影響海南島的熱帶氣旋強度和路徑的主要特征（1949—2020年）

吳佳妮，樊 晶，李 勛，邢彩盈

（1.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203; 2.海南省氣象臺，海口 570203;3.63796 部隊，海口 571126; 4.海南省氣候中心，海口 570203）

熱帶氣旋（簡稱TC）是強烈的大氣低壓渦旋系統(tǒng)，給所經(jīng)海域及陸地帶來大范圍大風、暴雨和狂浪等現(xiàn)象[1]，可導致我國城市低矮建筑損壞[2]、園林樹木倒伏[3]、橡膠種植損壞[4-5]等各類經(jīng)濟活動和人員財產(chǎn)損失。認識掌握影響和登陸我國TC路徑分布及強度頻數(shù)等規(guī)律，對于預測TC災害損失及開展防臺減災工作具有重要現(xiàn)實意義。西北太平洋（包括中國南海）是全球TC年生成頻數(shù)最多的海域，約占全球總數(shù)的1/3[6]，平均每年約生成30個TC，其中約9個登陸我國[7-8]，主要集中于7—9月登陸，其中8月數(shù)量最多[9]。我國沿海各省份均有TC登陸，臺灣東部沿海, 福建至雷州半島沿海以及海南東部沿海是TC登陸最頻繁的地區(qū)[10]，TC登陸以后向北移動最遠可達黑龍江省北部，向西可至云南省東部附近[11]。我國幅員遼闊，影響和登陸我國TC因地理位置差異而呈現(xiàn)不同的統(tǒng)計特征。TC登陸后維持時長平均31 h，其中登陸廣西的維持時間最短，為16 h，但從廣西向北至浙江一帶，TC登陸后的維持時間逐漸增加，浙江的TC陸上維持時間可達53 h[11]。當TC接近華東近海北上移動時，強度為強臺風、超強臺風的TC逐漸減弱，而強度較弱的TC如強熱帶風暴及熱帶風暴強度或維持或略有加強[12]。當TC影響華東以北如山東地區(qū)時則多處于強度衰減期[13]。相對于夏季，秋季TC達到強臺風或超強臺風的比例相對更高，登陸我國廣東、海南和臺灣省的比例相對也較高[14]。當TC穿過我國臺灣省或經(jīng)過臺灣北部海面在我國東南沿海地區(qū)登陸，以及在華南沿海登陸或在近海活動時，常造成我國出現(xiàn)極端降水[15]。受TC盛行路徑影響，登陸中國TC頻數(shù)呈減少趨勢[16-17]，但是登陸我國華南區(qū)域的TC頻數(shù)有不顯著的增加趨勢[18]。

海南省是受TC影響最頻繁、最嚴重的省份之一[19]，登陸海南的TC頻數(shù)僅次于廣東[8,20]，TC近海生成后在短時間內(nèi)即可能登陸[21]，登陸時TC強度大小是影響災情的重要因素[22]。因此，有必要針對影響及登陸海南島的TC頻數(shù)、強度和路徑特征進行長時間序列的統(tǒng)計分析，以期探索影響登陸海南島TC的基本規(guī)律，為TC防災減災工作的開展及熱帶高效農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供統(tǒng)計依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 TC 資料來自中國氣象局上海臺風研究所的“CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集”[23-24]，該數(shù)據(jù)集包含了 1949 年以來年西北太平洋（包含南海，赤道以北，東經(jīng)180°以西）海域的逐6 h間隔TC中心位置和強度信息。此外，本研究還參考了海南省氣象部門歷年汛期服務和技術(shù)總結(jié)。

1.2 處理方法 為了更詳盡地描繪TC移動及對海南島的影響，采用文獻[9]中的方法，基于“CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集”的逐6 h間隔TC中心位置等數(shù)據(jù)，以1 h為統(tǒng)計時長，用線性內(nèi)插的方法對臨近中心位置等信息進行時空維度加密，TC空間分布頻數(shù)根據(jù)0.1°空間分辨率進行統(tǒng)計，當TC出現(xiàn)2次登陸情況時,只記錄第1次登陸時的位置和強度信息。根據(jù)海南省氣候業(yè)務規(guī)定，當 TC 中心移入 15°～23°N、106°～114°E區(qū)域或在此區(qū)域生成時，統(tǒng)計為對海南島有影響的 TC[25-26]。根據(jù)中國氣象局發(fā)布的國家標準《熱帶氣旋等級》，依照TC底層中心附近最大平均風速，將TC強度等級依次劃分為熱帶低壓（TD）、熱帶風暴（TS）、強熱帶風暴（STS）、臺風（TY）、強臺風（STY）和超強臺風（SuperTY）6個等級[1,27]，由此進行不同強度等級TC頻數(shù)歸類統(tǒng)計。臺風是廣義上表達西北太平洋和南海的TC中心持續(xù)風速達到17.2 m·s-1及以上的TC慣用稱呼[28]。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響和登陸海南島熱帶氣旋的頻數(shù)變化 1949—2020年，共有531個TC影響海南島（圖1），平均每年約7.38個TC。其中，1971年影響頻數(shù)最多，有 15個（3個 TD、3個 STS、5個 TY、2個STY、2個 SuperTY），其次為 1973年，有 13個（2個 TD、5個 STS、5個 TY、1個 SuperTY）。2004年是1949年以來首個無TC影響海南島的年份，是唯一的“空臺”年。共有142個TC登陸海南島（圖2），平均每年約 1.97個 TC。其中，1971年為年登陸頻數(shù)最多的年份（共6個TC登陸海南島，分別為2個TS、3個STS、1個TY），與年影響頻數(shù)最多年份一致。登陸海南島的TC頻數(shù)以TY和TD強度等級居多，分別有38個和37個，占登陸TC總數(shù)的26.76%和26.06%（表1）。只有3個STY和2個SuperTY強度的TC登陸海南島，占登陸TC總數(shù)的2.11%和1.41%。2個SuperTY分別是1973年9月登陸的7314號臺風“瑪琪”和2014年7月登陸的1409號臺風“威馬遜”。進入21世紀以來，共有3個STY以上強度的TC登陸海南島，而2000年以前只有2例。共有 7年無 TC登陸海南島，分別是 1959、1969、1982、1997、1999、2004和2012年。

圖1 影響海南島的不同強度等級熱帶氣旋逐年頻數(shù)（1949—2020年）

圖2 登陸海南島的不同強度等級熱帶氣旋逐年頻數(shù)（1949—2020年）

表1 不同強度等級熱帶氣旋登陸海南島頻數(shù)（1949—2020）

按年代統(tǒng)計影響和登陸海南島的TC數(shù)量，由圖3-a可見，1990年以前，影響海南島的TC數(shù)量每 10 a可達 80～90個，1991年以后，每 10 a的TC數(shù)量為60個左右，結(jié)果表明，影響海南島的TC數(shù)量下降趨勢明顯，平均每10 a下降4.857個，通過了信度0.05的顯著性檢驗。而登陸海南島的TC數(shù)量下降趨勢不明顯，每10 a的登陸TC數(shù)量為20個左右，未通過信度0.05的顯著性檢驗。進一步分析影響海南島的TC數(shù)量下降趨勢主要由哪些強度等級的TC造成。結(jié)果表明，TD及TY強度以上類別的TC下降趨勢最為明顯（圖3-b），而影響海南島的TS數(shù)量呈明顯上升趨勢，平均每10 a 上升 1.642 9 個。

圖3 影響和登陸海南島的熱帶氣旋總頻數(shù)年代際變化（a）及影響海南島不同強度等級熱帶氣旋頻數(shù)年代際變化（b）

登陸海南島的TC頻數(shù)月際分布如圖4所示。登陸TC最早發(fā)生在 4月(2008-4-18，0801號臺風“浣熊”在文昌市龍樓鎮(zhèn)登陸)，最晚是11月 (1950-11-23，5040號臺風“Delilah”在萬寧市登陸)。每年1—3月和12月尚無 TC登陸，6—10月是TC登陸頻發(fā)期，占全年登陸總個數(shù)的90.14%, 其中 7—9月尤為集中, 9月達到峰值，多達36個。另外，STY和SuperTY在7月和9月登陸海南島，TD在4—11月均有個例登陸。

圖4 登陸海南島的熱帶氣旋逐月頻數(shù)（1949—2020 年）

2.2 影響海南島熱帶氣旋的路徑和強度等級的空間分布 圖5為影響海南島TC路徑分布頻數(shù)圖。影響及登陸海南島TC主要途經(jīng)17°～19°N、110°～112°E的矩形區(qū)域接近海南島東南部，穿過海南島南半部以后進入北部灣海面。此外，海南島東北角、瓊州海峽和雷州半島一帶也有TC路徑分布高頻區(qū)，表明部分TC在海南文昌市一帶登陸并西北行進入瓊州海峽。

影響海南島不同強度等級的TC地理分布頻數(shù)如圖6所示。TD、TS和STS強度等級的TC地理分布較為相似，高頻區(qū)位于海南島東南部至西沙群島，以及北部灣一帶海面（圖6-a、b、c），與影響TC路徑分布頻數(shù)（圖5）相似，說明這 3類TC通常以西北行路徑登陸海南島東南部并穿越，隨后進入北部灣TY強度等級的的TC主要分布于南海北部和海南島南部（圖6-d）。STY和SuperTY等級的TC主要活動于海南島東部海面至海南島東北部陸地（圖6-e、f），如7314號臺風“瑪琪”和1409號臺風“威馬遜”以SuperTY強度登陸海南島東北半部，登陸時中心附近最大風力17級。

圖5 影響海南島的熱帶氣旋路徑頻數(shù)空間分布（1949—2020年）

圖6 影響和登陸海南島的不同等級熱帶氣旋空間分布（1949—2020年）a.熱帶低壓；b.熱帶風暴；c.強熱帶風暴；d.臺風；e.強臺風；f.超強臺風。

2.3 登陸海南島熱帶氣旋歷時和強度等級變化 不同強度等級TC登陸海南島以后，穿越島嶼所經(jīng)歷的時間有所區(qū)別。圖7為登陸強度等級的TC穿越海南島歷時分布圖，結(jié)果表明，較弱的TC，如TD和TS強度的平均歷時最長，分別為13.1、13.5 h，STS、TY和 STY以上強度的 TC登陸歷時明顯減少，平均歷時分別為8.9、7.4、9.7 h，總體平均歷時10.8 h。其中，2010-10-07凌晨于海南島東方市登陸的一次熱帶低壓在海南島上逗留時間最長（歷時達 72 h），2010-10-10 凌晨從海南島東北部重新入海，引發(fā)海南島大范圍持續(xù)性強降水[29]。其次是以TD等級2次登陸海南島的7619號臺風“艾利斯”和0114號臺風“菲特”，前后歷時59 h。其中“菲特”為1949年以來影響海南島時間最長的南海土臺風，2001-08-27在南海生成后即開始影響海南島，2001-08-29 17:00 登陸海南省文昌市，向西北方向移動進入北部灣，2001-08-31 11:00登陸廣西北海，而后向東移動穿越雷州半島，再向南折，繞海南島迴旋運動，2001-09-10 05:00 再次登陸海南省三亞市，隨后緩慢減弱消亡，2001-09-12結(jié)束，影響時間長達16 d。7705號、8415號、8934號、9033號、9612號和0016號等臺風在海南島僅駐留了1～3 h。

圖7 登陸海南島熱帶氣旋歷時分布（1949—2020 年）

TC登陸后重新入海以前時次與登陸時次的強度等級差值見表2。結(jié)果表明，TC登陸時強度越弱（強），越有可能在穿越海南島時強度維持（衰減）。TC在穿越海南島出現(xiàn)強度等級衰減時，TD級別的比率為23%，而TY強度和STY強度的比率為47%和89%，其中，部分TC的強度等級衰減速率較大，如6024號、6313號、7017號、7129號和0320號臺風，登陸前后強度變化值達到15 m·s-1。該結(jié)果與影響TC強度等級分布（圖6）一致，說明登陸海南島時強度較弱的TC易于穿越海南島進入北部灣海面。

表2 熱帶氣旋登陸海南島后的強度等級變化比率（1949—2020年）

2.4 影響海南島熱帶氣旋的生成源地 圖8-a 為影響海南島TC的生成源地總體分布頻數(shù)圖。結(jié)果表明，源地主要集中在2個海區(qū)：一是南海東北部海面，高發(fā)中心位于 14°～20°N、112°～119°E區(qū)域之間；二是菲律賓以東至加羅林群島之間洋面，高發(fā)中心位于 10°～14°N、127°～132°E 區(qū)域之間。

圖8 影響海南島熱帶氣旋生成源地總體分布頻數(shù)和總體空間分布（1949—2020）

對TC影響海南島期間所達到的最大強度等級進行類別劃分，分別統(tǒng)計不同類別TC的生成源地空間分布。結(jié)果表明，影響海南期間強度越弱（強）的TC，其生成源地分布越接近（遠離）海南島陸地。其中，影響海南的TD和TS強度等級TC主要源于海南島東部至西沙群島之間海域（圖8-b、c），較強的TC往往源自西北太平洋（圖8-d、e）。

3 討 論

已有研究結(jié)果顯示，我國登陸TC頻數(shù)總體呈下降趨勢[9]，影響海南島TC的數(shù)量也在減少[30]，本研究結(jié)果表明，影響海南島的TC數(shù)量有明顯下降趨勢，平均每 10 a下降 4.857個，其中 TD及TY強度以上類別的TC下降趨勢最明顯，而影響海南島的TS數(shù)量則呈明顯上升趨勢。

登陸海南島TC數(shù)量下降趨勢不顯著，其原因可能是呈2 a振蕩周期的西北太平洋西部熱力狀態(tài)影響了登陸我國的TC生成源地分布，進而影響了TC登陸我國的時空分布；相對而言，南海海表溫度通常較高，未呈現(xiàn)明顯的時空分布變化，使得登陸海南島TC生成源地分布變化不明顯，因此導致登陸海南島TC數(shù)量下降趨勢不顯著[9,21,31]。6—10月是TC登陸海南島的頻發(fā)期，9月達到峰值，多達36個TC，而我國登陸TC頻數(shù)的峰值月份是8月[9]。上述結(jié)果表明，影響和登陸我國TC存在區(qū)域化特征和規(guī)律。盡管影響海南島的TY強度以上類別TC數(shù)量下降趨勢明顯，但進入21世紀以來，共有3個STY以上強度的TC登陸海南島，而2000年以前只有2例，該結(jié)果與已有研究結(jié)果指出的登陸我國的高強度TC數(shù)量呈增加趨勢一致[9,32]。

TC登陸海南島后重新入海，總體平均歷時10.8 h，明顯少于廣西和廣東省的TC陸上維持時間（16 h 和 26 h），該結(jié)果可能與海南島陸地面積較小且四周環(huán)海有關(guān)。與TC登陸我國時越強、衰減得越明顯的結(jié)論一致[11]，TC登陸海南島時強度越弱（強），越有可能在穿越海南島時強度維持（衰減）。因此，強度較弱的TC常以西北行路徑穿越海南島進入北部灣海面。

影響海南的強度較強TC往往源自西北太平洋，說明廣闊的海洋熱力作用對于TC發(fā)展至關(guān)重要[33]。強度較弱的TC主要源于海南島東部至西沙群島之間海域，南海“土臺風”生成源地距離陸地較近，較短的生命史不利于其自身強度發(fā)展。

4 結(jié) 論

（1）影響海南島TC的數(shù)量下降趨勢明顯，平均每10 a下降4.857個，其中TD及TY強度以上類別的TC下降趨勢最為明顯，影響海南島的TS數(shù)量則呈明顯上升趨勢，登陸海南島TC數(shù)量下降趨勢不顯著。

（2）6—10月是TC登陸海南島的頻發(fā)期，占全年登陸總個數(shù)的 90.14%, 其中 7—9月尤為集中, 9月達到峰值，多達36個TC。

（3）影響及登陸海南島TC主要途經(jīng)17°～19°N、110°～112°E 的矩形區(qū)域接近海南島東南部。另一高頻區(qū)位于海南東北部與瓊州海峽。TD、TS和STS強度等級的TC主要活動于海南島東南部至西沙群島一帶海面，TY以上強度的TC主要分布于海南島東部至南海北部一帶海面。

（4）TC登陸海南島后重新入海，總體平均歷時10.8 h。其中，強度較弱的TC，如TD和TS平均歷時最長，可達13 h以上，而STS強度以上的TC平均歷時為8～9 h。TC登陸海南島時強度越弱（強），越有可能在穿越海南島時強度維持（衰減）。

（5）影響海南島的較弱強度TC生成源地主要集中在南海東北部海面，較強TC主要源自菲律賓以東至加羅林群島之間的洋面。