劉達(dá)，許映龍，向純怡，陳博宇

(國家氣象中心，北京 100081）

1 引 言

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上具有暖心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋性渦旋，西北太平洋、北大西洋以及孟加拉灣是其活躍的主要區(qū)域，其中西北太平洋熱帶氣旋生成頻數(shù)最高，約占全球臺(tái)風(fēng)生成總數(shù)的36%[1]。西北太平洋和南海海域臺(tái)風(fēng)活動(dòng)具有明顯的季節(jié)性，夏秋季節(jié)活躍的臺(tái)風(fēng)數(shù)量約占全年臺(tái)風(fēng)總數(shù)的80%[2]，然而2020年7月西北太平洋和南海海域無臺(tái)風(fēng)生成，成為有氣象記錄以來首次7月“空臺(tái)”，屬歷史罕見的異常事件。由于7月缺少臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，導(dǎo)致我國華南大部分地區(qū)降水較歷史同期偏少5成，并出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，其中廣東、海南平均溫度達(dá)到了1961 年以來最高，多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)極端高溫事件[3]。此外“空臺(tái)”為后續(xù)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)尤其是強(qiáng)度預(yù)報(bào)增加了難度。因此，對此次臺(tái)風(fēng)異常事件的分析不僅有助于今后臺(tái)風(fēng)生成預(yù)報(bào)，也為臺(tái)風(fēng)生成的相關(guān)研究提供了有益的補(bǔ)充。針對此次“空臺(tái)”事件，已有研究表明熱帶洋面的海溫異常通過大尺度環(huán)流影響西北太平洋海域的大氣環(huán)流，異常下沉氣流抑制了臺(tái)風(fēng)的生成和發(fā)展[4]。

臺(tái)風(fēng)生成過程通常為熱帶擾動(dòng)在適宜的海溫、渦度、水汽以及垂直風(fēng)切變等諸多因素的共同作用下進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)[5]，這表明活躍的熱帶擾動(dòng)是臺(tái)風(fēng)生成的必要條件，適宜的熱力和動(dòng)力條件則為擾動(dòng)的發(fā)展提供了可能。大尺度環(huán)流系統(tǒng)不僅影響著熱帶擾動(dòng)的生成，對提供其發(fā)展所需的熱力和動(dòng)力條件也具有重要影響。陳聯(lián)壽等[1]指出臺(tái)風(fēng)多形成于東西風(fēng)切變線的北側(cè)，構(gòu)成這條切變線的環(huán)流主體分別是其北部的副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）和南部的越赤道氣流。夏季南半球強(qiáng)盛的馬斯克林高壓使得索馬里急流強(qiáng)度增強(qiáng)，越赤道氣流開始活躍，與副高南側(cè)的偏東氣流形成一個(gè)低壓帶，季風(fēng)槽得以建立。季風(fēng)槽低層氣流輻合具有氣旋式環(huán)流的特征，與此同時(shí)西南季風(fēng)起到了水汽輸送的作用，導(dǎo)致季風(fēng)槽內(nèi)部形成高溫高濕的對流環(huán)境，在適宜的動(dòng)力和熱力條件的共同作用下，有利于熱帶擾動(dòng)的生成和發(fā)展，西北太平洋和南海海域約80%的熱帶擾動(dòng)生成于季風(fēng)槽中[6-7]。季風(fēng)槽的強(qiáng)度和位置與熱帶擾動(dòng)的活動(dòng)密切相關(guān)，當(dāng)副高位置偏南，越赤道氣流偏弱時(shí)，季風(fēng)槽強(qiáng)度偏弱且位置偏南偏西，此時(shí)活躍的熱帶擾動(dòng)數(shù)量偏少，因此季風(fēng)槽的強(qiáng)度和發(fā)展對于臺(tái)風(fēng)活躍期的預(yù)報(bào)具有重要的指示作用[8]。在前人的研究成果中，我們注意到副高和越赤道氣流直接影響季風(fēng)槽的活動(dòng)，前兩者的變化則與多時(shí)空尺度環(huán)流的相互作用密切相關(guān)，因此在復(fù)雜的環(huán)流系統(tǒng)中，識(shí)別對臺(tái)風(fēng)活躍期具有重要指示意義的環(huán)流形勢對提高臺(tái)風(fēng)活躍期預(yù)報(bào)水平具有重要意義，也有助于認(rèn)識(shí)影響臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的多尺度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用。

本文將首先簡要介紹使用的數(shù)據(jù)及方法，其次對西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)概況進(jìn)行說明，然后重點(diǎn)從不同尺度環(huán)流系統(tǒng)相互影響的角度出發(fā)，分析影響7 月臺(tái)風(fēng)活動(dòng)異常的關(guān)鍵因素，通過總結(jié)及討論為未來預(yù)測臺(tái)風(fēng)生成和發(fā)展提供參考。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù) 據(jù)

研究中使用的資料如下。

（1） 美 國 國 家 環(huán) 境 預(yù) 報(bào) 中 心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）最優(yōu)插值海表溫度（Optimum Interpolation Sea Surface Temperature，OISST），水平分辨率為1 °×1 °（https://www.psl.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.oisst.v2.html）[9]，本文使用的時(shí)間范圍為2020年，利用該數(shù)據(jù)集1971—2000年氣候態(tài)得到海表溫度異常。

（2）NCEP/DOE 再分析數(shù)據(jù)集（https://www.psl.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis2.html）[10]中高度 場、海 平面 氣壓場（sea surface pressure，SLP）、風(fēng)場、輻射通量、氣溫以及相對濕度等變量。

（3）1949—2020 年中國氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)集（http://tcdata.typhoon.org.cn /zjljsjj_sm.html）[11-12]。

2.2 分析方法

為了分析大尺度環(huán)流系統(tǒng)對西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響，使用臺(tái)風(fēng)潛在生成指數(shù)（Dynamic Genesis Potential Index，DGPI）[13]定量描述該區(qū)域環(huán)流系統(tǒng)是否有利于臺(tái)風(fēng)生成。Wang 等[13]利用多個(gè)大尺度動(dòng)力和熱力環(huán)流因子對全球各海域臺(tái)風(fēng)生成進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，最終確定了850 hPa絕對渦度、500 hPa垂直速度、垂直風(fēng)切變以及500 hPa 緯向風(fēng)的經(jīng)向梯度4 個(gè)最顯著影響臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的因子，并建立了適用于全球各海域臺(tái)風(fēng)生成預(yù)測的DGPI，其計(jì)算公式如下：

其中，Vs代表200～850 hPa 垂直風(fēng)切變，u為500 hPa 緯向風(fēng)速，ω為500 hPa 垂直速度，η是850 hPa 絕對渦度。我們利用上述公式計(jì)算了西北太平洋和南海1981—2020年期間逐月DGPI，并考察其與同期臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.81（通過0.01 顯著性檢驗(yàn)），證明了該指數(shù)可以較好地反映大尺度環(huán)流系統(tǒng)對西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)生成的指示作用，本文將利用該指數(shù)進(jìn)一步確定對2020 年7 月“空臺(tái)”影響最顯著的環(huán)流因素。

采用副高的面積和強(qiáng)度指數(shù)客觀地反映副高的范圍及其強(qiáng)弱。上述兩個(gè)指數(shù)利用10 °N以北、110 °E～180°范圍內(nèi)，500 hPa 高度場上所有高于588 dagpm的格點(diǎn)所圍成的面積總和，及所有高于588 dagpm 的格點(diǎn)所圍成的面積總和與該格點(diǎn)高度值減去587 dagpm 差值的乘積的總和計(jì)算得到[14-15]。

為了保持研究的一致性，本文中西北太平洋和南海的范圍定義為105～150 °E，10～30 °N。

3 西北太平洋和南海海域臺(tái)風(fēng)活動(dòng)概況

1949—2019年期間西北太平洋和南海海域逐月臺(tái)風(fēng)活躍情況顯示（圖1），7—10 月是該區(qū)域臺(tái)風(fēng)的活躍期，其中7月臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)（平均值為4.1個(gè)）較1—6 月顯著增加，代表臺(tái)風(fēng)活躍期開始，8月是臺(tái)風(fēng)最活躍的時(shí)段，9 月起臺(tái)風(fēng)生成逐漸減少，10 月平均生成數(shù)量與7 月基本持平?；仡?020年臺(tái)風(fēng)活動(dòng)情況，不難發(fā)現(xiàn)，最明顯的特征是7月臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量較歷史平均顯著偏少，為歷史同期最低，創(chuàng)造了新的記錄。8月臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量迅速增加，9 月臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量再次低于歷史均值，10 月活躍的臺(tái)風(fēng)數(shù)量達(dá)到了歷史極值。2020年夏季（6—8 月）活躍臺(tái)風(fēng)數(shù)量較秋季（9—11 月）偏少5 個(gè)，歷史上夏季活躍的臺(tái)風(fēng)數(shù)量（11.62 個(gè)）較秋季（11.38 個(gè)）略偏多，7 月“空臺(tái)”導(dǎo)致了2020 年夏秋季節(jié)活躍臺(tái)風(fēng)數(shù)量的巨大差異。

圖1 1949—2019年西北太平洋和南海逐月臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量

利用DGPI 分析發(fā)現(xiàn)，2020 年1—9 月該指數(shù)較歷史平均（1981—2019 年）均偏弱，而10 月以后較歷史同期偏強(qiáng)。與歷史平均變化趨勢所不同的是，2020年7月的DGPI指數(shù)較6月沒有增大，反而減?。▓D2），并且較同期顯著偏低，表明大尺度環(huán)流不利于臺(tái)風(fēng)生成。8 月DGPI 相對7 月顯著增加，臺(tái)風(fēng)數(shù)量相應(yīng)地從0 增加到高于歷史同期75%，10 月DGPI 顯著偏大，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)達(dá)到了歷史極值。DGPI 的變化較好地表征了2020 年臺(tái)風(fēng)異?；顒?dòng)，表明大尺度環(huán)流背景場對臺(tái)風(fēng)活動(dòng)具有重要影響。

圖2 1981—2019年氣候態(tài)和2020年西北太平洋和南海逐月DGPI

為研究7 月、8 月西北太平洋和南海海域臺(tái)風(fēng)生成的大尺度環(huán)流背景，首先考察了歷史（1949—2019年）上上述月份臺(tái)風(fēng)生成源地，其中，7月臺(tái)風(fēng)主要生成在105～150 °E，10～25 °N 附近，且大值區(qū)集中在南海東北部和中東部海域以及菲律賓東北洋面，8 月臺(tái)風(fēng)生成密集區(qū)域北界延伸至30 °N 附近，向東擴(kuò)展到170 °E 附近（圖3），臺(tái)風(fēng)活躍的區(qū)域相比7月明顯擴(kuò)大，臺(tái)風(fēng)生成源地的大范圍變化與大尺度環(huán)流背景的調(diào)整密切相關(guān)。

圖3 1949—2019年7月（a）和8月（b）西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)生成源地

4 “空臺(tái)”環(huán)流特征及動(dòng)力和熱力條件

臺(tái)風(fēng)活躍需要適宜的大尺度環(huán)境條件，DGPI可以較好地反映大尺度系統(tǒng)配置及其相互作用是否有利于臺(tái)風(fēng)的生成和發(fā)展[16]，2020年DGPI的變化與臺(tái)風(fēng)生成數(shù)量之間的聯(lián)系驗(yàn)證了上述結(jié)論。上文提到，DGPI 在7 月和8 月的變化表明環(huán)流背景的調(diào)整使得8 月臺(tái)風(fēng)活動(dòng)開始活躍，對比分析DGPI 各項(xiàng)的變化將有助于明確影響2020 年臺(tái)風(fēng)活躍期的主要因素。考察上述兩月西北太平洋和南海區(qū)域DGPI各項(xiàng)相對于氣候態(tài)的變化（圖4）發(fā)現(xiàn)，與歷史同期相比，盡管2020年7月和8月DGPI均為負(fù)異常，但是7月的異常達(dá)到了-4.0以上約低于同期DGPI 指數(shù)一半以上（圖2），這表明大尺度環(huán)流背景極不利于臺(tái)風(fēng)生成。進(jìn)入8 月后DGPI指數(shù)顯著增大，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)逐漸頻繁，此時(shí)臺(tái)風(fēng)主要生成于DGPI 相對歷史同期偏大的區(qū)域（圖略）。進(jìn)一步對比7、8 月DGPI 各項(xiàng)的差異可以發(fā)現(xiàn)，對流層垂直風(fēng)切變和500 hPa 大氣垂直運(yùn)動(dòng)是造成7、8月DGPI差異的主要貢獻(xiàn)項(xiàng)，因此，下文中我們將主要關(guān)注上述兩項(xiàng)相關(guān)的環(huán)流系統(tǒng)的異常變化。

圖4 2020年7月（紅色）和8月（藍(lán)色）西北太平洋和南海DGPI及各項(xiàng)相對于氣候態(tài)的異常

4.1 季風(fēng)槽活動(dòng)異常

前文中提到，季風(fēng)槽的建立對臺(tái)風(fēng)活躍期具有重要的指示作用。從氣候態(tài)分布來看（圖5），7月和8 月臺(tái)風(fēng)活躍的范圍多處于西南季風(fēng)和東南風(fēng)匯合的季風(fēng)槽附近，并且隨著季風(fēng)槽的加深，臺(tái)風(fēng)生成源地隨之變大。2020 年7 月、8 月季風(fēng)槽的活動(dòng)情況顯示，7月西南季風(fēng)活躍的區(qū)域主要位于阿拉伯海和孟加拉灣，越赤道氣流位置較常年顯著偏西，其東界位于中南半島以西區(qū)域，較氣候態(tài)偏西約10個(gè)經(jīng)度，同時(shí)赤道西風(fēng)的強(qiáng)度偏弱，氣候態(tài)赤道西風(fēng)的強(qiáng)度可達(dá)5～10 m/s 以上，而2020 年7 月西北太平洋和南海海域赤道西風(fēng)強(qiáng)度的負(fù)異常達(dá)到了2 m/s以上。同時(shí)，菲律賓以東洋面和南海海域均被強(qiáng)盛的偏東氣流控制，其中部分海域的東風(fēng)異常高達(dá)5 m/s。受偏東氣流增強(qiáng)和西南季風(fēng)減弱的共同影響，夏季?；钴S在110～130 °E，10～20 °N 區(qū)域內(nèi)的季風(fēng)槽在2020 年7 月并未出現(xiàn)，導(dǎo)致月內(nèi)南海及西北太平洋熱帶對流云團(tuán)活動(dòng)顯著偏少。

圖5 氣候態(tài)(a、b)和2020年(c、d)7月(a、c)、8月(b、d)850 hPa風(fēng)場 填色為緯向風(fēng)速（單位：m/s），d中紅色點(diǎn)代表2020年8月臺(tái)風(fēng)生成源地。

進(jìn)入8 月，西南季風(fēng)顯著增強(qiáng)，與偏東氣流在南海北部海域至菲律賓偏東海域一帶匯合，季風(fēng)槽開始建立，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)增多，8 月活躍的7 個(gè)臺(tái)風(fēng)均生成于季風(fēng)槽內(nèi)，由此可見季風(fēng)槽的建立對于臺(tái)風(fēng)活躍具有標(biāo)志性意義。季風(fēng)槽的建立受西南季風(fēng)和副高的共同影響，活躍的西南季風(fēng)和減弱東退的副高為季風(fēng)槽的建立創(chuàng)造了適宜的環(huán)流背景。

4.1.1 副熱帶高壓對季風(fēng)槽的影響

季風(fēng)槽的建立受副高強(qiáng)度和位置變化的影響，副高是臺(tái)風(fēng)中長期預(yù)報(bào)參考的主要大尺度環(huán)流系統(tǒng)之一。已有研究表明，臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)與副高強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，這意味著當(dāng)副高強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)，西北太平洋和南海區(qū)域臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)減小[17]，因此，副高減弱東退通常意味著西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)將趨于活躍。從副高的氣候態(tài)（圖6）變化上可以看出，7、8 月副高脊線通常位于30 °N 附近，8 月副高西脊點(diǎn)由120 °E 附近東退到130 °E 附近，副高的東退為臺(tái)風(fēng)生成創(chuàng)造了有利環(huán)境，因此氣候態(tài)上8 月臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的范圍比7 月更廣泛。2020 年7 月副高的強(qiáng)度和位置明顯異于歷史同期，除8 日外，副高面積和強(qiáng)度指數(shù)均較歷史同期顯著偏強(qiáng)（圖7），異常偏強(qiáng)的副高導(dǎo)致對流層500 hPa 下沉運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，且影響的范圍廣闊，強(qiáng)烈的下沉氣流一方面不利于熱帶擾動(dòng)生成，另一方面也限制了11日左右活躍的熱帶擾動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展增強(qiáng)。

圖6 7月（a）和8月（b）氣候態(tài)500 hPa平均位勢高度場以及2020年7月（c）、8月（d）500 hPa平均位勢高度場（單位：dagpm） 紅色方框所示區(qū)域?yàn)闅v史同期臺(tái)風(fēng)生成源地，紅色點(diǎn)代表2020年8月臺(tái)風(fēng)生成位置。

圖7 2020年7月副高強(qiáng)度（黑色虛線）和面積（黑色實(shí)線）指數(shù)異常

副高的強(qiáng)度和位置變化進(jìn)一步受中高緯度大尺度環(huán)流系統(tǒng)的影響，張瑞萍等[18]指出極渦主體位于西半球一側(cè)，亞洲北部大氣經(jīng)向環(huán)流減弱，南下的冷空氣路徑偏北，副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏西，因此分析中高緯環(huán)流形勢為判斷副高的變化提供了參考。2020 年7 月500 hPa 平均位勢高度場與常年同期相比極渦呈現(xiàn)出多極型分布（圖8），其中兩個(gè)極渦中心分別位于格陵蘭島東部、北美洲西北部，強(qiáng)度均低于552 dagpm，且對應(yīng)負(fù)距平區(qū)域（圖8e），以上分析表明2020 年7 月強(qiáng)盛的極渦主體均位于西半球。與此同時(shí)，西西伯利亞受高壓脊控制，高壓脊阻擋了極渦主體冷空氣影響東半球，因此7 月內(nèi)影響亞洲東部冷空氣勢力較弱，導(dǎo)致副高位置較往年顯著偏西。8月，貝加爾湖以北出現(xiàn)一個(gè)低渦，亞洲北部處于低壓槽區(qū)，冷空氣活動(dòng)加強(qiáng)，副高開始東退。

圖8 7月（a）、8月（b）北半球500 hPa平均位勢高度場氣候態(tài)，2020年7月（c）、8月（d）500 hPa平均位勢高度場及其（e、f）距平（單位：dagpm）

除了極渦和冷空氣的影響外，夏季對流層高層的南亞高壓是影響副高進(jìn)退和強(qiáng)度變化的另一個(gè)重要因素。陶詩言等[19]在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步指出了南亞高壓的活動(dòng)對預(yù)報(bào)副高進(jìn)退的指示意義，即當(dāng)南亞高壓的中心向東移動(dòng)時(shí)，副高西進(jìn)，反之則東撤。任榮彩等[20]利用觀測資料對1998 年7 月副高的異?；顒?dòng)進(jìn)行分析，指出南亞高壓東移對流層高層通過負(fù)渦度平流的動(dòng)力強(qiáng)迫作用使得副高內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致副高西部單體強(qiáng)度增強(qiáng)。此后，學(xué)者們通過敏感性試驗(yàn)驗(yàn)證了南亞高壓對副高強(qiáng)度的影響，當(dāng)南亞高壓增強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)迫對流層中層出現(xiàn)動(dòng)力輻散和絕熱加熱，從而使副高加強(qiáng)[21]。受青藏高原熱源效應(yīng)加強(qiáng)的影響，2020 年7 月南亞高壓出現(xiàn)兩個(gè)中心，分別位于伊朗和青藏高原，影響范圍向東擴(kuò)展約5 個(gè)經(jīng)度，同時(shí)南亞高壓的脊線位于25～30 °N之間，較常年同期偏南，其強(qiáng)度較歷史同期偏強(qiáng)（圖9c），南亞高壓東側(cè)強(qiáng)勁的偏東氣流導(dǎo)致洋中槽斷裂，在130 °E，20 °N 附近形成一個(gè)閉合的反氣旋環(huán)流中心，導(dǎo)致該區(qū)域?qū)α鲗又邢聦酉鲁翚饬髟鰪?qiáng)，使副高強(qiáng)度增強(qiáng)。2020 年7 月副高位置偏西強(qiáng)度偏強(qiáng)影響了季風(fēng)槽的建立，從而抑制了熱帶擾動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展。

圖9 7月（a）和8月（b）200 hPa風(fēng)場氣候態(tài)，2020年7月（c）和8月（d）200 hPa風(fēng)場及其異常（e～f）填色為緯向風(fēng)速（單位：m/s）。

4.1.2 越赤道氣流對季風(fēng)槽的影響

前文主要關(guān)注了副高的強(qiáng)度和位置變化對季風(fēng)槽的影響，除副高外，季風(fēng)槽的建立與越赤道氣流的活動(dòng)也有密切聯(lián)系。2020 年7 月越赤道氣流活躍的區(qū)域主要位于阿拉伯海和孟加拉灣以西海域（圖5a），西北太平洋和南海均處于偏東氣流的控制之下，7月內(nèi)唯一活躍的熱帶擾動(dòng)出現(xiàn)在11—13 日偏西氣流增強(qiáng)的菲律賓東北洋面（圖10b），7月偏弱的越赤道氣流導(dǎo)致季風(fēng)槽無法建立從而缺乏活躍的熱帶擾動(dòng)。8月后，南海和菲律賓東部海域越赤道氣流開始活躍（圖5b），為季風(fēng)槽的建立創(chuàng)造了有利條件，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)開始加強(qiáng)。

圖10 2020年7月（a）、8月（b）850 hPa 10～20 °N緯向風(fēng)場（單位：m/s）

越赤道氣流活躍程度與南印度洋永久性的環(huán)流系統(tǒng)馬斯克林高壓密切相關(guān)。北半球夏季馬斯克林高壓的主體通常位于60～80 °E，30 °S 附近，作為連接南北半球環(huán)流活動(dòng)的系統(tǒng)，其強(qiáng)度變化對印度西南季風(fēng)具有重要影響。2020 年7 月馬斯克林高壓強(qiáng)度偏弱且主體位置偏西，導(dǎo)致月內(nèi)西南季風(fēng)強(qiáng)度偏弱。8 月馬斯克林高壓位置發(fā)生了顯著變化，其東側(cè)的中心加強(qiáng)，盡管較歷史同期強(qiáng)度仍偏弱，但是南印度洋上建立環(huán)流中心后，其北側(cè)的偏東氣流使得索馬里急流加強(qiáng)（圖略），西南季風(fēng)顯著增強(qiáng)，南海和菲律賓以東海域越赤道氣流開始活躍，季風(fēng)槽得以建立。南印度洋海表溫度影響了馬斯克林高壓的強(qiáng)度，7月由于海陸溫差較小，不利于氣壓梯度形成，8 月隨著陸地氣溫升高，海陸溫差加大，海陸之間的氣壓梯度增加，南印度洋洋面上冷高壓加強(qiáng)。與此同時(shí)，南印度洋上60 °E附近海溫負(fù)異常逐漸增強(qiáng)（圖11），海洋溫度的異常變化通過熱通量輸送影響大氣環(huán)流。利用劉娜[22]使用的計(jì)算方法，我們考察了海溫變化通過海氣凈熱通量對大氣的加熱作用。本文使用凈熱通量的定義為潛熱通量、感熱通量、向上的長波輻射和向下的短波輻射之和，其中各變量均以向上為正。隨著南印度洋海溫負(fù)異常的增加，海洋對大氣的加熱作用逐漸減弱（圖12），洋面上氣溫降低使得氣壓加強(qiáng)，馬斯克林高壓強(qiáng)度增強(qiáng)，從而導(dǎo)致越赤道氣流的變化。

圖11 2020年7月（a）和8月（b）印度洋海表溫度異常（單位：℃）

圖12 2020年7月（a）和8月（b）印度洋凈熱通量（單位：W/m2）

本節(jié)通過對環(huán)流背景的分析表明，7月季風(fēng)槽異常偏弱不利于熱帶擾動(dòng)的生成和發(fā)展。由于極渦主體位置偏西，冷空氣活動(dòng)不活躍，同時(shí)南亞高壓異常偏東偏強(qiáng)，導(dǎo)致副熱帶高壓偏強(qiáng)且位置偏西，西北太平洋和南海海域低層以偏東氣流為主，中層主要受到副高內(nèi)部強(qiáng)烈的下沉氣流控制，使得季風(fēng)槽活動(dòng)偏弱。同時(shí)，南印度洋馬斯克林高壓較常年同期偏西偏弱，索馬里急流減弱，南海及菲律賓以東海域越赤道氣流不活躍，導(dǎo)致季風(fēng)槽無法建立，月內(nèi)南海及西北太平洋熱帶對流云團(tuán)活動(dòng)偏弱。

4.2 動(dòng)力和熱力條件

4.2.1 垂直風(fēng)切變

大尺度環(huán)流不僅為熱帶擾動(dòng)提供有利的背景，同時(shí)也影響擾動(dòng)發(fā)展所需的熱力和動(dòng)力條件。已有學(xué)者指出環(huán)境垂直風(fēng)切變是影響臺(tái)風(fēng)生成和發(fā)展的重要因素，其決定了臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)能否形成，垂直風(fēng)切變過大會(huì)將積云對流釋放的潛熱迅速向四周擴(kuò)散，導(dǎo)致熱量無法在對流層上層長時(shí)間積累，從而不利于暖心的形成，因此適宜的垂直風(fēng)切變是臺(tái)風(fēng)形成的重要條件[23]。國內(nèi)外學(xué)者通過大量的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)值試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)垂直風(fēng)切變的臨界值為8～10 m/s[24-25]，超過這一數(shù)值，臺(tái)風(fēng)幾乎完全不會(huì)發(fā)展。7月是臺(tái)風(fēng)趨于活躍的月份，過去多年統(tǒng)計(jì)平均顯示該月西北太平洋和南海的垂直風(fēng)切變均低于8 m/s（圖13b），為熱帶擾動(dòng)的發(fā)展提供了有利的環(huán)境條件。利用DGPI 分析發(fā)現(xiàn)垂直風(fēng)切變異常是大尺度環(huán)境場抑制2020 年7月臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的重要因素之一，由于大尺度環(huán)流系統(tǒng)異常，導(dǎo)致月內(nèi)臺(tái)風(fēng)主要的生成源地南海中北部海域、菲律賓呂宋島以東洋面的垂直風(fēng)切變幾乎均高于8 m/s，且正異常達(dá)到2 m/s 以上，尤其是南海中北部海域垂直風(fēng)切變達(dá)到14 m/s 以上（圖13c），過高的垂直風(fēng)切變抑制了熱帶擾動(dòng)的發(fā)展，使得其難以發(fā)展成為臺(tái)風(fēng)。

圖13 西北太平洋和南海垂直風(fēng)切變 a. 2020年7月；b. 7月氣候態(tài)；c. 2020年7月距平。單位：m/s。

4.2.2 水汽和熱力條件

除動(dòng)力學(xué)因素外，熱帶擾動(dòng)發(fā)展的根本能量來源于海洋提供的水汽[26]，長時(shí)間的觀測統(tǒng)計(jì)表明臺(tái)風(fēng)通常生成于海表溫度高于26 ℃的海域[23]。溫暖的洋面、豐富的水汽使得對流層下層存在較強(qiáng)的位勢不穩(wěn)定，從而激發(fā)擾動(dòng)內(nèi)部的對流形成臺(tái)風(fēng)的暖心結(jié)構(gòu)。2019年赤道中東太平洋發(fā)生了一次厄爾尼諾事件，事件在2020 年春季開始減弱并于8 月逐漸轉(zhuǎn)向了負(fù)位相（圖略）。赤道太平洋海表溫度呈現(xiàn)出西正東負(fù)的特征，西北太平洋和南海海表溫度均達(dá)到26 ℃以上（圖略），為臺(tái)風(fēng)的生成提供了溫暖的下墊面。適宜的下墊面有利于上升氣流的形成和維持，而其能否發(fā)展成為臺(tái)風(fēng)取決于低層大氣的位勢不穩(wěn)定層結(jié)。分析2020年7月對流層相對濕度發(fā)現(xiàn)，西北太平洋和南海海域相對濕度均低于45%（圖14），與常年同期相比菲律賓以東洋面表現(xiàn)為顯著的負(fù)異常。濕度的變化主要是受到副高和西南季風(fēng)的影響，副高的異?；顒?dòng)不僅阻斷了西南季風(fēng)對菲律賓以東洋面和南海海域水汽的輸送作用，其主體下沉氣流的增溫作用使得該區(qū)域的相對濕度減小。同時(shí)，由于極渦主體偏向西半球，影響東半球的冷空氣勢力較弱，南海和菲律賓以東洋面的低層氣溫均高于12 ℃（圖15），較常年同期偏高，因此高溫低濕的環(huán)境條件不利于位勢不穩(wěn)定的形成，從而抑制了熱帶擾動(dòng)的發(fā)展，不利于臺(tái)風(fēng)的生成和發(fā)展。

圖14 700 hPa相對濕度 a. 2020年7月；b. 7月氣候態(tài)；c. 2020年7月距平。 單位：%。

圖15 700 hPa氣溫 a. 2020年7月；b. 7月氣候態(tài)；c. 2020年7月距平。 單位：℃。

5 總結(jié)與討論

使用NCEP 再分析數(shù)據(jù)集和相關(guān)觀測資料，利用臺(tái)風(fēng)潛在生成指數(shù)（Dynamic Genesis Potential index，DGPI）分析發(fā)現(xiàn)2020 年7 月大尺度環(huán)境條件不利于臺(tái)風(fēng)生成。因此，從影響臺(tái)風(fēng)活躍期的相關(guān)環(huán)流背景出發(fā)，探討了2020 年7 月西北太平洋和南海無臺(tái)風(fēng)生成的環(huán)流特征及動(dòng)力和熱力條件。

（1）2020 年7 月西北太平洋和南海地區(qū)無臺(tái)風(fēng)生成，創(chuàng)造了氣象歷史的記錄。分析發(fā)現(xiàn)7月南半球馬斯克林高壓明顯偏弱，導(dǎo)致索馬里急流偏弱，越赤道氣流偏西，其東界位于中南半島以西地區(qū)，月內(nèi)菲律賓以東洋面和南海海域主要以偏東氣流為主，導(dǎo)致季風(fēng)槽無法建立，不利于熱帶擾動(dòng)的生成。

（2）7 月，副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)且位置偏西，副高的異常變化一方面影響了季風(fēng)槽的建立，另一方面導(dǎo)致對流層中層下沉活動(dòng)增強(qiáng)，抑制了熱帶擾動(dòng)的形成和發(fā)展。副熱帶高壓的異?；顒?dòng)主要是受到極渦主體偏西且南亞高壓偏強(qiáng)偏東的共同影響，上述環(huán)流系統(tǒng)間接的影響了季風(fēng)槽活動(dòng)。

（3）月內(nèi)菲律賓呂宋島以東洋面和南海中北部海域垂直風(fēng)切變均高于8 m/s，尤其是南海中北部海域垂直風(fēng)切變達(dá)到14 m/s 以上，過大的環(huán)境垂直風(fēng)切變不利于熱帶擾動(dòng)發(fā)展成為臺(tái)風(fēng)。

（4）2020 年下半年，赤道太平洋海溫呈現(xiàn)出西高東低的特征，西北太平洋和南海海表溫度均高于26 ℃，然而由于副高偏強(qiáng)且位置偏西，不利于形成高溫、高濕的環(huán)境條件，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，不利的熱力條件抑制了熱帶對流的發(fā)展。

針對2020 年7 月西北太平洋和南海海域無臺(tái)風(fēng)生成的異?，F(xiàn)象進(jìn)行了大尺度環(huán)流背景分析，發(fā)現(xiàn)季風(fēng)槽的異?；顒?dòng)對此次“空臺(tái)”發(fā)生具有重要貢獻(xiàn)。陳聯(lián)壽等[1]指出季風(fēng)槽、東風(fēng)波、高空冷渦在對流層誘發(fā)的低壓和斜壓擾動(dòng)是熱帶氣旋前期擾動(dòng)的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80%的臺(tái)風(fēng)是由季風(fēng)槽內(nèi)的熱帶擾動(dòng)加強(qiáng)而成[7,27]，由東風(fēng)波和熱帶對流層上部槽生成的臺(tái)風(fēng)不多，因此，本文從月尺度上討論臺(tái)風(fēng)生成的異常情況時(shí)，主要關(guān)注了季風(fēng)槽的影響。此外，有研究指出ENSO 事件與臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)具有滯后關(guān)系，表現(xiàn)為ENSO 冷事件當(dāng)年9 月至次年8 月是臺(tái)風(fēng)生成活躍的時(shí)段[28]。另外，MJO 的位相也與西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)密切相關(guān)，當(dāng)MJO 處于1～4 位相時(shí)，臺(tái)風(fēng)發(fā)展受到抑制，5、6 位相則有利于臺(tái)風(fēng)生成和發(fā)展[29-30]，2020 年7 月MJO 處于1～3 位相，MJO 相關(guān)的對流活動(dòng)主要位于印度洋，西北太平洋對流不活躍，也影響了熱帶擾動(dòng)生成。本文并未考察年際變化以及季節(jié)內(nèi)尺度變化（如ENSO 事件、MJO活動(dòng)）對7 月“空臺(tái)”的影響，相關(guān)研究有待進(jìn)一步開展。本文分析了2020 年7 月“空臺(tái)”的環(huán)流背景特征，尤其關(guān)注了季風(fēng)槽的影響，但該特征能否解釋“空臺(tái)”的具體成因還需要進(jìn)一步探討。由于“空臺(tái)”現(xiàn)象的極端性，沒有足夠的資料分析其所涉及的環(huán)流背景從而得出共性的結(jié)論，因此未來需要進(jìn)一步采用數(shù)值模擬的手段分析“空臺(tái)”的具體成因。此外，對于可能對“空臺(tái)”具有重要貢獻(xiàn)的環(huán)流系統(tǒng)及其日變化的作用也需要更深入的研究。