群发热带气旋在不同海盆内相似吗？外文翻译资料

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群发热带气旋在不同海盆内相似吗？

BENJAMIN A. SCHENKEL

土木与环境工程，普林西顿大学，普林西顿，新泽西州

（2017年2月10日收稿，2017年5月22日终稿）

摘要

本研究使用最佳路径资料，对每个全球热带气旋（TC）海盆中的群发热带气旋事件（MTCE）特征进行相互比较。具体重点将放在探讨在MTCE期间，MTCE和TC的数量、TC间的纬向距离、及事件生成的时空间隔。结果表明，与北大西洋（NA）和南太平洋（SP）相比，MTCE与单个TC的比例在东北太平洋（ENP）、西北太平洋（WNP）和南印度洋（SI）的海盆中明显较高。由于MTCE活动在ENP，WNP和SI的多发性，导致近半的TC发生在MTCE期间。在每个海盆MTCE中新TC生成时，大部分先前的TC一般位于新TC生成地西部的固定纬向距离处，且纬向距离中位数数值在-1620km和-1961km之间。正如TC引起的定长罗斯贝波浅水纬向波长与纬向长度尺度由弱到强的相关性（R=0.38-0.85; plt;0.05）所表明的，罗斯贝波频散会决定这个纬向长度尺度。在ENP，WNP和SP的MTCE期间，绝大多数TC生成事件发生地逐渐东移，然而在NA和SI里，MTCE并没有这种趋势。最后，在不同海盆内，先前的TC和新TC之间的时间间隔通常是相似的，时间间隔中位数值在3天到4天之间。总而言之，这些结果表明尽管每个盆地的环境和TC特征存在差异，但不同海盆中的MTCE特征仍有异常相似性。

1. 引言

每个海盆内的热带气旋（TC）活动频繁集中在2-3周的活跃期内（Gray，1979）。在活跃期间，10%–57%TC在形成之前，至少有一个已存在的TC在同一海盆内(例如, Briegel and Frank 1997; Krouse and Sobel.2010;Ventrice et al. 2011)。在北大西洋（NA），这些群发热带气旋事件（MTCEs）与多个TC在1-2周内登陆美国有相关(Beven et al. 2008; Brown et al. 2010)。尽管它们与危害、风险相联系着，只有少数研究专门针对MTCE的特征观察进行分析(例如, Li et al. 2003; Li and Fu 2006; Krouse and Sobel 2010)，而且只有Schenkel (2016)提供了MTCE特征的跨海盆比较，研究了东北太平洋（ENP）、NA、和西北太平洋里（WNP）的MTCE。

尽管先前的工作稀缺，但已有研究发现了MTCE期内TC间的时空分离，和影响MTCE生成的因素在ENP、NA、和WNP里的相似性。(例如, Frank 1982; Briegel and Frank 1997; Ritchie and Holland 1999; Schenkel 2016)。具体而言，在MTCE期间，已存在的TC通常发生在新TC生成位置以西约1600–3000 km处(例如, Frank 1982; Briegel and Frank 1997; Schenkel 2016)。且TC之间形成的时间间隔有不超过3-4天的趋势 (Frank 1982; Ritchie and Holland 1999; Schenkel 2016)。TC间的这些时空分离在MTCE期内具有相似性，假设这些相似性由罗斯贝波频散的周期和纬向波长所决定，且罗斯贝波频散是来自于已存在的TC(例如, Holland1995; Ritchie and Holland 1999; Krouse et al. 2008;Schenkel 2016)。而混合罗斯贝-重力波、开尔文波、和东风波可能也会影响MTCE特征，其根据是这些扰动的纬向波长和周期与MTCE中TC间的纬向距离和时间间隔具有一致性(例如, Ritchie and Holland 1999; Dickinson and Molinari 2002; Ventrice et al. 2011; Schenkel 2016)。

根据MTCE特征在ENP、NA和WNP间的相似性，必须要做一份全球性分析以确定是这些结果是否能扩展到所有的TC海盆中去。在先前的工作(Schenkel 2016)的基础上，本研究采用最佳路径资料，以此确定每个TC海盆里的MTCE特征是否具有全球范围的相似性。具体来说，本研究将关注MTCE期内MTCE和TC的数目、新TC生成时TC之间的纬向距离、和已存在的TC与新TC间的纬向距离和时间分离。此外，本研究也将着手验证TC引起的罗斯贝波频散有利于决定在MTCEs期内新TC生成时TC之间的纬向距离这一理论(例如,Krouse et al.2008;Krouse and Sobel 2010)。特别说明的是，本研究在Schenkel(2016)的基础上，1）包括了全球所有TC海盆的分析，而不仅仅是ENP、NA、和WNP的；2）探讨了MTCE期内，已存在的TC和新TC之间的纬向距离；3）为了涵盖卫星时代内（1979-2015）所有最佳路径资料，对其分析进行了更新。本研究剩余部分包括第二部分的资料和方法，第三部分的结果以及第四部分的总结和讨论。

1. 资料与方法

a.资料

MTCE资料来自第3版第9次校对的国际热带气旋最佳路径资料库(IBTrACS; Knapp et al. 2010)中的每个世界气象组织区域专业气象中心（RSMC）。本研究探讨了起源于热带的TC，TC形成在ENP、NA、WNP、南印度洋(SI)、和南太平洋(SP)的20°S和20°N之间，时间从1979至2015年(Schenkel，2016)。北印度洋(N=8MTCEs)和南大西洋（N=0 MTCEs）由于它们的样本量太小则被排除。TC生成被定义为RSMC宣布一个TC转为热带低压或热带风暴后的第一个6小时内 (例如,Elsner et al.1996;McTaggart-Cowan et al.2008,2013)。本文利用了日本气象厅的0.56°times;0.56°6小时日本55年再分析资料(JRA-55; Kobayashi et al. 2015)来提供环境场资料，以此检测MTCEs期间TC引起的罗斯贝波频散。选择JRA-55是因为其使用了风廓线反演(Hatsushika et al.2006;Onogi et al.2007;Kobayashi et al.2015),这改善了TC结构和位置的观测，尤其是在观测稀疏的海盆(例如, EPAC, SI, 和SP; Hatsushika et al. 2006; Schenkel and Hart 2012; Murakami 2014; Kobayashi et al. 2015; Hodges et al.2017)。

b.方法

在本文中，一次MTCE被定义为两个或两个以上TC发生在同一海盆(Krouse and Sobel 2010; Schenkel 2016)。分析重点在与TC生成事件一起发生的MTCE最初6小时内的MTCE特征，且这个TC生成事件相比“已存在的TC”被称为“新TC”。本次分析通过统计每个时次同时存在于一个指定海盆里的TC的数量，且一个新TC生成之前有不少于一个已存在的TC，从而探究分别伴随两个、三个、和四个TC的MTCE数量。这个方法意味着如果一个MTCE有独立6小时周期在海盆内总共只有两个、三个和四个TC，这个伴随着四个TC的MTCE可能会被同时视为一个伴随着两个、三个、和四个TC的MTCE。将具有两个、三个、和四个TC的MTCE的数量与单个TC的数量进行对比，其中单个TC被定义为在其整个生命周期期间，同一海盆里没有其他TC的情况下生成的TC。此外，通过将MTCE期间发生的TC其任意生命周期部分中的TC数目与单个TC数量进行对比，可以由此确定TC发生的主导模式。为了尽可能地发现一些因素，对新TC生成时TC间的纬向距离进行了探讨，这些因素包括前期扰动的纬向波长、以及当不再对其他TC产生负面影响时，群发TC间的必要分离距离。并通过一个对已存在TC与新TC发生时的纬向距离和时间间隔的分析对其进行补充，这可能会在造成MTCE前期扰动的位相和群速度方面提供信息。

为了帮助验证TC引起的罗斯贝波频散在决定MTCE特征时的作用，将MTCE期内新TC生成时TC间的纬向距离与TC引起的定长罗斯贝波频散进行对比，其中前者为采用IBTrACS资料，后者采自线性浅水波方程(Krouse et al. 2008; Krouse and Sobel 2010;Schenkel 2016)。值得注意的是，接下来的段落紧跟Schenkel (2016)：

（1）

lambda;_x,RW是TC引起定长罗斯贝波的浅水纬向波长，n=1是子午线的波数，其值对应着在罗斯贝波频散下赤道的罗斯贝波第一模式(例如, Matsuno 1966; Krouse et al. 2008;Krouse and Sobel 2010);是赤道罗斯贝变形半径，其中，c是重力波相速度，其值为50m s^-1，与一个干燥的重力波的第一斜压模式一致(Krouse et al.2008; Krouse and Sobel 2010)，且beta;_omicron;是在1000kmtimes;1000km框内的平均行星涡度梯度，这个框是以MTCE期间新TC生成地为中心的；而U则是相对风暴环境带状引导气流，将TC引起的定长罗斯贝波减去已存在TC的纬向平移速度可计算得出，这些数据来自在JRA-55的850hPa纬向平均风场，范围在以新TC生成地为中心的1000kmtimes;1000km框内，时间在新TC生成的前两天内(Krouse and Sobel 2010; Schenkel 2016)。

每个lambda;_x,RW乘以一个整数，可以得到一个浅水罗斯贝纬向波长，该波长近似于IBTrACS中每个MTCE的新TC生成时TC间纬向距离。这个整数代表发生在已存在的TC和新TC间的罗斯贝波纬向波长的数量（Schenkel 2016）。lambda;_x,RW仅用于计算TC引起罗斯贝波频散可能对新TC起作用的MTCE，为此确定以下标准(Krouse et al. 2008; Krouse and Sobel 2010; Schenkel 2016):1）相对风暴环境带状引导气流必须是偏东的，2）已存在TC位于新TC生成地西部，3）公式（1）必须有一个真正的解。虽然TC引起的罗斯贝波频散可能对MTCE的发生很重要，但这可能只是造成MTCE的几个过程和现象中的一个（例如，东风波，混合罗斯贝重力波;Holland 1995; Ritchie and Holland 1999; Dickinson and Molinari 2002; Ventrice et al. 2011）。

本研究使用了三类显著性检验，包括1）将1000样本自举法替换双尾测试来确定中位数的95%置信区间，2）使用双样本科莫戈洛夫-斯米尔诺夫检验，比较两个分布间的距离是否在95%置信区间内有统计学差异，3）通过使用Fisher变换来计算双尾测试的95%置信区间，从而确定从零到皮尔森相关系数的统计差异。

1. 结果

第一小节考查了伴随着两个、三个、或四个TC的MTCE的数量以及发生在MTCE期间的TC的数量。接下来是一个关于在MTCE中新TC生成时，TC之间纬向距离的分析。为了帮助确定TC引起的罗斯贝波频散是否可能会决定MTCE中TC之间的纬向距离，将这个纬向距离与TC引起的定长罗斯贝波的纬向波长相比较。剩下两个小节重点探讨了先前的TC与新TC生成之间的纬向距离和时间间隔。

a.MTCE期间的MTCE和TC的数量

分析首先通过探讨在每个海盆里单个TC和包含两个、三个、和四个TC的MTCE(图 1a)的总数，以此证明MTCE是多么普遍。图1a显示，MTCE与单个TC之比在ENP（0.46）、WNP（0.34）、和SI（0.35）的明显比NA（0.23）和SP（0.20）的要高。伴随两个TC的MTCE的年平均数范围从在SP的1.4到在WNP的5.2，然而伴随三个或更多TC的MTCE更加罕见(Ventrice et al. 2011; Schenkel 2016)。将MTCE生命期间任意时刻的TC数量与单个TC数量(图 1b)进行对比，以确定发生在其他TC前的TC的比例。TC在ENP（57%）大多数以MTCE的形式发生，以及在WNP (47%)和SI (47%)接近多数以MTCE的形式发生。相反，大量但相比较少的TC在NA (34%)和SP (30%)中发生在MTCE期间(Ventrice et al. 2011; Schenkel 2016)。

这些结果表明，在每个海盆中，尤其在ENP、WNP、和SI中，TC频繁地在一个或更多已存在TC的情况下生成。在ENP、WNP、和SI中MTCE的频繁生成可能意味着一些现象也经常在对群发TC存在足够大的区域内提供有利条件，这些现象（例如，季节内对流）是在这些海盆造成热带气旋有利条件的原因(例如, Aiyyer and Molinari 2008; Ventrice et al. 2011; Schenkel 2016)。此外，在ENP、WNP、和SI中特别有利于已存在TC的环境条件，可能是由TC引起的罗斯贝波频散所造成的(例如, Holland 1995; Ritchie and Holland 1999; Krouse et al. 2008; Schenkel 2016)。

图1.在ENP, NA, WNP, SI, 和SP中，单个TC和包含两个、三个、和四个TC的MTCE的数量（a），以及作为单个TC发生而被独特命名的TC对比在MTCE生命期间任一时刻发生的TC（b）。在（a）中，通过总结每个时次同时存在于一个指定海盆里的TC的数量，且至少一个新TC生成之前有不少于一个已存在的TC，从而探讨分别具有两个、三个、和四个TC的MTCE数量。这个方法意

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