2021年西北太平洋熱帶氣旋生成數(shù)量的春季海溫預(yù)報(bào)因子的特征分析

趙鑫楊 陳柏洋 吳敏敏 甘秋瑩 王磊

摘要 在西北太平洋（WNP）海域生成的熱帶氣旋（TC）可能會對沿海地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對WNP海域TC生成數(shù)量的氣候預(yù)測可以為臺風(fēng)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供有益的信息。以往的研究指出春季（3—5月）的熱帶大洋海表面溫度（SST）異常（西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度和熱帶北大西洋SST）可以作為預(yù)報(bào)因子，預(yù)測臺風(fēng)盛期（6—10月）WNP海域生成的TC總數(shù)量。本文分析了2021年這兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子的異常特征，結(jié)果表明：2021年春季西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度呈現(xiàn)負(fù)異常（-0.33℃），同時(shí)熱帶北大西洋SST也呈現(xiàn)負(fù)異常（-0.12℃），這兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子的負(fù)異常可能會引起WNP海域出現(xiàn)TC生成數(shù)量偏多的情況。

關(guān)鍵詞 熱帶氣旋;西北太平洋;春季海溫預(yù)報(bào)因子;熱帶北大西洋海溫;西太平洋海溫經(jīng)向梯度

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0076–05

Characteristic Analysis of Spring Sea Surface Temperature Predictors for the Number of Western North Pacific Tropical Cyclones in 2021

ZHAO Xin-yang et al（College of Ocea-nography and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guangdong 524088）

Abstract Tropical cyclones （TCs） formed over the western North Pacific （WNP） may cause serious natural disasters to agricultural production in coastal areas. The climate prediction of the TC number formed over the WNP could provide useful information for the prevention and mitigation of typhoon disasters. Previous studies have revealed that the tropical sea surface temperature （SST） anomalies （the SST gradient between the southwest Pacific and northwest Pacific warm pool and the tropical North Atlantic SST） in spring （March-May） can be used as predictors， to predict the total TC number over the WNP during the following typhoon peak season （June-October）. This paper analyzes the anomalous characteristics of the two SST predictors in the spring of 2021. The results show that the SST gradient between the southwest Pacific and northwest Pacific warm pool in the spring of 2021 had a negative anomaly （-0.33℃）， and the tropical North Atlantic SST also showed a negative anomaly （-0.12℃）. The negative anomalies of these two spring SST predictors may possibly be beneficial to the increase in the TC number over the WNP in 2021.

Key words Tropical cyclone; Western North Pacific; Spring SST predictor; Tropical North Atlantic SST; Meridional gradient of western Pacific SST

熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，其引起的大風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮等會嚴(yán)重影響沿海地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，應(yīng)及時(shí)和準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)TC活動的異常特征。西北太平洋（Western North Pacific，WNP）海域是全球TC生成活動最頻繁的海域，在該海域生成的TC（包括臺風(fēng)）可能會在我國登陸，從而影響沿海地區(qū)。因此，研究WNP海域TC的生成一直是科技工作者關(guān)注的重點(diǎn)問題[1-3]。

海表面溫度（Sea surface temperature，SST）對TC的生成具有重要影響，熱帶大洋的SST異?？勺鳛門C生成潛在的預(yù)報(bào)因子。以往研究也揭示了春季（3—5月）的熱帶大洋SST異?？梢宰鳛榇杭绢A(yù)報(bào)因子，預(yù)測臺風(fēng)盛期（6—10月）WNP海域生成的TC總數(shù)量。這2種春季海溫預(yù)報(bào)因子包括西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度（SST gradient，SSTG）和熱帶北大西洋（Northern tropical Atlantic，NTA）SST異常。Wang[4]研究發(fā)現(xiàn)，NTA SST和SSTG在20世紀(jì)80年代末之后由于受到中部型厄爾尼諾的調(diào)控而呈現(xiàn)出共同的年際變化特征，從而增強(qiáng)了這2種春季海溫預(yù)報(bào)因子對WNP TC生成總數(shù)量的預(yù)報(bào)能力。

WNP海域TC的生成數(shù)量具有顯著的年際變化特征，可能會在某些年份出現(xiàn)TC生成數(shù)量的異常偏多或偏少的情況[5-7]。2020年WNP海域在7月出現(xiàn)了沒有TC生成的“空臺”現(xiàn)象，而在10月出現(xiàn)了該月TC數(shù)量歷史最高值的TC活動異?，F(xiàn)象。如果能夠提前預(yù)報(bào)這些WNP海域TC生成數(shù)量異常偏多或偏少的年份，就可以為TC災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)工作提供更多有益的信息。

1數(shù)據(jù)和方法

研究中所使用的數(shù)據(jù)包括：SST數(shù)據(jù)來自ERSST月平均數(shù)據(jù);WNP海域生成的TC信息來自IBTrACS數(shù)據(jù)集[8-9]。數(shù)據(jù)選取的時(shí)間為1980—2021年，ERSST數(shù)據(jù)的空間分辨率為2.0°× 2.0°。為減少識別較弱系統(tǒng)時(shí)的數(shù)據(jù)誤差，只統(tǒng)計(jì)了達(dá)到熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度的TC。

兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子的具體定義方法如下：（1）根據(jù)Zhan等[10]研究發(fā)現(xiàn)，SSTG指數(shù)定義為西南太平洋（southwestern Pacific，SWP）海域（40°S ～20°S，160°E～170°W）與西北太平洋暖池（western Pacific warm pool，WWP）海域（8°N～16°N，125°E～165°E）之間的SST差值。（2）根據(jù)Huo等[11]指出，NTA海溫指數(shù)定義為熱帶北大西洋（0～25°N，90°W～15°E）海域的SST異常。

利用兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子與WNP海域臺風(fēng)盛期（6—10月）TC生成總數(shù)量異常之間的的關(guān)系，建立線性回歸統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方程如下：

TC number anomaly =-5.64× SSTG-6.32×NTA? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，SSTG代表春季的西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度，NTA代表熱帶北大西洋SST異常;TC number anomaly代表預(yù)報(bào)的臺風(fēng)盛期（6—10月）WNP海域生成的TC總數(shù)量的異常。

2 結(jié)果分析

根據(jù)2021年春季SST的空間分布特征，在2021年春季，赤道中東太平洋存在SST冷異?，F(xiàn)象，這是前冬的La Ni?a事件在春季依然可以表現(xiàn)出來的冷SST異常信號。伴隨著赤道中東太平洋的冷SST異常信號，在熱帶北大西洋（NTA）也可以觀測到弱的SST冷異常。以往的研究表明，春季NTA的SST異常受到前冬ENSO事件的影響，前冬的El Ni?o（La Ni?a）可以通過“大氣橋”機(jī)制引起NTA海域SST的增暖（冷卻）[12]。前冬ENSO對春季NTA SST影響是通過改變大氣環(huán)流異常（Walker和Hadley環(huán)流和太平洋—北美型遙相關(guān)）引起NTA海域風(fēng)場風(fēng)速的改變，進(jìn)而通過改變海面蒸發(fā)引起該海域SST的變化[13]。同時(shí)，在西北太平洋（WWP）海域可以觀測到SST暖異常，而在澳大利亞東側(cè)的西南太平洋（SWP）海域出現(xiàn)SST冷異常（圖1）。

接下來，重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)春季海溫預(yù)報(bào)因子在2021年春季的異常特征，春季熱帶北大西洋（NTA）海溫指數(shù)的時(shí)間變化序列（圖2）。2021年春季NTA海溫指數(shù)表現(xiàn)為負(fù)異常（-0.12℃）。春季NTA海域SST異常與臺風(fēng)盛期的WNP海域生成的TC總數(shù)量之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，表明春季NTA海域的SST暖異常（冷異常）可以導(dǎo)致季節(jié)WNP海域生成的TC總數(shù)量減少（增加）。這種影響過程是通過春季NTA海溫異常激發(fā)聯(lián)系熱帶大西洋和熱帶太平洋的大氣遙相關(guān)過程來實(shí)現(xiàn)的。春季NTA海溫的暖異常（冷異常）通過大氣遙相關(guān)過程可以激發(fā)季節(jié)WNP海域的反氣旋型（氣旋型）大氣環(huán)流異常，從而有利于WNP海域生成的TC總數(shù)量減少（增加）[14]。因此，2021年春季NTA海溫的負(fù)異?？赡軙餡NP海域TC生成數(shù)量偏多。

根據(jù)春季西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度（SSTG指數(shù)）的時(shí)間變化序列，2021年春季SSTG指數(shù)出現(xiàn)負(fù)異常，為-0.33℃（圖3）。SSTG指數(shù)是由西南太平洋（SWP）海域與西北太平洋暖池（WWP）海域之間的SST差值決定的。分別考察了SWP和WWP的時(shí)間變化序列，2021年春季，SWP海域的SST異常值為-0.23℃，WWP海域的SST異常值為0.11℃（圖4）。SWP海域在2021年春季出現(xiàn)SST冷異常，而WWP海域出現(xiàn)SST暖異常，因此，代表兩者差值的SSTG在2021年春季出現(xiàn)負(fù)異常。

根據(jù)以往結(jié)果，春季正的SSTG異常可以引起WNP海域季風(fēng)槽減弱、低層大氣氣旋型環(huán)流的減弱以及大氣垂直風(fēng)切變增加，從而導(dǎo)致WNP海域TC生成總數(shù)量減少。春季正的SSTG異?？梢砸鹉媳卑肭虻臍鈮禾荻群拖蚰系脑匠嗟罋饬?，并且在赤道西太平洋和中太平洋區(qū)域出現(xiàn)東風(fēng)異常，從而不利于TC生產(chǎn)大氣環(huán)境背景場。而春季負(fù)的SSTG異?？梢杂欣赥C生產(chǎn)大氣環(huán)境背景場，從而導(dǎo)致WNP海域TC生成數(shù)量增加。因此，2021年春季出現(xiàn)的SSTG負(fù)異?？赡軙餡NP海域TC生成數(shù)量偏多?？紤]到2021年春季NTA海溫的負(fù)異常也可能會引起WNP海域TC生成數(shù)量偏多，即STG和NTA都可能有利于WNP海域TC生成數(shù)量的偏多，在2021年春季這2種春季海溫預(yù)報(bào)因子對WNP海域TC生成數(shù)量的影響效果在這種情況下是一致的[15-16]。

根據(jù)構(gòu)建的預(yù)報(bào)方程，利用2021年春季的兩種海溫預(yù)報(bào)因子（NTA和SSTG海溫指數(shù)）預(yù)測了2021年6—10月WNP海域生成的TC總數(shù)量的異常。計(jì)算得到的2021年6—10月WNP海域生成的TC總數(shù)量的異常值為2.65，表明2021年WNP海域生成的TC總個(gè)數(shù)會出現(xiàn)偏多的情況。選取的6—10月WNP海域生成的TC總數(shù)量的氣候平均值為19.13，因此預(yù)測的2021年6—10月WNP海域生成的TC總個(gè)數(shù)約22個(gè)。

3 結(jié)論

考察和分析了2021年影響WNP海域TC生成總個(gè)數(shù)的2種春季海溫預(yù)報(bào)因子（熱帶北大西洋SST和西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度）的異常特征。結(jié)果表明，2021年春季西南太平洋與西北太平洋暖池之間的SST梯度表現(xiàn)為負(fù)異常（-0.33℃），同時(shí)熱帶北大西洋SST也呈現(xiàn)負(fù)異常（-0.12℃），這兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子的負(fù)異常都可能有利于WNP海域TC生成數(shù)量的增加。利用這兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子構(gòu)建的預(yù)報(bào)方程，預(yù)測的2021年6—10月WNP海域生成的TC總數(shù)量的異常值為2.65（TC總數(shù)量比氣候平均值偏多約3個(gè)）。

以往研究表明，兩種春季海溫預(yù)報(bào)因子與WNP海域TC生成總數(shù)量之間的相關(guān)系數(shù)也存在年代際變異，年代際變異可能對這2種春季海溫預(yù)報(bào)因子的預(yù)報(bào)能力的影響，還需要開展進(jìn)一步的研究工作予以驗(yàn)證。

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責(zé)任編輯：黃艷飛