事件表，將1951—2016年的El Nio事件分為東部型El Nio事件(Eastern Pacific type El Nio，記為“EP型El Nio事件”)以及中部型El Nio事件(Central Pacific type El Nio，記為“CP型El Nio事件”)。1951—2016年共發(fā)生了13次EP型El Nio事件以及6次CP型El Nio事件，如表1所示。同時(shí)，正常年指剔除El Nio事件和La Nia事件的年份(以下簡稱“正常年”)。

表1 1951—2016年El Nio事件發(fā)生時(shí)間及持續(xù)時(shí)間

Table 1 Time of occurrence and duration of El Nio events from 1951 to 2016

表1 1951—2016年El Nio事件發(fā)生時(shí)間及持續(xù)時(shí)間

EP型El Ni?o事件CP型El Ni?o事件起止時(shí)間持續(xù)時(shí)間起止時(shí)間持續(xù)時(shí)間1951年8月—1952年1月6個(gè)月1968年10月—1970年2月17個(gè)月1957年4月—1958年7月16個(gè)月1977年9月—1978年2月6個(gè)月1963年7月—1964年1月7個(gè)月1994年9月—1995年3月7個(gè)月1965年5月—1966年5月14個(gè)月2009年6月—2010年4月11個(gè)月1972年5月—1973年3月11個(gè)月2002年5月—2003年3月7個(gè)月1976年9月—1977年2月6個(gè)月2004年7月—2005年1月11個(gè)月1979年9月—1980年1月5個(gè)月1982年4月—1983年6月15個(gè)月1986年8月—1988年2月19個(gè)月1991年5月—1992年6月14個(gè)月1997年4月—1998年4月13個(gè)月2006年8月—2007年1月6個(gè)月2014年10月—2016年4月19個(gè)月

1.4 K-means聚類方法原理

熱帶氣旋源地的統(tǒng)計(jì)采用K-means聚類方法。K-means聚類方法認(rèn)為兩個(gè)對(duì)象的距離越近，其相似度就越大，采用距離作為相似性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。首先確定輸入量k，采用均方差作為標(biāo)準(zhǔn)測度函數(shù)，然后將n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象劃分為k個(gè)聚類，使得同一聚類中的對(duì)象相似度較高，而不同聚類中的對(duì)象相似度較小。

通過統(tǒng)計(jì)熱帶氣旋的生成頻數(shù)、生成位置、登陸頻數(shù)、登陸強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)對(duì)比兩類El Nio事件下的差異，采用合成分析方法，對(duì)兩類事件下各氣象要素以及海面溫度作出相應(yīng)的距平差值場進(jìn)行分析，探究El Nio事件對(duì)熱帶氣旋的影響機(jī)理。

2 兩類El Nio事件下熱帶氣旋月均生成數(shù)

圖1 EP型與CP型El Nio事件期間南海(a)和西北太平洋(b)熱帶氣旋月均生成數(shù)占比Fig.1 Proportion of monthly mean tropical cyclones generated in the South China Sea (a) and western North Pacific (b) during EP type and CP type El Nio events

3 熱帶氣旋活動(dòng)盛期7—10月兩類El Nio事件對(duì)登陸中國熱帶氣旋源地的影響

將1951—2016年登陸中國的熱帶氣旋簡稱為登陸熱帶氣旋。7—10月，兩類El Nio及正常年下登陸中國熱帶氣旋的生成源地分布情況如圖2a—c所示，圖2a—c用于支持圖2d的聚類結(jié)果。

圖2 兩類El Nio事件及正常年下登陸中國熱帶氣旋生成源地空間分布圖(a. EP型El Nio事件時(shí)期，b. CP型El Nio事件時(shí)期，c.正常年時(shí)期，d.以上三種熱帶氣旋在兩個(gè)區(qū)域的K均值聚合分布結(jié)果(k=2)；黑色虛線框內(nèi)為南海熱帶氣旋源地聚合結(jié)果，其他為西北太平洋熱帶氣旋源地聚合結(jié)果，藍(lán)色圓點(diǎn)代表EP型El Nio事件，紅色圓點(diǎn)代表CP型El Nio事件，綠色圓點(diǎn)代表正常年)Fig.2 Spatial distribution of tropical cyclone genesis landing in China under two types of El Nino events and in normal years (a. EP type El Nio event, b. CP type El Nio event, c. normal years, d. K-mean aggregation distribution results of the above three tropical cyclones in two regions (k=2); black dotted box for aggregation results of tropical cyclone sources over the South China Sea and others for aggregation results of tropical cyclone sources in western North Pacific, blue dot for EP type El Nio event, red dot for CP type El Nio event, green dot for normal years)

從圖2d中可以看出，對(duì)于西北太平洋熱帶氣旋，兩類El Nio事件發(fā)生時(shí)，登陸熱帶氣旋生成的位置均比正常年偏東偏南。EP型El Nio事件比CP型El Nio事件的登陸熱帶氣旋生成源地偏南偏西。對(duì)于南海熱帶氣旋而言，在南海東北部，CP型El Nio事件的登陸熱帶氣旋生成源地比正常年偏北，EP型El Nio事件比正常年偏南；在南海中部則恰好相反。

4 熱帶氣旋活動(dòng)盛期兩類El Nio期間南海熱帶氣旋生成及登陸情況

為探究南海熱帶氣旋與西北太平洋熱帶氣旋在不同類型El Nio事件期間登陸中國的區(qū)別，突顯兩類事件對(duì)熱帶氣旋的影響，在El Nio事件期間提取1951—2016年熱帶氣旋活動(dòng)盛期(7—10月)熱帶氣旋的數(shù)據(jù)以及正常年7—10月熱帶氣旋的數(shù)據(jù)，并對(duì)熱帶氣旋生成及登陸情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，南海熱帶氣旋的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。在國家標(biāo)準(zhǔn)El Nio/La Nia事件判別方法中，El Nio/La Nia事件的最小時(shí)間單位為月。表2中的總生成(登陸)數(shù)是指發(fā)生在7—10月的各類型事件中，南海熱帶氣旋生成(登陸)總數(shù)；月均生成(登陸)數(shù)為南海熱帶氣旋總數(shù)除以7—10月內(nèi)各類事件發(fā)生的總月數(shù)，表中“占比”指南海熱帶氣旋生成(登陸)數(shù)與含南海在內(nèi)的整個(gè)西北太平洋生成(登陸)熱帶氣旋數(shù)之比。登陸率為同類型事件下，南海熱帶氣旋登陸總數(shù)與生成總數(shù)的比值；強(qiáng)度為離登陸點(diǎn)最近的數(shù)據(jù)點(diǎn)2 min平均近中心最大風(fēng)速。

表2 El Nio事件期間熱帶氣旋活動(dòng)盛期(7—10月)南海熱帶氣旋活動(dòng)情況

Table 2 Tropical cyclone activity in the South China Sea during tropical cyclones’ active period (from July to October) under El Nio event

表2 El Nio事件期間熱帶氣旋活動(dòng)盛期(7—10月)南海熱帶氣旋活動(dòng)情況

事件類型南海熱帶氣旋生成數(shù)南海熱帶氣旋登陸數(shù)總數(shù)/個(gè)月均/(個(gè)·月-1)占比/%總數(shù)/個(gè)月均/(個(gè)·月-1)登陸率/%強(qiáng)度/(m·s-1)占比/%EP型370.72514.9170.33345.918.8825.8CP型150.71413.9120.57180.020.3338.7正常年1350.97816.9700.50751.919.8924.6

其次，對(duì)于登陸中國的南海熱帶氣旋，66 a來熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件期間熱帶氣旋登陸率比正常年偏少6.0%，而CP型El Nio事件期間熱帶氣旋登陸率卻比正常年偏多28.1%，CP型El Nio事件期間熱帶氣旋登陸率比EP型El Nio事件期間偏多34.1%。因此，通過分析兩類El Nio事件期間登陸中國的熱帶氣旋登陸率可知，在熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件的發(fā)生不利于南海熱帶氣旋登陸中國，但在CP型El Nio事件發(fā)生時(shí)，有利于南海熱帶氣旋在中國的登陸。

第三，就南海熱帶氣旋登陸強(qiáng)度來說，66 a來熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件期間南海熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為18.88 m·s-1，CP型El Nio事件期間南海熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為20.33 m·s-1，正常年南海熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為19.89 m·s-1，均為熱帶風(fēng)暴級(jí)別。EP型El Nio事件期間登陸強(qiáng)度比正常年偏弱1.01 m·s-1，而CP型El Nio事件期間登陸強(qiáng)度卻比正常年偏強(qiáng)0.44 m·s-1，比EP型El Nio事件偏強(qiáng)1.45 m·s-1。即CP型El Nio事件期間，南海熱帶氣旋登陸強(qiáng)度較EP型El Nio事件期間登陸強(qiáng)度偏強(qiáng)。

5 熱帶氣旋活動(dòng)盛期兩類El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋生成及登陸情況

同理，對(duì)西北太平洋熱帶氣旋進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。對(duì)于西北太平洋熱帶氣旋，表3中的總生成(登陸)數(shù)是指發(fā)生在7—10月的各類型事件中，西北太平洋熱帶氣旋生成(登陸)的總數(shù)；月均生成(登陸)數(shù)為西北太平洋熱帶氣旋總數(shù)除以7—10月內(nèi)各類事件發(fā)生的總月數(shù)，“占比”指西北太平洋熱帶氣旋生成(登陸)數(shù)與含南海在內(nèi)的整個(gè)西北太平洋生成(登陸)熱帶氣旋數(shù)之比。登陸率為同類型事件下，西北太平洋熱帶氣旋登陸總數(shù)與生成總數(shù)的比值；強(qiáng)度為離登陸點(diǎn)最近的數(shù)據(jù)點(diǎn)的2 min平均近中心最大風(fēng)速。

表3 El Nio事件期間熱帶氣旋活動(dòng)盛期(7—10月)西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)情況

Table 3 Tropical cyclone activity in western North Pacific during tropical cyclones’ active period (from July to October) under El Nio event

表3 El Nio事件期間熱帶氣旋活動(dòng)盛期(7—10月)西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)情況

事件類型西北太平洋熱帶氣旋生成數(shù)西北太平洋熱帶氣旋登陸數(shù)總數(shù)/個(gè)月均/(個(gè)·月-1)占比/%總數(shù)/個(gè)月均/(個(gè)·月-1)登陸率/%強(qiáng)度/(m·s-1)占比/%EP型2114.13785.1490.96123.233.2974.2CP型934.42986.1190.90520.430.2661.3正常年6664.82683.12141.55132.132.8875.4

其次，對(duì)于登陸中國的西北太平洋熱帶氣旋，1951—2016年熱帶氣旋活動(dòng)盛期，兩類El Nio事件期間熱帶氣旋登陸率均比正常年偏少，其中，EP型El Nio事件期間偏少8.9%，而CP型El Nio事件偏少11.7%。對(duì)比兩類事件的熱帶氣旋登陸情況，與南海熱帶氣旋相反，CP型El Nio事件期間熱帶氣旋在中國的登陸率比EP型El Nio事件期間熱帶氣旋登陸率偏少2.8%，差異沒有通過顯著性檢驗(yàn)。即El Nio事件的發(fā)生，不利于西北太平洋熱帶氣旋登陸中國，但是兩類El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋在中國的登陸率差異沒有通過顯著性檢驗(yàn)，因此僅僅由登陸頻數(shù)的角度來看，兩類El Nio事件對(duì)登陸中國的西北太平洋熱帶氣旋影響不顯著。

第三，西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度，恰好與南海熱帶氣旋相反，在此66年來的熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為33.29 m·s-1，達(dá)到臺(tái)風(fēng)級(jí)別，CP型El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為30.26 m·s-1，達(dá)到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別，正常年西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度為32.88 m·s-1，達(dá)到臺(tái)風(fēng)級(jí)別。EP型El Nio事件期間比正常年偏強(qiáng)0.41 m·s-1，而CP型El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度卻較正常年偏弱2.62 m·s-1，較EP型El Nio事件期間偏弱3.03 m·s-1，即CP型El Nio事件期間西北太平洋熱帶氣旋登陸強(qiáng)度比EP型El Nio事件期間登陸強(qiáng)度偏弱。

6 機(jī)理探究

6.1 海面溫度

已有研究說明，由于西太平洋暖池處于冷狀態(tài)時(shí)，西北太平洋的熱帶氣旋移動(dòng)路徑偏東，影響中國的熱帶氣旋個(gè)數(shù)偏少[21]。在El Nio年，西太平洋有東暖西冷的海面溫度異常特征，即西太平洋暖池明顯異常偏冷，呈現(xiàn)負(fù)距平，而在東太平洋暖水堆積呈現(xiàn)出正距平[22]。由圖3可見，在1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期，在含南海的整個(gè)西太平洋海域內(nèi)兩類El Nio事件期間海面溫度異常(sea surface temperature anomaly，SSTA)差值(EP型-CP型)均為負(fù)值，而在東太平洋海域內(nèi)為正值?？梢钥闯鲈贓P型El Nio事件期間，海面溫度在東太平洋異常增暖幅度要大于CP型El Nio事件，同時(shí)，在西太平洋，負(fù)值的最大差值出現(xiàn)在140°～180°E海域，且通過90%的置信水平。即EP型El Nio事件發(fā)生時(shí)，在西太平洋大部分海域海面溫度基本比CP型El Nio事件發(fā)生時(shí)低。這是因?yàn)镋P型El Nio事件發(fā)生時(shí)海水向西運(yùn)輸?shù)哪芰^CP型小，暖海水在東太平洋堆積，故而在西太平洋西部海水異常偏冷，在西北太平洋海域的東部異常偏暖效應(yīng)強(qiáng)于CP型El Nio事件。由于西太平洋海水EP型El Nio事件相對(duì)于CP型El Nio事件更冷，冷效應(yīng)更加明顯，故熱帶氣旋生成所需要的熱量條件較差。

圖3 1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期SSTA差值場(EP型-CP型)(單位：℃，打點(diǎn)區(qū)為通過90%置信水平的區(qū)域，填色為SSTA差值)Fig.3 SSTA difference field (EP type minus CP type) in tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (units: ℃, dotted area denotes passing the significance test at 90% level, colored area for SSTA difference)

6.2 對(duì)流層中層水汽條件

用700 hPa比濕作為判斷對(duì)流層中層水汽條件的判據(jù)。在對(duì)流層中層濕度大的區(qū)域，有利于上升浮力和潛熱釋放的維持。因?yàn)榇髿庵袑訚穸容^低時(shí)，對(duì)流易受到干空氣的侵蝕而減弱，同時(shí)氣柱內(nèi)總水汽的輻合量減少，釋放的潛熱量減少。對(duì)流層中層濕度較高的地區(qū)有利于熱帶氣旋的形成，如果對(duì)流層中層濕度較低，熱帶氣旋一般不會(huì)形成[23]。

通過圖4可以看出，在1951—2016年熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件期間，在西太平洋中部大部分海域均比CP型El Nio事件期間異常偏干，表現(xiàn)為在10°～20°N，145°～155°E海域中比濕距平相差0.2 g·kg-1。特別是在西太平洋中部赤道附近南北約10緯度，140°～160°E的海域，兩類El Nio事件期間700 hPa的比濕距平差異較大，通過90%的置信水平，最大差值達(dá)0.4 g·kg-1。因此，水汽條件同樣導(dǎo)致EP型El Nio事件發(fā)生期間熱帶氣旋生成個(gè)數(shù)相對(duì)于CP型El Nio事件更少，因而導(dǎo)致登陸中國的個(gè)數(shù)也更少。而在南海區(qū)域以及西太平洋海域東南部0°～10°N，175°～180°E，情況則相反，EP型El Nio事件較CP型El Nio事件更濕，但差異不顯著。兩類El Nio事件期間中層大氣比濕的位置分布差異同樣可以解釋EP型El Nio事件發(fā)生時(shí)較CP型El Nio事件熱帶氣旋生成源地偏東偏南。

圖4 1951—2016年700 hPa西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期比濕距平差值場(EP型-CP型)(單位：g·kg-1，打點(diǎn)區(qū)為通過90%置信水平的區(qū)域，填色為比濕距平差值)Fig.4 Specific humidity anomaly difference field (EP type minus CP type) at 700 hPa in tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (units: g·kg-1, dotted area denotes passing the significance test at 90% level, colored area for specific humidity anomaly difference)

6.3 1 000 hPa渦度場

熱帶氣旋的生成位置主要分布在大氣低層相對(duì)渦度大的區(qū)域。低層空氣團(tuán)的摩擦以及低層水汽的輻合加強(qiáng)，有利于熱帶氣旋在該區(qū)域生成。通過圖5a、b可以看出，在1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期，當(dāng)EP型或CP型El Nio事件發(fā)生時(shí)，在南海區(qū)域以及較多熱帶氣旋生成的10°～20°N，120°～160°E的海域上，大氣低層均有渦度的正異常，有助于產(chǎn)生輻合運(yùn)動(dòng)，而且正渦度異常最大值均達(dá)到8×10-6s-1，對(duì)比正渦度異常最大值出現(xiàn)的位置，可以發(fā)現(xiàn)EP型El Nio事件期間正渦度異常中心位置位于150°E附近海域，CP型El Nio事件期間正渦度異常中心位于130°～160°E的海域，EP型El Nio事件期間正渦度異常中心比CP型El Nio事件期間范圍偏小。圖5c表明，在10°～20°N，120°～160°E的海域上渦度距平的差值為負(fù)值，即EP型El Nio事件期間與發(fā)生CP型El Nio事件相比，渦度異常偏低，且在西太平洋中部10°～20°N，125°～135°E以及10°～20°N，145°～150°E差異顯著，通過90%置信水平。但在西太平洋東部赤道以北至10°N，160°～180°E渦度距平差值為正值，且差異通過90%置信水平。因此，在EP型El Nio事件期間，西太平洋西部渦度異常較CP型小，西太平洋東部渦度異常較CP型大。由于正渦度異常為熱帶氣旋的生成提供了十分有利的動(dòng)力條件，因此可以解釋EP型El Nio事件期間較CP型熱帶氣旋生成源地偏東偏南且EP型El Nio事件期間不利于臺(tái)風(fēng)生成。

圖5 1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期1 000 hPa渦度距平(a. EP型El Nio事件期間，填色為渦度距平；b. CP型El Nio事件期間，填色為渦度距平；c.兩類事件的差值場(EP型-CP型)，填色為渦度距平差值；單位：10-6 s-1，打點(diǎn)區(qū)為通過90%置信水平的區(qū)域)Fig.5 Vorticity anomaly of 1 000 hPa in tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (a. EP type El Nio event, colored area for vorticity anomaly; b. CP type El Nio event, colored area for vorticity anomaly; c. difference field of the two types of events (EP type minus CP type), colored area for vorticity anomaly difference; units: 10-6 s-1, dotted area denotes passing the significance test at 90% level)

6.4 Walker環(huán)流

圖6 1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期Walker環(huán)流中EP型(a/b/c/d)與CP型(e/f/g/h)El Nio事件緯向平均風(fēng)場距平場和緯向平均距平差值場(EP型-CP型;i/j/k/l)(矢量箭頭為緯向風(fēng)與垂直速度的合成風(fēng)場，填色表示垂直速度(×1 000)，單位：m·s-1；a/e/i. 0°～5°N，b/f/j. 5°～10°N，c/g/k. 10°～15°N，d/h/l. 15°～20°N)Fig.6 Zonal mean wind anomaly of EP type (a/b/c/d) and CP type (e/f/g/h) El Nio events and zonal mean anomaly difference field (EP type minus CP type; i/j/k/l) in Walker circulation during tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (vector arrow for resultant wind of zonal wind and vertical velocity, colored area for vertical velocity (×1 000), units: m·s-1; a/e/i. 0°-5°N, b/f/j. 5°-10°N, c/g/k. 10°-15°N, d/h/l. 15°-20°N)

熱帶氣旋生成的必要條件是有初始擾動(dòng)，西太平洋熱帶氣旋大多數(shù)是由熱帶輻合帶中的擾動(dòng)發(fā)展起來的，當(dāng)El Nio發(fā)生時(shí)，Walker環(huán)流減弱，會(huì)造成熱帶輻合帶偏南且不活躍，使得西太平洋熱帶氣旋生成所需的初始擾動(dòng)減少，因此不利于熱帶氣旋形成[19]。討論1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期兩類El Nio事件的季風(fēng)槽位置，圖7為海平面氣壓場及850 hPa風(fēng)場圖，對(duì)比圖7a與圖7b，可以看出EP型El Nio事件期間季風(fēng)槽位置較CP型El Nio事件期間偏南，初始擾動(dòng)減少，不利于臺(tái)風(fēng)生成。綜上分析，EP型El Nio事件期間比CP型El Nio事件期間在西太平洋生成的熱帶氣旋頻數(shù)少。

圖7 1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)盛期平均季風(fēng)槽(a. EP型El Nio事件期間，b. CP型El Nio事件期間；等值線表示海平面氣壓場，單位：hPa,風(fēng)矢表示850 hPa風(fēng)場，紅色線為季風(fēng)槽的槽線)Fig.7 Mean monsoon trough during tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (a. EP type El Nio event, b. CP type El Nio event; contour for sea-level pressure, units: hPa, wind barb for wind field at 850 hPa, red line for trough line of monsoon trough)

6.5 500 hPa環(huán)流形勢

熱帶氣旋是低壓系統(tǒng)，其移動(dòng)主要受500 hPa引導(dǎo)氣流的控制，且向有利于自身發(fā)展的地區(qū)移動(dòng)(即氣壓相對(duì)較低地區(qū))。

在1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋盛期，由500 hPa位勢高度距平角度(圖8a)分析，對(duì)比兩類事件的差別可以發(fā)現(xiàn)，無論是CP型發(fā)生時(shí)，還是EP型發(fā)生時(shí)，我國東南沿海地區(qū)都為正距平，不利于熱帶氣旋登陸中國，這與El Nio事件發(fā)生時(shí)較正常年登陸中國熱帶氣旋數(shù)較少相一致。但由圖8b可以看出，兩類El Nio事件下500 hPa位勢高度場的差異不大，故此因子可能不是導(dǎo)致兩類事件下熱帶氣旋活動(dòng)差異的主要原因。

西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)位置對(duì)登陸我國的熱帶氣旋路徑有很大影響[24-26]。由引導(dǎo)氣流角度(圖8c)分析，登陸熱帶氣旋與西太平洋副高的關(guān)系甚為復(fù)雜，如果副高異常偏東，熱帶氣旋則會(huì)沿副高西側(cè)引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)向，不利于登陸。EP型El Nio事件發(fā)生時(shí)，西太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)偏東偏南，不利于熱帶氣旋登陸；CP型El Nio事件發(fā)生時(shí)，西太平洋副高偏西偏北，有利于熱帶氣旋在中國登陸。這與上文CP型El Nio事件較EP型El Nio事件更有利于熱帶氣旋的登陸相對(duì)應(yīng)。由流場差值(圖8d)顯示，在熱帶氣旋路徑多經(jīng)過的南海和菲律賓東部海域上的風(fēng)向均與臺(tái)風(fēng)登陸需要的運(yùn)動(dòng)方向不同，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)偏離登陸路徑，所以EP型El Nio事件比CP型El Nio事件更不利于熱帶氣旋登陸中國。

圖8 1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋盛期兩類El Nio事件下500 hPa高度距平場(a)、高度差值場(EP型-CP型；b)、平均高度場(c)和流場距平差值場(EP型-CP型；d)(等值線單位：gpm，藍(lán)線為EP型El Nio事件期間，紅線為CP型El Nio事件期間，打點(diǎn)區(qū)為通過90%置信水平的區(qū)域)Fig.8 Geopotential height anomaly field (a), geopotential height difference field (EP type minus CP type; b), mean geopotential height field (c), and flow anomaly difference field (EP type minus CP type; d) at 500 hPa under two types of El Nio events during tropical cyclones’ active period in western North Pacific from 1951 to 2016 (units of contour: gpm, blue line for EP type El Nio event, red line for CP type El Nio event, dotted area denotes passing the significance test at 90% level)

結(jié)合以上的分析，除了500 hPa位勢高度距平場，在1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋盛期，兩類El Nio事件下海面溫度場、對(duì)流層中層水汽條件、1 000 hPa渦度場及Walker環(huán)流的差異均將導(dǎo)致EP型El Nio事件發(fā)生時(shí)較CP型El Nio事件的熱帶氣旋生成源地偏東偏南，在EP型El Nio事件發(fā)生的時(shí)候相對(duì)于CP型El Nio事件的熱帶氣旋生成個(gè)數(shù)更加得少，受到生成個(gè)數(shù)的限制，又將導(dǎo)致登陸中國的個(gè)數(shù)也更加得少，與上文總結(jié)的結(jié)論相一致。

最后，簡單討論影響熱帶氣旋登陸強(qiáng)度時(shí)的原因。結(jié)合上述背景場，在1951—2016年西北太平洋熱帶氣旋盛期，對(duì)于EP型El Nio來說，由圖3可以看出該時(shí)期西北太平洋海面溫度較CP型El Nio明顯異常偏低，大尺度的環(huán)流條件發(fā)生改變，繼而導(dǎo)致低層相對(duì)渦度在該區(qū)域出現(xiàn)異常偏低，大氣的低層空氣團(tuán)通過摩擦輻散，同時(shí)低層有較差的水汽條件，不利于熱帶氣旋在該區(qū)域生成。因此，熱帶氣旋源地較CP型El Nio時(shí)偏東。這又會(huì)導(dǎo)致其登陸中國的路徑更長，即熱帶氣旋在洋面活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間更久，此過程中吸收的熱量相對(duì)更多，這與EP型El Nio存續(xù)期間西太平洋熱帶氣旋登陸中國強(qiáng)度更強(qiáng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果相一致。

7 結(jié)論與討論

4)西北太平洋熱帶氣旋在熱帶氣旋活動(dòng)盛期，EP型El Nio事件期間生成頻數(shù)較低，在中國的登陸率略高于CP型El Nio事件，但差異不顯著，登陸強(qiáng)度偏強(qiáng)；CP型El Nio事件發(fā)生時(shí)雖生成頻數(shù)較高，但登陸率略低于EP型El Nio事件，登陸強(qiáng)度偏弱。