l期 黄勇,等:近百年两北太洋热带气旋频数变化特征与ENSO的关系 81 定过程中所造成的误差的产物;由于在全球变暖的同时使对流层上部增暖等因素,将完 全或部分抵消海温增暖对热带气旋强度变化的影响。不过,是否可以用当前气候系统的 内在周期变化解释过去30年的热带气旋频率及强度变化至今还是一个有待进~步研究的 问题。鉴于以前一些工作资料较短的问题,本文以中国的台风资料为基础,对1899 ̄2004 年106年间台风频数的年际和年代际变化趋势进行分析,希望使用相对较长的台风资料, 揭示台风频数的变化规律:分析ENSO事件对台风频数变化的影响。所得到的结果可为 台风的短期气候预测提供有益的信息。 2资料和方法 在本研究中,1899~1948年的台风资料取自高由禧等的《台风的路径图及其一些统 计》,1949~1988年的取自中国气象局编的《台风年鉴》,1989~2004年的取自中国气象 局编的《热带气旋年鉴》。这里所统计的台风包括热带风暴(中心风速17.2~24.4m/s)、强 热带风暴(中心风速24.5~32.6m/s)、台风(中心风速大于32.6m/s)。文中规定热带风暴、 强热带风暴、台风均统称为西北太平洋台风。 文中使用的海温资料为英国气象局Hadley气候预测和研究中心编辑的网格距为1。×1。 月平均的全球海冰和海表温度资料(GISST2.2)。 分析方法:本文利用了Morlet小波分析来讨论热带气旋年频数的时间变化特征。 3西北太平洋台风和登陆台风频数的变化特征 由于前、后两个时段在统计台风时所取的范围存在差异,1899~1948年的台 风资料为1 50。E以西,赤道以北范围的;而1949~2004年为日界线以西、赤道以北范 围内,这种范围的差异就引起了西北太平洋每年生成台风频数的差异,统计结果显示 1899~1948年平均每年有22个台风生成,1949~2004年平均每年有28个台风生成。 为了滤除这种差异,我们对106年的频数资料分前后两个部分分别做了距平处理,这样 既保存了频数变化的年际年代际趋势,又滤除了资料差异造成的影响,图1即为生成台 风频数距平的逐年变化曲线,其中细实线为生成台风频数距平曲线,粗实线为5年滑动 平均,点线为年代际距平平均趋势。从图1可见,在106年里西北太平洋生成台风频数 存在明显的年际和年代际变化趋势,总的来讲可以分为以下几个台风活动变化较活跃和 不活跃的阶段: (1)台风活动较活跃,频数较高,有明显的正距平的阶段:1905~191 5年、20至40 年代、60年代至70年代中叶、80年代中叶至90年代中叶; \ (2)台风活动不活跃,频数较低,有明显的负距平的阶段:191 5~1920年、40年代 至60年代、70年代中叶到80年代中叶、90年代后期到本世纪。 因为登陆台风的数目不会受到观测区域差异的影响,为了验证这两个时段资料的一 致性,我们又对106年的登陆我国的台风做了统计分析,结果显示,登陆我国的台风106 维普资讯 http://www.cqvip.com 海 洋 预 报 25卷 年平均频数为8个。1899-- ̄1948年登陆台风平均频数为8.1个,1949"--2004年登陆台风 平均频数为7.9个。可见这两种资料的年平均登陆台风都维持在8个左右。前后的资料 有较好的一致性。图2即为登陆台风频数距平的逐年变化曲线,其中细实线为登陆台风 频数距平曲线,粗实线为5年滑动平均,点线为年代际距平平均趋势。从图2可见,这 106年里登陆我国台风频数也和生成台风一样存在明显的年际和年代际变化趋势,而且 就台风的活跃和不活跃的阶段而言登陆台风也具有和生成台风相同的分布。 图1 西北太平洋生成台风频数距平逐年变化曲线 1895 1910 1925 1940 l955 l970 l985 2000 图2 登陆我国台风频数距平逐年变化曲线 小波分析是一种可以把信号在时间和频率上进行展开的方法,该方法最大的优点在 于能够得到频率变化的局部化信息。因此为了进一步研究西北太平洋生成台风年际、年 维普资讯 http://www.cqvip.com l期 黄勇,等:近百年西北太洋热带气旋频数变化特征与ENSO的关系 83 代际周期分布,得到台风频数不同周期随时间演变的特征,我们对生成台风的频数进行 了小波分析。具体的小波变换是选用的Morlet母小波函数进行的。 图3 西北太平洋生成台风频数序列小波能量谱 图3是生成台风频数变化的波谱能量的小波分析结果,横坐标为时间,纵坐标为傅 立叶周期,单位为年,上部为高频变化部分,下部为低频变化部分,阴影区表示超过0.1 信度检验的区域。由图3可见,台风频数的不同周期随时间的演变特征是不相同的,50 年代至70年代中叶2~4年的周期比较明显,而且信度较高,其他年份(40年代至8O年 代、90年代至本世纪初)也存在2~4年的周期,但是信度不高。这表明台风频数变化 存在2~4年的短周期。周期能量图上年代际的长周期能量也比较显著,上个世纪前20 年12~24年的周期比较显著,随后的30年(1920~1950年)14~15年的周期比较显 著,前半个世纪50年的长周期都比较显著,而后50年至本世纪初20~30年的周期比 较显著,这表明台风频数变化存在几十年的长周期。这种年代际尺度上的周期差异可能 与更长时间尺度的气候调制有关,具体的机制还有待进一步研究。综上可知,台风的生 成频数具有明显周期性变化,这种周期变化是一种短周期与长周期相互作用的多时间尺 度的变化。 4 ENSO对西北太平洋生成台风频数变化的影响 自然界中在不同时空尺度的系统之间,存在着明显的层次性,较大的系统对于较小 的系统,在一定条件下往往有着极为重要的控制作用或调制作用。E1 Niifo是秘鲁沿岸及 赤道东太平洋地区海水温度的异常持续升高现象。一般都用赤道东太平洋地区的平均海 表温度(SST)的持续异常偏高作为El Niifo出现的标志,如果赤道东太平洋SST出现异 常的负距平,相应的将该年称为LaNiifa年。ENSO年的SST的正距平通常由3~4月开 始,大约维持一年或更长的时间,最大正距平出现在l1~12月,强度可达1℃左右。EI Niifo事件是影响大气环流和气候异常的强信号,台风活动的异常与热带大尺度环流的异 维普资讯 http://www.cqvip.com 海 洋 预 报 25卷 常密切相关,所以ENSO事件必然会对台风的发生频数、强度、位置等台风活动特征的 异常产生影响。以下是1899~2004年106年间ElNiifo和LaNiifa事件期间西北太平洋 台风频数的一些统计结果。 本文根据1899~1998年的ENSO事件(取自王绍武 】《近百年来的ENSO事件及 其强度》)及Niifo3.4区(170。w~120。w,5。S~5。N)海表温度异常序列(见图4),将 Niifo3.4指数持续6个月大于等于0.5℃定义为暖事件(El Niifo年),Niifo3.4指数持续6 个月小于等于.0.5℃定义为冷事件(LaNiifa年),综合考虑确定1899~2003年106中有 以下ENSO事件年份。 图4 Niifo3.4区海温指数变化曲线图 ElNiifo年:1899、1902、1904、1905、1911、1913、1914、19l8、l9l9、l923、l925、 1930、1940、1941、1951、1953、1957、1963、1965、1968、1969、1972、1976、1982、 l983、l986、l987、l991、l997: LaNifia年:1903、1909、1910、1916、1924、1933、1938、1942、1949、1950、1954、 1955、1964、1970、1973、l975、l984、l988、1998、1999。 其中29个暖事件年,20个冷事件年,这106年中平均每年会在西太平洋生成24.7 个台风,ElNiifo年的平均台风数偏少,每年为23.1,LaNiifa年的平均台风数偏多一些, 每年为24.9。 为了进一步研究ENSO对西北太平洋台风活动的影响过程,以下进行了ENSO当年 和ENSO次年连续24个月的逐月台风发生数距平统计分析。 图5给出了ENSO当年次年连续24个月的逐月距平统计结果。横坐标为ENSO当 年和次年的1~24个月,纵坐标为频数距平,实线是ElNiifo年的状况,虚线是LaNiifa 年的状况。从图中我们可以看出:对于El Niifo年,台风频数从当年的8月份开始直到 次年的9月份有连续14个月的负距平;对于LaNiifa年,台风频数从当年的9月份开始 维普资讯 http://www.cqvip.com l期 黄勇,等:近百年西北太洋热带气旋频数变化特征与ENSO的关系 85 直到次年的9月份基本都以正距平为主(除了12月份出现了负距平),而这段时间(当 8 6 4 2 O 2 4 6 8 年的8、9月份到次年的9月份)包含了ENSO事件由发展到成熟再到衰亡的整个过程,O O O O m 气; 8 6 4 2 O 2 4 6 8 与; 气; 与; 可见在研究ENSO对台风影响的时候我们应该着重考虑这段时间,另一方面也可以看出 在当年9月到次年8月ENSO的冷事件年相对与暖事件年会有更多的台风生成。 ^_一 .,、 \八 ■ )\~ / 图5 西北太平洋台风逐月平均发生数距平(实线为E1Niifo年,虚线为LaNilfa年) : 、 —一/f\\、~ \/ —\ -V\, - ’一, 图6西北太平洋登陆台风逐月平均发生数距平(实线为ElNiifo年。虚线为LaNiifa年) 1899~2004年中的29个El Niifo年和20个La Niifa年里,El Niifo年登陆的台风数 偏少,平均每年为7.2个,LaNiifa年登陆的台风数比ElNiifo年多,平均每年为8.1个。 可见登陆我国的台风在LaNiifa年多于ElNiifo年。图6同图5,只是考虑的是登陆台风 的状况,由图6可见对于El Niifo年,台风频数在当年的9~l1月份和次年4~7月份 的有明显的负距平,对于LaNiifa年,台风频数在当年的9、10月份和次年的6、7月份 有正距平,这个形势与太平洋生成台风较为相似,而且正负距平的大值都出现在当年, 可见对于次年的登陆台风ENSO的影响由于跨度时间较长,相对于当年有所削弱,另一 方面考虑到每年的1~3月份没有台风登陆,所以在当年9月到次年8月ENSO的冷事 件年相对与暖事件年会有更多的台风登陆。 维普资讯 http://www.cqvip.com 海 洋 预 报 25卷 表1 ENSO年当年和次年台风数与平均台风数的比较 表1是1899~2004年中的29个E1 Niifo年和20个La Niifa年里ENSO年当年和次 年台风数与平均台风数的比较,从表中可见,29个E1Niifo年中有14个当年生成的台风 比平均数目多,有15个少于平均数;而在次年有11个当年生成的台风比平均数目多, 有18个少于平均数;所以E1Niifo年生成的台风一般偏少,尤其是次年有62%以上的年 份生成的台风少于平均数。20个LaNilfa年中有12个当年生成的台风比平均数目多,有 8个少于平均数;而在次年有11个当年生成的台风比平均数目多,有9个少于平均数; 所以LaNiifa年生成的台风一般相对于多年平均偏多。 通过以上的统计分析,可见ENSO对台风的频数在年际尺度上存在影响,冷事件当 年9月到次年8月会有相对更多的台风生成和登陆,暖事件年反之。产生这样的异常主 要是由于ENSO冷暖位相年海温异常所造成的,大气环流异常影响了台风生成和运动的 大尺度环境从而影响台风的频数。在暖事件年,赤道东太平洋上空会出现异常上升运动, 而在西太平洋有异常下沉运动,这种异常的下沉运动会抑制西太平洋的对流活动,不利 于台风的发生发展。而在冷事件年西太平洋有较强上升运动,有利于台风生成,使台风 频数偏多。 5小结 本文分析了1899~2004年106年间西太平洋台风频数的变化特征,结果表明:(1) 台风频数的变化具有明显周期性,不仅存在着2~4年短周期的年际变化,而且存在十 几到二十几年和50年长周期的年代际变化,反映了明显的年际和年代际特征,是一种 短周期与长周期相互作用的多时间尺度的变化。从时间上讲西太平洋台风频数变化有多 重时间尺度,从机理上分析,他是年际和年代际因素相互作用的结果;(2)对于年际变 化而言,西北太平洋台风频数变化与ENSO有明显关系,ENSO事件的当年9月到次年 8月冷事件年相对与暖事件年会有更多的台风生成和登陆,E1Niifo年生成的台风一般偏 少,尤其是ElNiifo次年有62%以上的年份生成的台风少于平均数。LaNiifa年生成的台 风一般相对于多年平均偏多,尤其是La Niifa年当年会有60%的年份生成的台风多于平 均数;(3)在年代际尺度上,106年的台风活动可以分为以下几个明显的活跃期和不活 跃期,台风活动活跃阶段:1905~1915年、20至40年代、60年代至70年代中叶、80 年代中叶至90年代中叶;台风活动不活跃阶段:1915~1920年、40年代至60年代、70 年代中叶到80年代中叶、90年代后期到本世纪。这种年代际的变化可能与海气耦合的 经向模态调制有关系,相应的研究工作将另文发表。 维普资讯 http://www.cqvip.com 黄勇,等:近百年两北太洋热带气旋频数变化特征与ENSO的关系 87 国际上已经开展了许多有关热带气旋活动尤其是北大西洋飓风频数的几十年至上百 年变化规律的研究,目前在这一领域的工作我国还不多。面对全球变化的大背景,和日 益增多的台风灾害,寻找台风长期变化的机制,提高台风活动的气候预测能力意义重大。 参考文献: 【1】陈联寿 丁一汇.两太平洋台风概论【M】.北京:科学出版社.1979,399~410. 【2】陈联寿 孟智勇.我国热带气旋研究十年进展【J】.大气科学,2001,25(3):420~432. 【3】李英 陈联寿,张胜军.登陆我国热带气旋的统计特征【J】_热带气象学报,2004,20(1):14~23 【4】李崇银 厄尔尼诺与西 _甲洋台风活动【J】_科学通撤.1985.14:1087~1089. 【5】Emanuel K A.Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years.Nature,2005。436:686~688. 【6】PJWebster,et a1.Changesintropical cyclonenumber,duration,andintensityin awarming enviornment.Science,2005, 309:1 844~1 846. 【7】王绑武,龚道溢.近百年来的ENSO事件及其强度【J】_气象,1999,25(1):9~13. 【8】Johnny C L Chan.Tropical Cyclone Activity in the Western North Pacific in Relation to the Stratosphric Quasi—Bennial Os cillation【J】_Notes and Correspondence,Aug 1 995:2567~2571. 【9】Nakazawa Intraseasonal variation ofOLR in the torpics during the FGGE year【J】_Meteor Soc Japan。1 986.64:1 7~34 【1 0】Libemann。B H H Hendon,J D Glick.the Relation between Tropical Cyclones ofWestern Paciifc nad Indina Oceans and hte Madden—Julian Oscillation【J】.Meteor Soc Japan,1 994,72:401~4l1. 【l1】Hall J A,Matthews J。Karoly D J.The modulation oftorpical cyclone activity in the Australian ergion by hte Madden-Julian Oscillation【J】.Mon Wea Rev,2001.129:2970~2982. Study on the variation characteristics of annual frequency for tropical cyclones in western north pacific during the last hundred years and relationship with enso HUANG Yong ,LI Chong—Yin 一,Ⅵ,ANG Ying ,SONG Bin’ (J.Institute of Meteorology,PLA University ofScience and Technology,Nanjing,211101 China;2.Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences.BeUing.100029 China;3.Meteorological and Hydrographk' Department ofGeneral Staf,Beijing,100081 China) Abstract:In this papeg we concluded the characteristics of Tropical Cyclones(TCs)activity over the western north Pacific from i 899 to 2004 by using data of serially numbered TCs in northwestern Pacific.The results show that,Firstly,TCs activity variation in northwestern Pacific show clearly interannuai and interdecadai periods cycle.It’S the interactionai result of interannuai and interdecadai periods cycle.Secondly,interannuai periods cycle has erlationship with ENSO.El Niifo has more TCs frequency than La Niifa from September to next August.Thirdly,interdecadai periods cycle can be composed of several active and fallow phases.It’S possible caused by Pacific Meridionai Mode. Key Words:Tropical Cyclones;variation characteristics;ENSO
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