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本文综合各种观测资料和再分析资料,结合基于大气环流模式的数值模拟试验,讨论了东太型和中太型两类ENSO事件对西北太平洋热带气旋(TC)活动的季节调制。首先,利用两套TC观测资料(CMA和JTWC)研究了西北太平洋TC的频数、源地、移动路径、持续时间、强度和强度变率等方面的基本气候特征,探讨了大尺度环境因子与TC强度变率之间的关系;其次,基于观测资料,分析了不同季节(春、夏、秋3季)两类ENSO事件对西北太平洋TC活动的不同影响;最后,利用ECHAM5大气环流模式模拟大尺度环流对两类ENSO事件的季节响应,从而揭示和分析了两类ENSO事件对西北太平洋TC活动进行季节调制的物理机制。
主要结论如下:
1.西北太平洋TC活动及有关环境场的气候特征
两套TC资料均表明,各等级的TC生成频数、生成位置、移动路径存在明显的季节特征。TC主要生成区随季节演变沿顺时针方向移动:1-4月TC生成主要集中在东南(SE)象限,5-6月西移至西南(SW)海域,7-8月北抬至西北(NW)象限,9月东移至东北(NE)海域,之后南退至SE海域,即沿SE→SW→NW→NE→SE(JTWC中SE→SW→NW→SE),经历准一年的周期过程。冬季,TC主要在热带洋面活动,移动路径相对较短;春季,TC以西行(穿过菲律宾和南海登陆中国华南和越南)和东北转向(移向日本及附近地区)路径为主;夏季,3条主要路径和登陆东亚的TC活动均增加;秋季,TC活动范围向东、向南压缩,其影响逐渐远离大陆。
对于TC持续时间,两套资料所示的年际、年代际变化和长期趋势变化均存在较大差异。CMA(JTWC)中,20世纪60年代和90年代分别对应为TC持续时间的波峰(波谷)和波谷(波峰);二者记录的长期变化趋势分别为显著缩短和显著增长。两套资料中TC强度均呈一致减弱的变化趋势(-0.19ms-1/年和-0.11 ms-1/年)。同时,强度和持续时间的季节对应关系较好:TC在4月和10月对应强度较强,持续时间较长;而在1-2月和6-7月对应TC强度较弱,持续时间较短。
TC强度变率呈南正北负的偶极子分布特征。TC在热带洋面强度增强,在北侧冷水区及陆地上减弱。通过比较TC强度变率与大尺度环境因子的关系,发现TC增强通常需满足以下条件:
(1)高海温(SST不低于27.5℃)和高热含量(OHC不低于40 kJ/cm2)的热力条件;
(2)环境场垂直风切变较低(VWS不大于14m/s),并且伴随较小的移动速度,移动路径以西行或西北行为主(U<0 m/s)。
2.两类ENSO事件对西北太平洋TC活动的季节调制:观测资料分析研究
两套TC资料一致表明,春季东太型暖/冷事件(EPW/EPC)使得TC在SE(SW)象限生成显著偏多,但两类ENSO事件对TC持续时间和强度的影响相对较小。夏季,EPW发生时,TC在SE(NW)海域生成显著偏多(少);EPC利于TC在NE和NW两个北侧海域生成,而抑制其在SW形成;中太型冷事件(CPC)不利于TC在SE海域生成。秋季,EPW对应整个西北太平洋地区的TC频数显著偏少,中太型暖事件(CPW)抑制(促进)TC在SCS(SE)地区发展;CPC促进TC在SCS形成。EPW使得TC持续时间和强度显著增加,EPC显著缩短了TC的生命周期。TC生成位置的这些变化特征与TC生成潜力指数的分布一致。
春季EPW事件中,东北向的异常引导气流控制着WNP副热带地区,促进TC东北转向;异常西风位于热带地区,从而抑制TC西行和西北行。与TC在SE海域生成显著偏多有关,TC强度变率的正值中心向东南延伸。夏季,EPW事件中引导气流不利于TC西行和西北行,而CPW事件则促进TC西北行、抑制其西行。秋季ENSO事件中引导气流和TC移动密度的分布特征与夏季类似。CPC中,TC强度变化主要集中在150°E以西,这与TC生成主要集中在西侧海域且东北转向路径显著偏少有关。
3.两类ENSO事件对TC活动的影响:基于大气环流模式的模拟研究
总体而言,模式模拟的大尺度环流对两类ENSO事件的响应特征与观测分析的结论一致。EPW事件中,模拟的Walker环流的异常湿上升支位于中/东太平洋,干下沉支位于西太平洋,从而使得西北太平洋SE象限对流活动增强、VWS减少、涡度和GPI增加。这些模拟特征与夏季TC在SE象限显著增加,秋季在SW和NW海域(CMA)显著减少的观测结论一致。同时,EPW试验中,春季引导气流在台湾东侧海域上空呈反气旋式异常,其北侧显著的西风异常引导TC东北转向;夏秋季节东亚大槽加深,显著的西风异常引导气流出现在东亚沿海地区。模拟的引导气流支持观测中TC移动路径的变化特征。EPC试验中,所有变量的分布特征均与EPW试验的结果几乎相反。伴随热带太平洋SST正异常中心的西移,CPW事件中Walker环流也向西移动。夏季,模拟的引导气流利于TC西北行登陆日本和朝鲜。秋季Walker环流西侧下沉支北移至SCS,从而抑制TC生成。对比EPC,CPC事件使得中/东太平洋地区的Walker环流下沉支范围更集中、强度更强,对应SE象限VWS的正异常、涡度和GPI负异常也更强。因此,CPC事件中SE海域的环境场更不利于TC形成。夏季,异常东风控制着WNP热带地区,从而使得中国东部沿海的TC活动增加。秋季,西太地区的Walker环流上升支北移至SCS,从而促进TC在此生成。