英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
北太平洋涛动与台风频次的关系
WANG Huijun, SUN JianQiamp;FAN Ke
Institute of Atmospheric Physics (IAP), Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
摘要：研究了北太平洋涛动和台风、飓风频次之间的关系。在1948~1998年期间，6~9月的北太平洋涛动指数和每年在北太平洋上生成台风的个数之间的相关指数为0.37。同期NPO指数与热带大西洋的飓风频次的相关指数为-0.28。同时发现NPO的变化与垂直纬向风切变、海平面气压和海表面温度这些与台风、飓风发生相关的物理量具有同期变化。分析了NPO与大气环流变化的关系，说明NPO是如何通过大气遥相关与西太平洋和热带大西洋热带大气环流的变化联系在一起的。
关键词：西北太平洋台风；热带大西洋飓风；北太平洋涛动；台风/飓风频次
1 引言
人们很早就认识到厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）对西北太平洋(WNP)和热带大西洋(TA)的热带气旋活动，包括其频率、强度、位置和登陆等都有重要影响[1-7]。ENSO可通过改变垂直纬向风切变、海面温度、Walker环流和北太平洋西部季风槽的大小来影响热带气旋活动[8-9]。Gray[8]和Chan[10]还指出了平流层准两年振荡对热带风暴和台风活动的影响。
然而台风和飓风活动的年际变化也很复杂。因此，寻找可能影响台风和飓风活动的其他因素是研究台风和飓风活动的可变性和可预测性的一个重要方面。因此，我们在前人研究的基础上，通过与NPO相关的大尺度大气环流变化，考察了大气年际变率中的北太平洋振荡(NPO)与西北太平洋台风数和热带大西洋飓风数之间的关系。NPO是北太平洋大气年际变化的一种主要模式，反映了太平洋高、低纬度海平面气压变化的跷跷板模式[11-13]。
确定北太平洋指数的方法有好几种。Wallace和 Gutzler 用标准化海平面气压场两点P1(65°N，170°E)、P2(25°N，165°E)之间的差值[12]代表NPO指数。Guo和Sun用相近的方法，但是他们将两点之间的海平面气压之差替换为两个区域海平面气压之差[14]。另一个定义是基于北太平洋地区SLP的经验正交函数分析[15]。不同的定义往往会给出相当相似的结果。我们将在第三部分进一步讨论这个问题。此外，对NPO及其与中国天气、气候之间的联系也进行了研究[14,16-20]。也有迹象表明台风频次与大西洋涛动也有联系[21]。这些研究有助于了解中国在年际和年代际时间尺度上的气候变化。但是北太平洋涛动和北太平洋台风频次之间的关系还没有相关说明。
2 资料
本研究使用的热带大西洋飓风和北太平洋西部台风记录是美国国家海洋和大气管理局台风联合预警中心和飓风研究司的再分析数据集（NOAA）[22]。台风及飓风纪录的时间长度分别为1945-1998年及1851-1998年。还利用了国家大气研究中心和国家环境预测中心的17个层次的大气逐月再分析数据(1949-1998)，水平分辨率为2.5°times;2.5°[23]。哈德利气候预测和研究中心分析了1871-1998年度的月海平面气压数据，并使用5°times;5°水平分辨率进行了研究[24]。本文中使用的逐月海表温度（SST）是NOAA最优插值SST数据集[25]。在本研究中，我们使用Saffir-Simpson尺度来识别热带风暴和台风/飓风。这场热带风暴的标准是风速在39-73米/小时(英里/小时)或62.8-117.5公里/小时之间。当风速大于74米/小时或119.1公里/小时时，被认为是台风或飓风。
3 北太平洋涛动和台风-飓风频次
首先，我们计算了1949~1998年间6-7-8-9月平均NPO指数与热带风暴数以及台风和飓风数之间的相关系数。结果是：1949~1998年期间NPO和西太平洋台风频次（TNWP）相关系数是0.37，和热带大西洋飓风频次（HNAT）的相关系数为-0.28。另外，在此期间NPO和上述两个热带风暴频次的相关系数分别是-0.20和0.23。因此，NPO与台风/飓风的数量多少的关系相对于热带风暴更加密切。
在本文的第一部分中，我们提及了NPO指数的三种定义方法。在这里，我们还计算了其他两个NPO指标与台风/飓风频率之间的相关系数。它们与TNWP之间的相关系数分别为0.30和0.41。这两个NPO指数与HNAT之间的相关系数分别为-0.28和-0.29。因此，不同的NPO指数定义不会对NPO与台风/飓风频率之间的相关性产生太大影响。因此，在本文的以下内容中，我们只使用了NPO的第一个指标。（基于参考文献[12]）。
图1显示了1945年~1998年6、7、8、9月的NPO、西太平洋热带风暴频次和台风频次标准化时间序列。NPO和西太平洋热带风暴频次和台风频次之间有显著的年际变化对应关系。
此外，在1871~1998年期间，NPO、西太平洋热带风暴频次、飓风频次也有很好的反向对应关系，5年的滑动平均变化对应关系还要更好。
如图2所示，NPO与海表温度的相关场在高纬太平洋区和热带大西洋区存在相当规则的分布特征。其在热带大西洋为正相关，而在低纬太平洋则为负相关（置信水平为95%）。如图二所示，热带大西洋飓风频次和SLP相关分布和 NPO- SLP 的相关场分布在热带大西洋区基本相反。图2(a)和(b)也反映出太平洋东部地区的相关系数存在相反的现象。因此，这就印
证了 NPO 和西太平洋台风频次、热带大西洋飓风频次的正相关和反相关关系的存在。
图2(c)展示了NPO和西太平洋台风频次相关系数的空间分布形势。我们可以发现在两个半球低纬太平洋地区存在负相关，而在南极地区存在正相关。这种模式类似于与NPO-SLP相关分布，表明NPO与西太平洋台风频次之间存在正相关关系。
图 1 6~9 月北太平洋涛动指数NPO(粗实线)、西太平洋热带风暴频次(点实线)和台风频次(带框的实线)的标准化时间序列(1945~1998 年)
图 2 1949~1998年6~9月SLP和NPO(a)及TNWP(b)的相关系数空间分布
阴影区为 t 检验信度超过 95%的区域
纬向风的垂直切变幅度(MWS)对于热带气旋生成和发展是非常重要的一个环境参量, 可以定义为150和850 hPa 之间纬向风垂直切变的绝对值。因此，对NPO-MWS的相关分布惊醒了分析，并与TNWP-MWS以及 HNAT-MWS的相关分布进行比较，发现在热带大西洋区NPO-MWS的相关系数是正值，而HNAT-MWS的相关是负值。总体上，HNAT-MWS和NPO-MWS 的结果基本相反，表明NPO 的变化确实是和热带大西洋飓风频次变化相反。
西太平洋台风的初始生成区域主要是在5°~20°N的热带中西部太平洋区域（图3c、d中的B区域）。从图3(c)和(d)的 B区中的变化看到，NPO-MWS 的相关是负的，这和TNWP-MWS的相关特征是一致的。这些结果表明，NPO处于正位相，则B区域MWS处于负位相，与HNAT的增加和TNWP的减少是同时发生的，反之亦然。
图4给出了NPO-MWS的大尺度相关分布，其中我们可以明显看出有清楚的遥相关分布型。一个是在北太平洋和西北太平洋之间，另一个是在北太平洋和热带大西洋之间，还有其他正负值。结果表明，这两个遥相关型通过垂直纬向风切变将NPO的变化和西太平洋及热带大西洋的变化联系起来。
图5中显示出，NPO和SST的相关场在热带太平洋是正相关。以往的研究表明，高海温是热带风暴、台风或飓风发生和发展的必要前提。因此，NPO处于正位相时，该区域倾向于有正的海温距平，而不利于台风的生成和发展，反之亦然。而在热带大西洋，NPO与SST的关系恰好相反。该区域SST处于正位相时，往往会有负的海温距平存在，不利于飓风的生成和发展，反之亦然。
图3 1949~1998年6~9月MWS和NPO在太平洋(a)及大西洋(c)的相关系数的空间分布;以及6~9月MWS和HNAT(b)及 TNWP(d)的相关系数的空间分布
阴影区为t检验信度超过95%的区域
图4 1949~1998年6~9月NPO和MWS在太平洋-大西洋区域的相关系数的空间分布
阴影区为t检验信度超过95%的区域
图5 1950~1998年6~9月NPO和SST相关系数的空间分布
阴影区为t检验信度超过95%的区域
4 可能的机制
现在我们基于1949-1998年的数据综合分析一下NPO与台风（飓风）频次之间可能存在的机制。将标准化NPO序列中正异常的年份组合作为NPO正距平组合，负异常年份组合做为负距平组合。在我们当前的研究中，为了排除ENSO对台风和飓风频次的影响，我们需要将El Nintilde;o年（1951，1953, 1957, 1963, 1965, 1972, 1982, 1987, 1991, 1997）和La Nintilde;a年(1954, 1955, 1956, 1964, 1970, 1971, 1973, 1975, 1988, 1998)排除出去。这样之后，在正负NPO距平年份组合中各有15年。
图6给出了和 850 h Pa 之间纬向风垂直切变幅度的差值分布。西太平洋区和热带大西洋区的特征与图3和图4的也一致。因此，证明了在排除ENSO可能带来的影响之后，NPO确实与西太平洋台风频次存在正相关关系，与热带大西洋飓风频次存在负相关关系。
图 6 基于NPO的1949~1998年纬向风垂直切变幅度的正负距平组合差值(m/s)空间分布
如上所述，NPO与西太平洋台风频次及热带大西洋飓风频次之间的关系可能归因于遥相关作用。通过描述1949-1998年间NPO正负距平组合在150hPa和850hPa上的速度差异，我们可以进一步讨论其机理。
在150 hPa，太平洋20°N-40°N出现异常西风，表明北太平洋西风急流增强。结果表明，西北太平洋出现了异常的气旋性环流，副热带西太平洋出现了异常的反气旋环流。因此，在西太平洋有异常东风出现。在850 hPa高度上，纬向风变化较小，西风异常较弱。所以西太平洋对流层上部有西风，下部有东风，这样的异常导致在150~850 hPa之间的垂直风切变幅度明显减小。
在热带大西洋，西风急流减弱，从而导致与太平洋不同的异常纬向风。因此，在中纬度大西洋和副热带大西洋分别存在着异常的反气旋和气旋环流。热带大西洋则是有异常西风，850hPa上的纬向风变化仍然很小
150 hPa上急流的变化则和前文提到的两个大气遥相关密切相关.它是由北太平洋-亚洲部分和北太平洋-美洲部分组成。实际上，在重力位势高度场的变化上（图7a）也可以清楚看到这两个遥相关型。
图 7 基于NPO的1949~1998年150 h Pa(a)和850 hPa(b)风场的正负距平组合差值(m/s)空间分布
等值线给出了纬向风的差值分布(m/s)
图 8 基于NPO的1949~1998年150 hPa重力位势高度场的正负距平组合差值(gpm/s)空间分布
粗实线表示两个遥相关型的分布
5一个耦合气候模式的结果分析
为了证明我们在观测数据集上的发现，我们分析了海洋-大气耦合环流模式的300年气候积分。该模型是在挪威开发的，并已在许多气候模拟中使用[26]。
已经发现了6、7、8、9月在西太平洋地区，NPO与MWS呈负相关；而在热带大西洋地区，NPO与MWS呈正相关。这些相关性在95%的水平上是显著的（图9）。图10给出了6~9月NPO与SST同期相关系数的空间分布。NPO和SST 的相关空间分布(图10)也和观测资料的结果吻合, 在西太平洋区是正相关, 在热带大西洋区是反相关。因此，这个耦合的气候模型模拟结果印证了我们在NPO和MWS以及SST的相关分布中所发现的。
图11给出了NPO和850hPa散度的相关分布。B区是负的相关区，这是西太平洋台风发生的关键区，这表明当NPO处于异常辐合区时，有利于热带气旋和台风的生成和发展。
在热带大西洋区为正相关, 结果与热带西太平洋的情况相反。总之, 散度和涡度的变化同样支持NPO与台风/飓风频次之间的相关关系, 印证了观测资料的结果。
图9
同图4, 但为耦合模式300积分的结果
图 10
同图 5, 但为耦合模式 300 积分的结果
图 11 耦合模式300积分的结果中 6~9月NPO指数和850 hPa散度的相关系数空间分布
阴影区为t检验信度超过 95%的区域
6 总结
本文揭示了6~9月在西太平洋（大西洋）NPO与台风（飓风）频次之间存在显著的正（负）相关关系。分析了太平洋和大西洋区大气环流和海温的NPO相关的年际变化。当6~9月NPO处于正（负）异常相位时，热带西太平洋具有较小(较大)的垂直纬向风切变和暖(冷)海表水，从而有利于(不利于)台风的发生。而热带大西洋NPO与MWS或SST的联系与西太平洋区情况相反。因此，NPO与飓风频次呈负相关
在年际变化中
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[23492]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
课题毕业论文、外文翻译、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
