毛蘭花,查 軒,黃少燕,陳世發(fā),戴金梅,白永會(huì),張 婧,邱占林

(1.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,福州 350007; 2.福建師范大學(xué) 地理研究所,福州 350007; 3.福建省亞熱帶資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350007)

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶、亞熱帶地區(qū)海面上急速旋轉(zhuǎn)的大氣渦旋[1-2]，是地理環(huán)境中最具破壞性的天氣系統(tǒng)之一[3]，而中國(guó)是世界上熱帶氣旋登陸最多的國(guó)家之一[4]。熱帶氣旋所引起的高強(qiáng)度降水、大風(fēng)、巨浪等災(zāi)害給中國(guó)和中國(guó)人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失[5]。因此，研究熱帶氣旋對(duì)中國(guó)的影響極為重要。

ENSO(厄爾尼諾—南方濤動(dòng))為熱帶太平洋的厄爾尼諾[6](ElNio)和熱帶大氣中的南方濤動(dòng)[7](Southern Oscillation，縮寫為SO)的簡(jiǎn)稱，是全球氣候影響最強(qiáng)烈的大尺度海洋和大氣相互作用事件，導(dǎo)致全球大多數(shù)區(qū)域降水異常，尤以對(duì)赤道太平洋地區(qū)影響最為嚴(yán)重[8]。有眾多研究表明[9-11]，熱帶氣旋發(fā)生的頻數(shù)與ENSO事件具有很好的相關(guān)性，但前人的研究[12-16]主要集中在某個(gè)區(qū)域或者某個(gè)省而研究，鮮少研究ENSO對(duì)登陸中國(guó)熱帶氣旋的影響。

本文以1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋為出發(fā)點(diǎn)，并以ENSO特征值為基礎(chǔ)[17]，分析ENSO事件與登陸中國(guó)的熱帶氣旋之間的關(guān)系，以期得到一些具體的預(yù)報(bào)模式，提前做好防范工作，減少災(zāi)難的發(fā)生。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 熱帶氣旋數(shù)據(jù)及分類

熱帶氣旋資料來源于中國(guó)氣象局編寫的《熱帶氣旋年鑒》中的熱帶氣旋紀(jì)要表(1951—2016年)[18]，根據(jù)中國(guó)氣象局“關(guān)于實(shí)施熱帶氣旋等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”的通知，采用以下分類方法，即以熱帶氣旋底層中心附近最大風(fēng)速將熱帶氣旋劃分為6個(gè)等級(jí)[19]：熱帶低壓，風(fēng)力為6～7級(jí)；熱帶風(fēng)暴，風(fēng)力8～9級(jí)；強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，風(fēng)力10～11級(jí)；臺(tái)風(fēng)12～13級(jí)；強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，底層中心附近最大平均風(fēng)速41.5～50.9 m/s，即14～15級(jí)；超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，底層中心附近最大平均風(fēng)速≥51.0 m/s，即16級(jí)或以上。

1.2 ENSO數(shù)據(jù)來源

ENSO數(shù)據(jù)來源于美國(guó)大氣局(NOAA)氣候預(yù)測(cè)中心(CPC)公布的逐年海平面溫度SST距平值、南方濤動(dòng)指數(shù)SOI距平值和ENSO多變量指數(shù)MEI距平值(1951—2016年)。

1.3 ENSO事件統(tǒng)計(jì)

ENSO為熱帶海洋與大氣相互作用的強(qiáng)信號(hào)[20]，其典型事件為厄爾尼諾現(xiàn)象(El Nio)與拉尼娜現(xiàn)象(La Nio)。參考陳世發(fā)[21]和唐曉春[22]給出的ENSO事件的定義來確定ENSO冷暖事件，即赤道東太平洋海平面溫度SST距平值高于0.5℃以上且持續(xù)時(shí)間達(dá)6個(gè)月及以上(可允許一個(gè)月低于0.5℃)，視為厄爾尼諾年(ENSO暖事件),反之，赤道東太平洋海平面溫度SST距平值低于0.5℃以上且持續(xù)時(shí)間達(dá)6個(gè)月及以上(可允許一個(gè)月低于0.5℃)，視為拉尼娜年(ENSO冷事件)。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，采用Excel 2003軟件畫圖并計(jì)算，結(jié)果顯示(表1)，在1951—2016年的66 a中，共有21次厄爾尼諾現(xiàn)象，13次拉尼娜現(xiàn)象。在厄爾尼諾年平均登陸中國(guó)的熱帶氣旋數(shù)為7.91次，拉尼娜年平均登陸中國(guó)的熱帶氣旋數(shù)為13.46，ENSO事件時(shí)期平均登陸中國(guó)的熱帶氣旋數(shù)為10.68，非ENSO事件時(shí)期平均登陸中國(guó)的熱帶氣旋數(shù)為14.75，表現(xiàn)為厄爾尼諾年<拉尼娜年<非ENSO事件。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)1951—2016年登陸中國(guó)熱帶氣旋資料統(tǒng)計(jì)(圖1)，從1951年以來熱帶氣旋呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，下降速率為-0.18次/10 a。1951—2016年期間出現(xiàn)熱帶氣旋有813次，年平均12.32次，最高年份為1961年，達(dá)25次，最少發(fā)生在1957年、1969年、1983年、1997年，均為7次，且這7 a均發(fā)生在ENSO暖事件時(shí)期(表1)。研究過程中發(fā)現(xiàn)以70年代為界限，熱帶氣旋活動(dòng)有著明顯的氣候振動(dòng)，并且在70年代以前氣候發(fā)生突變，表現(xiàn)為70年代以前熱帶氣旋頻數(shù)增多、強(qiáng)度偏強(qiáng)的趨勢(shì)，而70年代后則相反，而陳興芳等[23]對(duì)1951—1991年臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的氣候突變分析印證了本文的研究結(jié)果。

2.1 熱帶氣旋次數(shù)與強(qiáng)度分析

根據(jù)1951—2016年登陸中國(guó)熱帶氣旋數(shù)據(jù)依據(jù)氣旋的強(qiáng)度分級(jí)統(tǒng)計(jì)(圖2)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示66 a登陸中國(guó)的熱帶氣旋共有813次，其中21次ENSO厄爾尼諾現(xiàn)象中登陸中國(guó)熱帶氣旋次數(shù)共166次，13次拉尼諾現(xiàn)象登陸中國(guó)熱帶氣旋次數(shù)共175次，由此可見，登陸中國(guó)的熱帶氣旋頻數(shù)在厄爾尼諾年較拉尼娜年偏少。在21個(gè)厄爾尼諾現(xiàn)象中，登陸中國(guó)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)共19次，平均每年發(fā)生的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或者超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的概率為90.4%，在13個(gè)拉尼娜現(xiàn)象登陸中國(guó)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)共14次，平均每年發(fā)生的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的概率為107.7%，因此，厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期發(fā)生超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的概率比拉尼娜現(xiàn)象時(shí)期發(fā)生超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的概率偏低，這與胡婭敏等[24]研究ENSO事件對(duì)廣東熱帶氣旋影響的結(jié)果一致，認(rèn)為拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時(shí)熱帶氣旋的數(shù)量明顯比厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的頻數(shù)多，并且強(qiáng)風(fēng)暴的生命力增長(zhǎng)，產(chǎn)生的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的概率較大。此外，在拉尼娜現(xiàn)象時(shí)期熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓均比厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期多。非ENSO事件時(shí)期登陸中國(guó)的熱帶氣旋共472次，高于ENSO事件時(shí)期發(fā)生的熱帶氣旋頻數(shù)，并且強(qiáng)度比ENSO事件時(shí)期大。厄爾尼諾通過對(duì)沃克環(huán)流的影響，使得沃克環(huán)流隨厄爾尼諾現(xiàn)象的不同強(qiáng)度而產(chǎn)生不同幅度的移動(dòng)，從而影響登陸中國(guó)熱帶氣旋的頻數(shù)和強(qiáng)度比非ENSO事件時(shí)期登陸中國(guó)熱帶氣旋的頻數(shù)和強(qiáng)度都偏少和偏弱[25]。

表1 1951-2016年ENSO事件與登陸中國(guó)的熱帶氣旋

圖1 1951-2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋變化趨勢(shì)

2.2 ENSO事件對(duì)登陸中國(guó)熱帶氣旋時(shí)間的影響

通過統(tǒng)計(jì)1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋時(shí)間(圖3)，發(fā)現(xiàn)在時(shí)間跨度上，登陸中國(guó)的熱帶氣旋最早在4月份，最晚在12月份，主要集中在7—9月，厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期中國(guó)熱帶氣旋在7—9月登陸的次數(shù)占全年總數(shù)的84.2%，拉尼娜現(xiàn)象時(shí)期占全年的70.3%，正常年占全年的80%。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)登陸中國(guó)的熱帶氣旋在厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期初旋是最晚的，發(fā)生在5月份，拉尼娜現(xiàn)象時(shí)期登陸熱帶氣旋的最早時(shí)間發(fā)生在4月，有2次，最早在2008年4月18日海南文昌；非ENSO事件時(shí)期最早登陸熱帶氣旋的時(shí)間在4月份，在1991年4月28日海南萬寧登陸，同時(shí)，ENSO事件時(shí)期終旋均在12月(ENSO暖事件為2004年12月4日，ENSO冷事件為1974年12月2日)，而非ENSO事件時(shí)期在12月份沒有熱帶氣旋。這與全球風(fēng)帶的北移和洋面溫度的因素密切相關(guān)，海洋溫度7—9月氣溫高，適于熱帶氣旋的生成。

圖2 1951-2016年登陸中國(guó)熱帶氣旋強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特征

2.3 ENSO與登陸中國(guó)熱帶氣旋相關(guān)性分析

(1) SST距平值對(duì)熱帶氣旋的影響。厄爾尼諾事件是赤道東太平洋海平面溫度(SST)異常曾暖的現(xiàn)象，拉尼娜事件反之。對(duì)1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋與赤道東太平洋的SST距平值進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4A)，分析結(jié)果表明登陸中國(guó)的熱帶氣旋與SST距平值呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，隨著SST距平值的增加登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)呈減少的趨勢(shì)。

圖3 1951-2016年熱帶氣旋月際登陸統(tǒng)計(jì)特征

(2) SOI距平值對(duì)熱帶氣旋的影響。南方濤動(dòng)是指熱帶太平洋與熱帶印度洋之間氣壓變化呈反相關(guān)的振蕩現(xiàn)象，而南方濤動(dòng)指數(shù)(SOI)是為使這種現(xiàn)象定量化而被沃克所定義的，是由東西太平洋氣壓值之差算出[26]。SOI是影響ENSO的重要特征值，并且與熱帶海平面氣壓變化、季風(fēng)降雨等密切聯(lián)系。通過對(duì)1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋與南方濤動(dòng)指數(shù)(SOI)距平值進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4B)，分析結(jié)果表明登陸中國(guó)的熱帶氣旋與SOI距平值呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)隨著SOI距平值增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。

(3) MEI距平值對(duì)熱帶氣旋的影響。SST指數(shù)反映了赤道中東部太平洋地區(qū)的海表溫度，SOI指數(shù)反映了熱帶太平洋地區(qū)的海平面氣壓差值，有時(shí)候兩者在Nino3.4區(qū)(5°N—5°S,120—170°W)的變化不一致，尤其是是SOI，由于SOI會(huì)考慮到塔希提(Tahiti)島和達(dá)爾文(Darwin)島氣壓的影響，所以SOI的變化有時(shí)并不真正的反映到大尺度現(xiàn)象[27]。因此為了綜合考慮SST和SOI這兩個(gè)ENSO的特征值，美國(guó)氣候診斷中心(CDC)提出了一個(gè)多變量的ENSO指標(biāo)稱為MEI(Multivariate ENSO Index)，MEI指數(shù)是運(yùn)用到了海平面氣壓、地面經(jīng)向風(fēng)、地面緯向風(fēng)、海溫、海平面氣溫、總云量共6個(gè)參數(shù)[28]。對(duì)1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋與赤道東太平洋的MEI指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4C)，分析結(jié)果表明：登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)與MEI指數(shù)呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)隨著MEI指數(shù)的增加呈減少趨勢(shì)。

同時(shí)，對(duì)1951—2016年登陸中國(guó)的熱帶氣旋與赤道東太平洋ENSO事件3個(gè)特征值的相關(guān)性分析，表明MEI(p=0.001)比SST(p=0.003)和SOI(p=0.015)具有更好的相關(guān)性，這是由MEI指數(shù)所參考的變量更多而決定的。

3 討 論

以上分析表明，熱帶氣旋的形成首先必須有相當(dāng)面積的氣壓下降，并與周圍海域形成一定氣壓差，而在厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期，西太平洋海域氣溫偏低且連續(xù)多月保持較穩(wěn)定的氣壓，不易形成熱帶氣旋，這就導(dǎo)致厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期產(chǎn)生的熱帶氣旋總數(shù)減少。厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)擾亂了原有的信風(fēng)環(huán)流，使能到達(dá)中國(guó)的熱帶氣旋總數(shù)減少，為此由熱帶氣旋發(fā)展來的熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)等也相應(yīng)減少，即強(qiáng)度下降。相反，在拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時(shí)期，西太平洋海域氣溫偏高但仍連續(xù)多月保持較穩(wěn)定的氣壓，同樣不易形成熱帶氣旋。由此可知，厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時(shí)登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)及強(qiáng)度均有明顯下降，與ENSO時(shí)期的夏季，副高偏弱、偏南，空氣對(duì)流活動(dòng)減弱相吻合[29]。ENSO事件時(shí)期登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)較少、強(qiáng)度較輕，正常年登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)較多且強(qiáng)度大，因此正常年份更應(yīng)該加強(qiáng)熱帶氣旋災(zāi)害防范工作。

圖4 登陸中國(guó)熱帶氣旋與ENSO事件3個(gè)特征值的相關(guān)性

登陸中國(guó)的熱帶氣旋與赤道太平洋海平面溫度SST有著密切的聯(lián)系。當(dāng)赤道太平洋中東部SST距平值偏高和熱帶大氣SOI為負(fù)時(shí)，即厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，赤道太平洋中東部冷水域海水異常增暖，赤道西太平洋地區(qū)海域水溫降低，熱帶氣旋總數(shù)減少，致使同時(shí)期登陸中國(guó)的熱帶氣旋總數(shù)減少[30]。同時(shí)，在厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期氣壓變化對(duì)信風(fēng)環(huán)流的干擾，加上赤道西太平洋海溫降低，氣壓差減小，產(chǎn)生的熱帶氣旋強(qiáng)度降低，所以當(dāng)強(qiáng)度較大的熱帶氣旋到達(dá)中國(guó)時(shí)，熱帶氣旋的強(qiáng)度下降就較為明顯。

同理，當(dāng)赤道太平洋中東部SST距平值偏低和熱帶大氣SOI為正時(shí)[31]，即拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，赤道西太平洋地區(qū)海域水溫升高，因而熱帶氣旋主要能源區(qū)的能量供給增加，赤道輻合帶增強(qiáng)，積云對(duì)流運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，有利于熱帶氣旋的生成和發(fā)展的環(huán)境場(chǎng)，致使拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時(shí)期登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)比厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)期要偏多。

4 結(jié) 論

(1) 1951—2016年，登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)整體上處于下降的趨勢(shì)，70年代之前波動(dòng)劇烈，70年代后期波動(dòng)振幅較平穩(wěn)。

(2) 登陸中國(guó)的熱帶氣旋頻數(shù)在厄爾尼諾年較拉尼娜年偏少，ENSO事件發(fā)生時(shí)期登陸中國(guó)的熱帶氣旋頻數(shù)比非ENSO事件時(shí)期明顯偏少，因此在海表溫度正常的年份應(yīng)加強(qiáng)熱帶氣旋災(zāi)害的防范工作。

(3) 對(duì)比非ENSO事件時(shí)期初旋登陸時(shí)間，厄爾尼諾年初旋登陸時(shí)間偏晚，而拉尼娜年初旋登陸時(shí)間偏早。登陸中國(guó)熱帶氣旋時(shí)間集中在7—9月份，約占全年總數(shù)80%，ENSO暖事件年份內(nèi)7—9月登陸中國(guó)熱帶氣旋次數(shù)占全年總數(shù)84.2%，而ENSO冷事件時(shí)期僅占全年總數(shù)70.3%，這與初旋開始時(shí)間和終旋結(jié)束時(shí)間有關(guān)。

(4) 登陸中國(guó)的熱帶氣旋次數(shù)與南方濤動(dòng)指數(shù)SOI距平值呈顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與赤道東太平洋海平面溫度距平值SST呈極顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與MEI指數(shù)呈極顯著相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，且MEI(p=0.001)比SST(p=0.003)和SOI(p=0.015)具有更好的相關(guān)性。