西北太平洋季风槽对热带气旋的影响外文翻译资料

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季风槽的变化与西北太平洋热带气旋的活动之间的可能关系

Wu Liang

中国科学院-大气物理研究所-季风系统研究中心，北京

中山大学-大气科学系-季风与环境研究中心，广州，中国

Wen Zhiping

中山大学-大气科学系-季风与环境研究中心，广州，中国

Huang Ronghui

中国科学院-大气物理研究所-季风系统研究中心，北京，中国

Wu Renguang

香港中文大学-空间和地球信息科学学院amp;物理系，香港，中国

（初稿时间：2011年3月22日，最终稿时间：2011年6月19日）

摘要

本研究探讨1979-2007年的7-11月季风槽（MT）对西北太平洋热带气旋（TC）的年际变化的影响。研究表明热带气旋的活动与季风槽的位置密切相关。当季风槽东伸（西撤），在西北太平洋的东南部更多（少）地生成热带气旋。与季风槽的移动相关的大尺度环流背景的变化可以解释这一关系。季风槽的东伸与暖洋面、强对流、对流层中低层的高相对湿度、弱的纬向风垂直切变、高层强辐散和西北太平洋东南部的低层异常气旋性涡度相对应，这种情况下有利于热带气旋的生成，而季风槽的西撤及其所对应的情况不利于热带气旋的生成。正压能量转换的诊断表明，当从热带东太平洋向西移动的天气尺度扰动遇到东伸的季风槽，将从平均流中获得能量，这是季风槽的变化与西北太平洋热带气旋的生成有关的重要原因。

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1、引言

长期以来，人们一直认为，西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）的活动具有明显的年际变化信号（Landsea 2000）。以前的研究表明，热带气旋形成位置的经度变化发生在厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年（例如，Camargo和Sobel 2005; Camargo等人2007; Chan 1985,2000; Wang和Chan 2002）。西北太平洋热带气旋（WNPTC）活动的年际变化与大气热力学和动力学的几种变化密切相关。在夏秋季，西北太平洋上大尺度低层环流的特征是低纬西南风、一个季风槽（MT）、一个副热带高压脊（Lander 1996）。西北太平洋季风槽是低层东风信风和西风季风之间的近赤道辐合区（Briegel 2002; Chan和Evans 2002; Tomita等2004）。它通常与通过非绝热加热来加强气旋流的深对流相关（Holland 1995; Webster 1980）。在气候学上，西北太平洋季风槽沿副热带高压的西南边缘延伸。季风槽的发展与西北太平洋副热带高压的移动密切相关（Lau和Li 1984; Wang和Wu 1997）。副热带高压的东撤伴随着季风槽的东伸。由于ENSO对西北太平洋副热带高压有调节作用（Wang等 2000; Wu等 2003），异常的季风槽可能是连接ENSO和热带气旋活动的关键所在。

以前对热带气旋活动的变化的研究聚焦于探讨季风槽的变化。结果表明，季风槽的位置对西北太平洋热带气旋的活动分布起主要控制作用。大多数研究表明大约超过70%的西北太平洋热带气旋的生成与季风槽有关（Briegel and Frank 1997; Chen et al. 2004; Ritchie and Holland 1999; Ritchie 1995）。值得注意的是，TD型扰动是指已知对热带气旋形成具有强烈影响的经典热带波类型。热带气旋的最大生成频率的位移随着季风槽的位移变化。季风槽的季节内变化（Zhou和Chan 2005）可以调节热带气旋的活动（Chen等2009，2010）。据Sadler（1967），Frank（1987），Chia和Ropelewski（2002）还有Chen等（1998，2006）所说，季风槽是热带气旋生成的有利区域，因为它提供了大范围的低层气旋性涡度的环境。Harr和Elsberry（1991，1995）证明了低层纬向风异常的变化对热带气旋的位置和路径有显著的影响，而低层纬向风异常意味着西北太平洋季风槽的强度。

但是，西北太平洋热带气旋的活动和季风槽之间的关系还不是完全明确。迄今为止，在季风槽处于不同状态的年份期间，热带气旋的数量、生成位置、寿命、路径和强度的变化没有记录。在这里，我们主要研究以上西北太平洋热带气旋变化的所有特征及其与季风槽的变化的关系。

在本研究中，我们认为热带气旋的活动受季风槽影响，主要是通过以下两种方式。一个是可能触发热带气旋形成和有利于热带气旋发展的大尺度环境条件。季风槽附近的季风环流与最初由Gray（1968,1975）定义的几个主要环境因素密切相关，有利于热带气旋的发生（Harr和Chan 2005）。热带气旋形成的另一个重要方式是先前存在的强的低层天气尺度扰动（Zehr 1992; Sobel和Maloney 2000），例如西北太平洋上的混合Rossby重力（MRG）波和（热带低气压）TD型干扰（例如，Frank和Roundy 2006; Zhou和Wang 2007; Chen和Huang 2009; Aiyyer和Molinari 2003; Dickinson和Molinari 2002）。季风槽是有利于天气尺度波动扰动发展的背景场。Gray（1998）发现进入静止的季风槽的向西移动的云团，可以在槽的靠近赤道一侧产生明显的风浪，并且迅速增强对流。Shapiro（1977）和Zehnder（1991）提出，天气尺度扰动作为热带气旋生成的可能强制机制，是通过低层辐合和相对涡度的局部增加。

本研究调查了季风槽和热带气旋活动之间的关系，并从能量的角度，提出了低层天气尺度扰动在季风槽内的发展的见解。文章分为六节。第2节描述数据和数据处理方法。在第3节中，我们提出了季风槽在年际时间尺度上的主要纬向波动。第4节探讨季风槽和西北太平洋热带气旋活动在年际时间尺度上的关系。然后第5节从大尺度环流变化解释季风槽对西北太平洋热带气旋活动的影响，并在第6节讨论天气尺度扰动的活动。第7节是结果总结。

2、资料和方法

（1）资料

1979-2007年的最佳路径数据集来自联合台风警报中心（JTWC），用来构造累计气旋能量（ACE; Bell等 2000）和热带气旋活动的其他指数。JTWC数据包含热带气旋的6小时（0000，0600,1200和1800 UTC）中心位置（纬度和经度）和强度（最大1分钟平均持续侧风速度）。

本研究使用的月平均海表温度（SST）来源于国家海洋和大气管理局（NOAA）的延长重构海表温度（ERSST）V3b（Smithetal.2008; Xueet al.2003），对外长波辐射（OLR）来源于NOAA的极轨卫星（Liebmann和Smith 1996），几个日常气象变量来源于国家环境预测中心（NCEP）能源部（DOE）的1979-2007年第2版再分析资料（此后称为NCEP2; Kanamitsu等人，2002）。本研究只用7~11月的数据资料，因为西北太平洋上所谓的台风季正是在7~11月。

（2）方法

使用经验正交函数（EOF）分析（Lorenz1956）来提取季风槽的显著年际变化。所获得的EOF模式可以提供对西北太平洋上季风槽变化的主要特征的物理观察。为了检验和说明季风槽对西北太平洋热带气旋活动的影响，在本研究中进行基于EOF主导时间系数的合成分析。异常的显著性检验用t分布检验。此外，Butterworth滤波用于隔离天气尺度扰动的信号（具有2-8天的周期）。

3、季风槽年际时间尺度上的纬向变化

Lander （1994）和Chen等（1998）指出热带气旋生成的年际变化可能受季风槽的经度变化影响。季风槽任一侧的流动强化会增加低层涡度并加强热带气旋的生成（Frank 1987）。为了探讨这种可能性，我们首先研究季风槽在年际时间尺度上的主要纬向变化。

我们发现季风槽与低层气旋性相对涡度的区域接近。季风槽的位置可以被定义为最大相对涡度的轴线（Lau和Lau 1992）。为了研究季风槽强度和空间位置的纬向变化，通过确定每年7-11月850 hPa平均正相对涡度（5°-20°N），来构建季风槽的范围。图1a阐明了在5°-20°N纬度带中，台风季期间的平均相对涡度的长期（1979-2007）平均值。局地最大正涡度表示（图1a），季风槽的经度延伸范围从120°E-180°。但是，如图1b所示，年际波动的振幅和纬向扰动都很大。当季风槽中的气旋性涡度增加（减少）时，处于台风季的季风槽的最东处趋于向东（向西）延伸（撤退）。

为了提取图1b中所示的主要年际变化，我们对时间-经度数据集进行EOF分析。图2显示了EOF的第一模态及其所对应的标准化时间系数。EOF第一模态对总方差的贡献是66.6%。空间模式中（图2a），正值出现在135°-175°E经度带。时间变化（图2b）表明正（负）值年与季风槽的东伸（西撤）有很好的同步。主导模态的时间系数显示年际波动与Nino-3.4区域的海表温度异常一致（图2b）。它们的相关系数为0.89，超过99％置信水平。这表明季风槽的年际波动是对ENSO的响应。一次厄尔尼诺事件将引起西北太平洋中心热带相对涡度的增加，以致季风槽的东伸。

4、热带气旋活动与季风槽的年际变化相关

季风槽经度的变化会引起热带气旋活动的年际变化吗？为了回答这个问题，我们对季风槽异常年份进行了合成分析。基于EOF主导模态的时间系数，我们取时间系数最大的7年（约为29年的25%）为季风槽强年（S-MT），时间系数最小的7年为季风槽弱年（W-MT）（见表1）；其余15年定义为季风槽中性年（N-MT）。

图3分别显示了7年季风槽强年（图3a）和弱年（图3b）的850 hPa流线合成图。叠加在两张合成图上的是对应年份台风季期间的热带气旋的生成位置和对外长波辐射。对比图3a和图3b，可以发现季风槽强年和弱年所对应的850 hPa流线和低值OLR有一些明显的差别。季风槽强（弱）年，季风槽东伸（西撤）。热带气旋的生成位置在季风槽强年和弱年之间也显示出显著的区别。在季风槽强年，生成于160°E以东的热带气旋比季风槽弱年多。结果表明，西北太平洋热带气旋生成位置的年际变化与季风槽东西延伸的年际变化一致。

为了进一步阐明季风槽的经度变化对热带气旋发生频率的影响，对于不同的季风槽年份，四个强度范围内的热带气旋【热带低气压，热带风暴，台风（1-3类）和强台风（4-5类）】的平均数如图4所示。不同的季风槽年份间，西北太平洋热带气旋的总数没有显著的差异。在季风槽强（弱）年，强烈的台风（强台风ST，台风TY）多（少）于季风槽中性年。

为了获得热带气旋发生频率的年际变化的空间特性，把上述分析的区域分为五个分区：西南部（SW；0°-15°N，120°-150°E）、西北部（NW；15°-30°N， 120°-150°E）、东南部（SE；0°-15°N，150°E-180°）、东北部（NE；15°-30°N，150°E-180°）和中国南海（SCS；0°-25°N，100°-120°E）。该区域划分在图3中示出。在图5中显示了上述分区中季风槽强年和季风槽弱年的热带气旋的平均数量。在季风槽强（弱）年中热带气旋生成的增加（减少）主要来自东南部（SE）（图3和图5a）。这些特征主要见于强烈的热带气旋（台风；图5b）。在季风槽强年，热带气旋的生成频率在东南部得到提高，在其他四个区域被抑制。这些变化在东南部更显著。季风槽强年在东南部生成热带气旋的频率约是季风槽弱年的3倍。

以前的工作已经指出，热带气旋的寿命、强度和生成位置是密切相关的（Camargo和Sobel 2005; Camargo等 2007; Wang和Chan 2002）。Wu和Wang（2004）提出，生成位置的变化对路径的影响可能大于大尺度引导气流预计的变化。换句话说，热带气旋活动的年际变化已经归因于热带气旋生成位置的变化。图6显示了在季风槽强年、中性年、弱年，源地不同的热带气旋的平均寿命。在不同强度的季风槽年，热带气旋的寿命没有更长或更短的明显变化。但是，当热带气旋生成于东南部，它的寿命明显变得更长。这种趋向于更长寿命的趋势，说明热带气旋的生成位置对平均寿命确有影响。

图7a显示了在台风季期间，2.5°times;2.5°格点中，季风槽强年和弱年间热带气旋发生的平均频率的差异。发生频率的最大差异用于推断主要路径的差异。季风槽强年，西北行路径显著增加，其开始于西北太平洋东南象限，并且易于25°N，130°E附近从西北行折向东北行。此外，朝向日本的西北路径的频率显着高于季风槽弱年期间的频率。

为了表示热带气旋活动的空间分布，季风槽强年的ACE模式和弱年的差异显示在图7b中。大部分区域的ACE值是加大的，在20°N，140°E有显著的最大值。ACE分布显示出明显的东西走向，并且在菲律宾东部活动的热带气旋多于在中国南海的。虽然样本量很小，但季风槽强年和弱年之间的差异是明显的。在季风槽强（弱）年中，ACE每年的整体分布偏大（偏小），并且季风槽强年和弱年之间的差异具有统计学上的显著性。这受到热带气旋路径的特征以及热带气旋强度和寿命的影响，和与季风槽纬向变化相关的生成位置的移动有关。换句话说，在季风槽强年，与东南部中更多的热带气旋相对应，热带气旋活动向东南偏移且强度更强。

上述分析表明在季风槽强年和弱年之间，热带气旋的强度、路径和ACE有明显差异。这些差异表明，在这两个季风槽的极端状态之间，生成位置可能存在差异。由于季风槽强年和弱年与西北太平洋上的大尺度环流和天气尺度扰动有关，这些变化应该也解释了这些观察到的热带气旋发生的异常，这将在下一节讨论。

5、大尺度环流变化

很多以前的研究阐明热带气旋的生成和发展与大尺度环流变化有关。在以前的研究中（例如，Briegel和Frank 19

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