東北太平洋和北大西洋熱帶云團(tuán)發(fā)展率特征的對比

王懿彬，彭旭鋼，翁錦文，吳敏敏，王 磊,2#

1.廣東海洋大學(xué) 海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江 524088；2.廣東海洋大學(xué) 近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警實(shí)驗(yàn)室，廣東湛江 524088

熱帶云團(tuán)（Tropical Cloud Cluster，TCC）和熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）是熱帶地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)[1-2]，其引起的大風(fēng)和暴雨可以造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，從而對熱帶地區(qū)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生重要的影響。TCC可以看作是TC的初始胚胎狀態(tài)，TCC在環(huán)境條件有利的情況下可以得到進(jìn)一步發(fā)展而形成TC。TCC的發(fā)展率可以用來定量地表征能夠發(fā)展為TC的TCC所占的比例。通過考察TCC的發(fā)展率的變異特征和規(guī)律，有助于更進(jìn)一步理解和認(rèn)識(shí)TCC發(fā)展和TC生成的活動(dòng)規(guī)律，有助于提高對TCC和TC所引起的極端天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

以往的相關(guān)研究多針對西北太平洋海域的TCC變異進(jìn)行探討[3-7]。東北太平洋和北大西洋是西半球TCC和TC活動(dòng)活躍的海域。研究揭示，北大西洋和東北太平洋TC生成數(shù)量和平均生成緯度可以呈現(xiàn)出反位相關(guān)系[8-9]。對東北太平洋和北大西洋的TCC及其發(fā)展率的變異研究在以往的研究中還較少涉及，特別地，東北太平洋和北大西洋這2個(gè)海域的TCC發(fā)展率變異之間是否也存在一定的聯(lián)系，這是有待進(jìn)一步解決和探討的問題。本研究對東北太平洋和北大西洋的TCC發(fā)展率的變異特征進(jìn)行了對比分析。

1 數(shù)據(jù)和方法

本 研 究 使 用 的 數(shù) 據(jù) 包 括：（1）1982—2018年 全 球TCC數(shù) 據(jù) 集；（2）使用的全球TC數(shù)據(jù)來自International Best Track Archive for Climate Stewardship（IBTrACS）v04r00版本數(shù)據(jù)集[10]；（3）使用的全球月平均SST數(shù)據(jù)來自NOAA Extended Reconstructed SST (ERSST) V3月平均再分析數(shù)據(jù)集[11]，其空間分辨率為2.0°×2.0°。

參照Hennon等（2013）[2]的定義方法，TCC的發(fā)展率（Genesis Productivity，GP）用TC數(shù)量與TCC數(shù)量的比率來計(jì)算，其具體定義公式為：

其中，TC（IBTrACS）表示全球熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集IBTrACS中TC的生成數(shù)量，TCC（total）表示TCC的總數(shù)量。TCC的發(fā)展率可以用來定量表征能夠發(fā)展成為TC的TCC數(shù)量占TCC總數(shù)量的百分比，即一定時(shí)間內(nèi)發(fā)展成TC的TCC數(shù)量與TCC總數(shù)量之比。時(shí)間序列的長期變化趨勢的顯著性用Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)來進(jìn)行判別，相關(guān)系數(shù)的顯著性用t檢驗(yàn)來進(jìn)行判別。

2 結(jié)果與分析

首先考察東北太平洋和北大西洋TCC發(fā)展率的季節(jié)變化特征（圖1）。東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化。總體來看，2個(gè)海域的TCC和TC數(shù)量以及TCC發(fā)展率的峰值都主要集中在6—10月。東北太平洋的TCC發(fā)展率在7月達(dá)到最大值（13.22%），北大西洋的TCC發(fā)展率在9月份達(dá)到最大值（16.09%）。北大西洋TCC發(fā)展率的最高值月份的數(shù)值（16.09%）略高于東北太平洋海域TCC發(fā)展率最高值月份的數(shù)值（13.22%）。東北太平洋海域在2月和4月的TCC發(fā)展率最小，2月和4月由于沒有TC生成，所以對應(yīng)的TCC發(fā)展率為零。北大西洋海域的TCC發(fā)展率在2月和3月最小（對應(yīng)的TCC發(fā)展率數(shù)值為零）。

圖1 東北太平洋（a）和北大西洋（b）的TCC平均數(shù)量（藍(lán)柱）、TC平均數(shù)量（紅柱）和TCC發(fā)展率（黑線）的季節(jié)變化。

根據(jù)上面的分析結(jié)果，挑選出盛期月份（6—10月）進(jìn)行考察，對這2個(gè)海域在1982—2018年期間的TCC發(fā)展率時(shí)間序列的長期變化趨勢進(jìn)行分析（圖2）。東北太平洋TCC發(fā)展率的時(shí)間序列呈顯著的減小趨勢（圖2a），變化趨勢值為-1.31%/10年。東北太平洋的TC數(shù)量的時(shí)間序列呈不顯著的減小趨勢（圖2b），而TCC數(shù)量的時(shí)間序列呈顯著的增加趨勢（圖2c）。相對比的，北大西洋TCC發(fā)展率的時(shí)間序列呈不顯著的減小趨勢（圖2d），TC數(shù)量的時(shí)間序列呈現(xiàn)出不顯著的增加趨勢（圖2e），TCC數(shù)量的時(shí)間序列呈顯著的增加趨勢（圖2f），變化趨勢值為8.9個(gè)/10年。

圖2 1982—2018年東北太平洋和北大西洋6—10月TCC發(fā)展率（a、d）、TC數(shù)量（b、e）和TCC數(shù)量（c、f）的時(shí)間序列（黑線）和長期變化趨勢

接下來對1982—2018年盛期（6—10月）時(shí)間序列進(jìn)行去除長期趨勢變化和9年高通濾波處理提取年際變化信號(hào)，利用11年滑動(dòng)相關(guān)探究分析這2個(gè)海域的TC數(shù)量、TCC數(shù)量和TCC發(fā)展率之間可能存在的相關(guān)關(guān)系（圖3）。東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率時(shí)間序列之間的相關(guān)系數(shù)是不顯著的，表明2個(gè)海域TCC發(fā)展率年際變化之間的聯(lián)系相對較弱。兩海域之間的TC數(shù)量在1990s年代附近存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表示當(dāng)一個(gè)海域TC生成數(shù)量增多時(shí)，另一個(gè)海域TC的生成數(shù)量則會(huì)出現(xiàn)減少。這種TC生成數(shù)量之間的反相位關(guān)系在2000年以后發(fā)生減弱并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著。同時(shí)，兩海域之間的TCC數(shù)量也呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系不斷增強(qiáng)的趨勢，到2010年之后兩者之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系可以通過95%的顯著性檢驗(yàn)。

圖3 1982—2018年6—10月東北太平洋和北大西洋之間的TCC發(fā)展率（黑線）、TC數(shù)量（藍(lán)線）和TCC數(shù)量（綠線）年際變化時(shí)間序列的11年滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)

進(jìn)一步考察影響東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率變異的熱帶大洋海表面溫度異常的分布特征（圖4）。與TCC和TC數(shù)量相比較，2個(gè)海域的TCC發(fā)展率與熱帶大洋海表面溫度異常的相關(guān)系數(shù)相對較弱（圖4c、f）。然而，2個(gè)海域的TCC和TC數(shù)量可以存與熱帶中東太平洋和熱帶大西洋海溫異常之間的顯著相關(guān)關(guān)系（圖4a、b、d、e）。影響東北太平洋和北大西洋海域TCC和TC生成數(shù)量變異的熱帶海溫異常信號(hào)的分布區(qū)域相似并且符號(hào)相反，這可以造成這2個(gè)海域的TCC數(shù)量以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。

圖4 1982—2018年6—10月東北太平洋和北大西洋TCC數(shù)量（a、d）、TC數(shù)量（b、e）、TCC發(fā)展率（c、f）與空間各格點(diǎn)海表面溫度之間相關(guān)系數(shù)的空間分布

這些結(jié)果表明，與El Ni?o-Southern Oscillation（ENSO）有關(guān)的熱帶中東太平洋和熱帶大西洋海溫異常的影響可能會(huì)引起東北太平洋和北大西洋海域的TCC以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。熱帶太平洋和熱帶大西洋的海溫異常可以通過調(diào)控大氣環(huán)流異常（例如垂直風(fēng)切變），從而引起2個(gè)海域TCC和TC生成數(shù)量的變化。

3 結(jié)論

利用1982—2018年的TCC和TC數(shù)據(jù)，對東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率在季節(jié)變化、年際變化和長期變化趨勢方面的變異特征進(jìn)行了對比，得出以下結(jié)論：

（1）在季節(jié)變化方面，東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。東北太平洋的TCC發(fā)展率在7月達(dá)到最大值（13.22%），北大西洋的TCC發(fā)展率在9月達(dá)到最大值（16.09%）。

（2）在年際變化方面，與ENSO有關(guān)的熱帶太平洋和熱帶大西洋海表面溫度異常的影響可能會(huì)引起東北太平洋和北大西洋海域的TCC數(shù)量以及TC數(shù)量的反位相關(guān)系。然而，東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展率時(shí)間序列的相關(guān)關(guān)系并不顯著。

（3）在長期變化趨勢方面，東北太平洋的TCC數(shù)量在6—10月份呈顯著的增加趨勢，TC數(shù)量呈不顯著的減少趨勢，TCC發(fā)展率呈顯著的減少趨勢；北大西洋的TCC數(shù)量在6—10月份呈顯著的增加趨勢，TC數(shù)量呈不顯著的增加趨勢，TCC發(fā)展率呈不顯著的減少趨勢。

通過以上對東北太平洋和北大西洋海域TCC的發(fā)展率的變異特征和規(guī)律的對比分析，得到的研究結(jié)果有助于更進(jìn)一步理解和認(rèn)識(shí)東北太平洋和北大西洋海域TCC發(fā)展和TC生成的活動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而有助于提高對TCC和TC所引起的極端天氣災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。