近20年热带气旋气候研究综述

热带气旋(台风)引发的灾害位列全球十大自然灾害之首,全球平均每年约有80个热带气旋(以下简称TC)生成,50多个国家,约5亿多人口受到不同程度的影响。对TC活动气候特征的了解是TC动力学机制研究和TC预报方法研究的重要基础。以前由于受资料条件的限制,TC活动的气候研究仅局限于一般气候特征的了解,近20年来,TC活动的气候变化逐渐成为这一领域研究的一个重要方面,TC活动的气候预测研究也已经起步,本文就TC活动的一般气候特征、气候变化、和气候预测几个方面来介绍TC气候研究的进展情况。1. TC活动的一般气候特征       Raper (1993)指出全球的TC发生频数的年际变率约为10%,分区变率可达到30%,且各区没有明显相关。雷小途等(2002)的研究指出西北太平洋台风活动在生成频数、移向和移速、平均强度、消亡频数等具有显著的纬度差异。余晖等(2002)分析了西北太平洋TC强度变化的统计特征,指出在 12.5~20N,132.5~150E区域内,TC强度发展较剧烈。2.TC活动的气候变化规律研究2.1年际变化       TC活动除了季节性特点外,其年际变化特征在各海区也有很大差异。北大西洋  Gray(1984a),Shapiro(1987)等指出在2~7年变化时间尺度上北大西洋飓风活动很大程度上受ENSO的影响。而Pielke和Landsea(1999)从飓风袭击影响经济的角度研究了ENSO位相与飓风活动关系,基本结论是La Nia年飓风活动相对频繁,而El Nio年则相对较少。       QBO对风的垂直切变也有影响(Gray 1984a, Shapiro 1989),QBO的不同位相对应西大西洋风暴日数和强风暴、长生命史风暴频数的不同特征:西风位相时的风暴日数是东风位相时的2倍,且强度强、生命史长的飓风多。       西北太平洋  ENSO与西北太平洋TC的季节频数和年频数的变化有密切关系。Chan(1985)指出,SO指数与西北太平洋TC频数有26个月和3 ~ 3.5年两个谱峰值。Chan(1985,2000)、Dong(1988)等认为El Nio年的热带风暴频数趋少,源地偏东。董克勤等(1990)也认为东太平洋海温异常与同期至滞后3个月台风频数均是显著负相关;而年际变化尺度上也有明显的时滞相关现象。这与林有任(1995)对西北太平洋TC频数与El Nio关系的研究结论一致,即El Nio年西北太平洋TC频数显著减少,且与El Nio强度呈反相关。Lander(1994)则认为ENSO对西北太平洋风暴年频数无关,但对TC的源地影响很大。何敏等(1999)分析也认为El Nio年西北太平洋TC频数减少,La Nia年则偏多,TC活动极大程度上受El Nio/La Nia事件开始/结束时间及其强度的影响。陈乾金等(2000)指出我国近海TS以上强度TC的源地、强度、移速和路径等在冷/暖夏季年有很大的差异。Wang et al.(2002)分析表明,虽太平洋逐年TS以上强度的TC在频数上并无显著差异,但在El Nio年的夏、秋季,不同洋区TS频数各有增减,且其生命期亦有很大差别。       Gray(1984a)分析指出,ENSO年前后QBO与西北太平洋TC的关系不很好,且QBO东风位相时TC活动较西风位相时频繁。Lau & Chan(1993)分析发现QBO西风位相时热带夏季往往盛行深厚的气旋性环流,有利TC发展。Chan(1995)的分析指出QBO的西风位相对应TC频数增多,这种相关性对较强的TC更为明显,然而也存在ENSO年前后相关性下降的问题。李崇银等(1992)指出夏季QBO西风位相期西太平洋台风偏少,而在ENSO发生后,QBO西风位相持续期缩短。       西南太平洋、澳大利亚区  Dong(1988)指出El Nio年145E ~ 165E的南太平洋区TC频数显著减少。ENSO的东太平洋暖位相期,因西太平洋SSTs偏低,而澳大利亚高压很强,澳大利亚区TC频数减少(Nicholls 1984,Evans and Allan 1992),而此时南太平洋TC源地较为偏向东北(近赤道)。Basher and Zheng(1995)分析指出,在澳大利亚以东海域的150E ~ 170E范围内,TC活跃对应明显的SST和SOI正异常;而170E ~ 130W的范围,TC活跃对应明显的SOI和Tahiti气压的负异常,却与SST的关系十分弱。       北太平洋东部/中部区  Chu and Wang(1997)对夏威夷附近海域的TC频数和非El Nio年TC频数进行对比,表明其在统计意义上具有显著差异,且两者的方差也有显著差别,而 El Nio年与非El Nio年此海域的TC路径也有明显不同。Irwin & Davis(1999)也指出东北太平洋TC源地在El Nio 事件时有偏移,而西行路径也更多。2.2长期趋势 / 年代际变化       TC年际变化的研究外,近年来TC长期趋势的分析也日益为各国科学家所重视。       北大西洋  Landsea等(1996)对北大西洋热带风暴数的研究表明,实际的年际变化并无显著趋势;强飓风活动则在1940s到1990s间表现出频数下降的总体趋势,其中1940s到1960s强飓风的频数则起伏很大,从1970到1994年有减少的趋势,而从1995-96年开始,则有可能转向飓风活跃期。       除频数变化外,大西洋TC的平均强度有减弱趋势,而年强度极值却没有明显变化(Landsea等1996)。类似的变化趋势也反映在袭击美国东海岸的强飓风频数上(Landsea 1993),从1900 ~ 1910s和1970 ~ 1990s是相对偏少,而1910s末 ~ 1960s则是相对偏多的时期。       Goldenberg et al.(2001)指出大西洋飓风存在40~60年的活动周期,其影响因子可能是相似时间尺度上的热带大西洋SST和垂直风切变的变化。Xie et al.(2002)分析了袭击美国东南沿海的大西洋飓风的活动周期,也发现其受年代际变化的影响。西北太平洋  Chan & Shi(1996,2000)用JTWC资料和广东省气候史料汇编中1470 ~ 1931年的资料进行长期趋势研究,发现西北太平洋TC总数在1960-1980年是近于减少,而自1980年起则有增加的趋势。登陆广东省的台风频数有增加的趋势,其变动周期则有年代际和百年尺度特征。Yumoto等(2001)指出TC年频数存在年代际变化,这种变化表现为1950s、1970s初~1980s中期以及1995年以后偏少,而1960s~1970s初及1980s中期~1990s前期则偏多;且偏多/偏少时期的西太平洋SST、850hPa的相对涡度、200hPa的散度以及OLR都有明显的差别。       张光智等(1995)发现西北太平洋TC频数有明显的21年、31年、15年和6年左右的周期,并有持续期平均为12年左右的阶段变化,主要的转折期发生在1931年、1959年和1977年。陈兴芳等(1997)指出西北太平洋台风活动无论从频数上和强度上都在1970s前期发生突变,台风的生成数和登陆数则有3次气候突变,分别发生在1950s中期、1970s前期和1980s后期。其他学者的研究结果也指出西北太平洋台风的年频数存在年代际的差异(陈敏等,1999;叶英等,2002;周俊华等,2002)。张庆云等(2003)认为登陆我国的台风数与东亚热带大气视热源、视水汽汇的变化是一致的,视热源、视水汽汇在1975年左右出现年代际变化。       澳大利亚附近海域  Nicholls(1992)发现,澳大利亚附近海域(105~165E)的TC频数在1980s中期以后急剧减少,其可能的原因是与这段时期El Nio事件多发有关(1982-83,1986-87、1991-92)。       北太平洋中部  Chu and Clark(1999)研究了北太平洋中部的TC年代际变化,指出存在一个频数增加的趋势,1966-81年相对偏少,而后续的1982-1997年频数相对较多。3.TC活动的气候预测研究       Gray(1984b)最早开展了北大西洋海域TC活动的气候预测研究,他选取ENSO特征、QBO特征、撒哈拉西部和几内亚湾的降雨量、加勒比海南部海平面气压距平和对流层上部纬向风距平作为预报因子,建立了一套统计预报方程,对北大西洋TC活动进行气候预测试验,1992年起正式发布北大西洋TC活动的气候预测,预测于上年12月、当年6月、当年8月滚动发布。Chan et al.(1998)用PP法建立了西北太平洋TC频数的短期气候预测模型,并从2000年开始于每年4月、6月发布当年的西北太平洋和南海TC活动的气候预测,2001年预测因子又得到进一步的改进(Chan et al.)。宋文玲和何敏(1999)根据起研究成果,选取大气环流、海温和温度场因子建立了非线性回归方程,从TC活动期出现的早晚、活动期的长度、强台风的频数、登陆台风的频数等几个方面对西北太平洋热带TC活动进行了短期气候预测试验,具有较好的预测效果。4.结语       TC气候研究方面的丰富成果使我们对其气候变化特征有了大致的了解。但是TC的探测资料最长仅50余年,现有资料的分辨率、准确性等方面也存在一些问题,而TC气候研究的手段基本上以统计方法为主,这些都使TC气候研究显得落后,已有的研究成果对某些问题的观点也还不能达成一致,而对于气候变化机制研究更是涉及不多也不深。社会和学科发展都要求TC气候研究进一步发展,因此TC气候研究工作任重而道远。

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