東北太平洋和北大西洋熱帶云團(tuán)發(fā)展率特征的對比

王懿彬，彭旭鋼，翁錦文，吳敏敏，王 磊,2#

1.廣東海洋大學(xué) 海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江 524088；2.廣東海洋大學(xué) 近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警實驗室，廣東湛江 524088

熱帶云團(tuán)（Tropical Cloud Cluster，TCC）和熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）是熱帶地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)[1-2]，其引起的大風(fēng)和暴雨可以造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，從而對熱帶地區(qū)的農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生重要的影響。TCC可以看作是TC的初始胚胎狀態(tài)，TCC在環(huán)境條件有利的情況下可以得到進(jìn)一步發(fā)展而形成TC。TCC的發(fā)展率可以用來定量地表征能夠發(fā)展為TC的TCC所占的比例。通過考察TCC的發(fā)展率的變異特征和規(guī)律，有助于更進(jìn)一步理解和認(rèn)識TCC發(fā)展和TC生成的活動規(guī)律，有助于提高對TCC和TC所引起的極端天氣的預(yù)報預(yù)警能力。

以往的相關(guān)研究多針對西北太平洋海域的TCC變異進(jìn)行探討[3-7]。東北太平洋和北大西洋是西半球TCC和TC活動活躍的海域。研究揭示，北大西洋和東北太平洋TC生成數(shù)量和平均生成緯度可以呈現(xiàn)出反位相關(guān)系[8-9]。對東北太平洋和北大西洋的TCC及其發(fā)展率的變異研究在以往的研究中還較少涉及，特別地，東北太平洋和北大西洋這2個海域的TCC發(fā)展率變異之間是否也存在一定的聯(lián)系，這是有待進(jìn)一步解決和探討的問題。本研究對東北太平洋和北大西洋的TCC發(fā)展率的變異特征進(jìn)行了對比分析。

1 數(shù)據(jù)和方法

本 研 究 使 用 的 數(shù) 據(jù) 包 括：（1）1982—2018年 全 球TCC數(shù) 據(jù) 集；（2）使用的全球TC數(shù)據(jù)來自International Best Track Archive for Climate Stewardship（IBTrACS）v04r00版本數(shù)據(jù)集[10]；（3）使用的全球月平均SST數(shù)據(jù)來自NOAA Extended Reconstructed SST (ERSST) V3月平均再分析數(shù)據(jù)集[11]，其空間分辨率為2.0°×2.0°。

參照Hennon等（2013）[2]的定義方法，TCC的發(fā)展率（Genesis Productivity，GP）用TC數(shù)量與TCC數(shù)量的比率來計算，其具體定義公式為：

其中，TC（IBTrACS）表示全球熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集IBTrACS中TC的生成數(shù)量，TCC（total）表示TCC的總數(shù)量。TCC的發(fā)展率可以用來定量表征能夠發(fā)展成為TC的TCC數(shù)量占TCC總數(shù)量的百分比，即一定時間內(nèi)發(fā)展成TC的TCC數(shù)量與TCC總數(shù)量之比。時間序列的長期變化趨勢的顯著性用Mann-Kendall趨勢檢驗來進(jìn)行判別，相關(guān)系數(shù)的顯著性用t檢驗來進(jìn)行判別。

2 結(jié)果與分析

首先考察東北太平洋和北大西洋TCC發(fā)展率的季節(jié)變化特征（圖1）。東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化?？傮w來看，2個海域的TCC和TC數(shù)量以及TCC發(fā)展率的峰值都主要集中在6—10月。東北太平洋的TCC發(fā)展率在7月達(dá)到最大值（13.22%），北大西洋的TCC發(fā)展率在9月份達(dá)到最大值（16.09%）。北大西洋TCC發(fā)展率的最高值月份的數(shù)值（16.09%）略高于東北太平洋海域TCC發(fā)展率最高值月份的數(shù)值（13.22%）。東北太平洋海域在2月和4月的TCC發(fā)展率最小，2月和4月由于沒有TC生成，所以對應(yīng)的TCC發(fā)展率為零。北大西洋海域的TCC發(fā)展率在2月和3月最小（對應(yīng)的TCC發(fā)展率數(shù)值為零）。

圖1 東北太平洋（a）和北大西洋（b）的TCC平均數(shù)量（藍(lán)柱）、TC平均數(shù)量（紅柱）和TCC發(fā)展率（黑線）的季節(jié)變化。

根據(jù)上面的分析結(jié)果，挑選出盛期月份（6—10月）進(jìn)行考察，對這2個海域在1982—2018年期間的TCC發(fā)展率時間序列的長期變化趨勢進(jìn)行分析（圖2）。東北太平洋TCC發(fā)展率的時間序列呈顯著的減小趨勢（圖2a），變化趨勢值為-1.31%/10年。東北太平洋的TC數(shù)量的時間序列呈不顯著的減小趨勢（圖2b），而TCC數(shù)量的時間序列呈顯著的增加趨勢（圖2c）。相對比的，北大西洋TCC發(fā)展率的時間序列呈不顯著的減小趨勢（圖2d），TC數(shù)量的時間序列呈現(xiàn)出不顯著的增加趨勢（圖2e），TCC數(shù)量的時間序列呈顯著的增加趨勢（圖2f），變化趨勢值為8.9個/10年。

圖2 1982—2018年東北太平洋和北大西洋6—10月TCC發(fā)展率（a、d）、TC數(shù)量（b、e）和TCC數(shù)量（c、f）的時間序列（黑線）和長期變化趨勢

接下來對1982—2018年盛期（6—10月）時間序列進(jìn)行去除長期趨勢變化和9年高通濾波處理提取年際變化信號，利用11年滑動相關(guān)探究分析這2個海域的TC數(shù)量、TCC數(shù)量和TCC發(fā)展率之間可能存在的相關(guān)關(guān)系（圖3）。東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率時間序列之間的相關(guān)系數(shù)是不顯著的，表明2個海域TCC發(fā)展率年際變化之間的聯(lián)系相對較弱。兩海域之間的TC數(shù)量在1990s年代附近存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表示當(dāng)一個海域TC生成數(shù)量增多時，另一個海域TC的生成數(shù)量則會出現(xiàn)減少。這種TC生成數(shù)量之間的反相位關(guān)系在2000年以后發(fā)生減弱并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著。同時，兩海域之間的TCC數(shù)量也呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系不斷增強(qiáng)的趨勢，到2010年之后兩者之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系可以通過95%的顯著性檢驗。

圖3 1982—2018年6—10月東北太平洋和北大西洋之間的TCC發(fā)展率（黑線）、TC數(shù)量（藍(lán)線）和TCC數(shù)量（綠線）年際變化時間序列的11年滑動相關(guān)系數(shù)

進(jìn)一步考察影響東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率變異的熱帶大洋海表面溫度異常的分布特征（圖4）。與TCC和TC數(shù)量相比較，2個海域的TCC發(fā)展率與熱帶大洋海表面溫度異常的相關(guān)系數(shù)相對較弱（圖4c、f）。然而，2個海域的TCC和TC數(shù)量可以存與熱帶中東太平洋和熱帶大西洋海溫異常之間的顯著相關(guān)關(guān)系（圖4a、b、d、e）。影響東北太平洋和北大西洋海域TCC和TC生成數(shù)量變異的熱帶海溫異常信號的分布區(qū)域相似并且符號相反，這可以造成這2個海域的TCC數(shù)量以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。

圖4 1982—2018年6—10月東北太平洋和北大西洋TCC數(shù)量（a、d）、TC數(shù)量（b、e）、TCC發(fā)展率（c、f）與空間各格點海表面溫度之間相關(guān)系數(shù)的空間分布

這些結(jié)果表明，與El Ni?o-Southern Oscillation（ENSO）有關(guān)的熱帶中東太平洋和熱帶大西洋海溫異常的影響可能會引起東北太平洋和北大西洋海域的TCC以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。熱帶太平洋和熱帶大西洋的海溫異?？梢酝ㄟ^調(diào)控大氣環(huán)流異常（例如垂直風(fēng)切變），從而引起2個海域TCC和TC生成數(shù)量的變化。

3 結(jié)論

利用1982—2018年的TCC和TC數(shù)據(jù)，對東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率在季節(jié)變化、年際變化和長期變化趨勢方面的變異特征進(jìn)行了對比，得出以下結(jié)論：

（1）在季節(jié)變化方面，東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。東北太平洋的TCC發(fā)展率在7月達(dá)到最大值（13.22%），北大西洋的TCC發(fā)展率在9月達(dá)到最大值（16.09%）。

（2）在年際變化方面，與ENSO有關(guān)的熱帶太平洋和熱帶大西洋海表面溫度異常的影響可能會引起東北太平洋和北大西洋海域的TCC數(shù)量以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。然而，東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率時間序列的相關(guān)關(guān)系并不顯著。

（3）在長期變化趨勢方面，東北太平洋的TCC數(shù)量在6—10月份呈顯著的增加趨勢，TC數(shù)量呈不顯著的減少趨勢，TCC發(fā)展率呈顯著的減少趨勢；北大西洋的TCC數(shù)量在6—10月份呈顯著的增加趨勢，TC數(shù)量呈不顯著的增加趨勢，TCC發(fā)展率呈不顯著的減少趨勢。

通過以上對東北太平洋和北大西洋海域TCC的發(fā)展率的變異特征和規(guī)律的對比分析，得到的研究結(jié)果有助于更進(jìn)一步理解和認(rèn)識東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展和TC生成的活動規(guī)律，進(jìn)而有助于提高對TCC和TC所引起的極端天氣災(zāi)害的預(yù)報預(yù)警能力。