北半球海冰与登陆广东台风的特征及关系分析

徐海秋，谢维斯，张羽，梁敏妍，4

（1.广东省气象防灾技术服务中心，广东广州 510080；2.广东省气象公共服务中心，广东广州 510080；3.广东省气候中心，广东广州 510080；4.江门市气象局，广东江门 529030）

海冰消融和异常，对海气交换和大气环流有重要影响，往往通过复杂的反馈过程，对天气气候起到至关重要的作用和有重要的指示反应［1-5］。任艳群等［1］研究了北半球积雪 ／海冰面积与温度相关性差异；黄仕松等［2］、王春红等［3］研究了北极海冰对大气环流、气候影响的关系和作用；高清清等［4］探讨了冬春季北极海冰的变化特征及其与西北太平洋热带气旋活动的关系。关于广东和华南地区的台风研究也很多［6-9］，如胡娅敏等［6］研究了广东热带气旋气候变化的新特征，发现登陆或严重影响广东的TC总体呈现减少、强度增强的特点，建议完善防御机制，加强基础设施建设和提高防御意识等建议；刘春霞等［7］采用小波分析方法研究了登陆广东的 TC年际变化特征；苏玉婷等［8］开展了广西沿海地形对超强台风“威马逊”影响的数值试验研究。而北半球海冰与广东登陆台风的关系和可能存在的影响，尚未见有相关的研究发表。本研究拟在分析登陆广东台风的气候特征和北半球海冰范围特征的基础上，研究北半球海冰与登陆广东台风的关系，为台风的中长期预测提供参考，为及早做好台风灾害的防御提供决策依据。

1 资料和研究方法

海冰资料使用NOAA（美国国家海洋和大气局）国家冰雪数据中心（NSIDC）提供的1979—2017年的北半球海冰范围的距平百分率数据（2019年8月下载），其中1987年12月、1988年1月数据缺测，其它各月的数据完整、连续，在统计分析时分别对样本数作了相应的调整。台风资料使用中国气象局热带气旋资料中心提供的1979—2018年的登陆资料；登陆数据包含登陆香港、澳门（期间没有出现）进入内陆影响广东的台风，若有两次或以上登陆的、按强度最强的统计；本研究所指的台风包含热带低压（TD）、热带风暴（TS）、强热带风暴（STS）、台风（TY）、强台风（STY）、超强台风（SupterTY）。常年值为1981—2010年共30年的平均；历年是指应用数值的起止时间内的所有年。

研究方法应用数理统计和Excel中的correl函数计算相关系数，并对其进行显著性水平检验；为消除不同单位和数值差异大的影响，在计算和分析登陆台风与海冰的相关性时，登陆台风频数也转换为与常年对比的距平百分率值。

2 研究结果与分析

2.1 登陆广东台风的频次特征

统计1979—2018年登陆广东的台风，累计共有147个。期间，每年均会有台风登陆，最多的是7个（1993年）；最少只有 1个（2005、2007、2010年）；常年平均为3.5个。登陆的台风中，强度包含了从超强台风到热带低压的各个级别，其中又以强热带风暴级别最多，共有47个，常年平均1.3个；其后依次为台风、热带低压、热带风暴、强台风、超强台风。超强台风级别登陆的最少，只有2个，分别是1409号台风“威马逊”和1513号台风“彩虹”。登陆广东台风的历年次数和常年频次见表1。

表1 登陆广东台风的历年次数和常年频次

2.2 海冰的变化特征

1）月际变化。

统计1979—2017年各月历年平均的北半球海冰范围的距平百分率（表2），可以看出，1—5月为正距平，7—11月均为负距平。其中6月正距平多、负距平少，逐年分布来看有21年为正距平，占54%，有18年为负距平，占46%，值得注意的是，1994年以前均为正距平，2001年转为负距平后就一直维持该分布趋势。12月分布只有2016年出现了负距平，其它各年均为正距平。由此可见，北半球海冰范围减小趋势显著，还出现了质的变化。

从海冰范围距平百分率值可以看出，北半球海冰有明显的月际变化特征，年内成单峰型分布。3月达到一年最大范围的峰值，常年距平百分率为32.54%；然后逐月下降；9月达到一年最小范围的谷值，常年距平百分率为-44.90%；此后到次年2月转呈上升趋势。

表2 北半球海冰范围逐月的历年和常年平均的距平百分率 %

2）年代际变化。

北半球海冰范围距平百分率的年代际变化如图1所示。从图1可以明显看出，北半球海冰范围全年各月的年代际均呈逐年代减小的趋势，越往后的年代，范围面积越小。可见，在全球气候变暖的大背景下，北半球的海冰范围正在变得越来越小。

图1 北半球海冰范围距平百分率的年代际变化

2.3 北半球海冰与登陆广东台风的关系

影响广东的台风多为每年后汛期的7—9月，为取得一定的预报提前量，本研究用上一年各月和当年上半年各月的北半球海冰范围距平百分率与当年登陆广东的台风频次距平百分率进行相关分析，结果见表3。

从表3可以看出，北半球逐月海冰范围距平百分率与登陆广东的TC（含所有台风级别）为正相关。其中相关性与上一年4月最好、其次为上一年5月，依次通过显著性水平为0.2的检验；之后相关系数从高到低依次是上一年11、3、12月，当年5、4月，上一年10月，当年1、2月，均通过显著性水平0.5的检验；其它各月没有通过显著性检验。

与登陆广东的STY均为负相关，其中相关性与当年6月最好，其次为当年2月，之后从高到低依次为当年5月、上一年1月、当年1和4月，均通过显著性水平0.05的检验；当年3月，上一年2、4、3、7月也依次通过显著性水平0.1的检验；上一年12、11、8、9月依次通过显著性水平0.2的检验，其它月份均通过0.5的检验。

与登陆广东的TY负相关多、正相关少。其中与上一年4、3月为正相关，但没有通过显著性检验；其它月份均为负相关，与上一年6、7、10、9月共4个月依次通过显著性水平0.5的检验，其余各月没有通过显著性检验。

与登陆广东的STS均为正相关。其中与上一年5月的相关性最好；其次是当年2、1月份；往后依次为当年3月，上一年6、4月，当年4、6月，上一年11月，均通过显著性水平0.05的检验；其它各月也通过了0.1的检验。

与登陆广东的TS负相关多、正相关少。其中，与上一年12、11月为正相关、但没有通过显著性检验；其它均为负相关，有当年2、1、6、3、5、4月，上一年5月，均通过显著性水平0.5的检验。

与登陆广东的TD均为正相关，其中与当年5月相关性最好，通过显著性水平0.05的相关性检验；之后依次是当年4月，上一年4、5月，通过了0.1的显著性水平检验；上一年10月，当年6、2月，上一年8、7月通过显著性水平0.2的检验；其它各月则通过了0.5的显著性水平检验。

表3 北半球海冰范围距平与登陆广东台风频数距平的相关系数

以上分析表明，前期北半球海冰范围距平百分率与登陆广东的STY、STS和TD相关性高；在预报预测业务中，可取相关性高的月份构建预测模型，为登陆台风频数服务提供依据和获得预测提前量。

北半球海冰范围距平百分率与登陆TC的相关系数通过显著性水平0.2的检验；与登陆TY及TS通过0.5的检验，显著性不明显，可以作为一定的参考。

3 结论

1）1979—2018年共有147个台风登陆广东，每年均有台风登陆，最多达7个，最少是1个，常年平均登陆3.5个。登陆台风中，STS级别最多，有47个，常年平均1.3个；其后依次为31个TY、30个 TD、29个 TS、8个 STY、2个 SuperTY，常年平均分别为0.8、0.8、0.5和0.1个，超强台风常年频次＜0.1个。

2）1979—2017年北半球的海冰范围距平，1—5月均为正距平；7—11月均为负距平；其中，6月正距平占46%，负距平占54%，并从2001年转为负距平后就一直维持；12月只在2016年出现一次负距平，其他它年份均为正距平，出现了质的变化。

3）海冰距平年内月分布呈单峰型，3月达到峰值，常年距平值为32.54%，9月是谷值，常年距平值为-44.90%。海冰面积距平年代际变化呈减小趋势。

4）前期北半球海冰范围距平与登陆广东的STY、STS和TD相关性高，可作为预测依据。相关系数通过显著性水平0.05的检验且相关度排在前3位的分别是当年6、2月的北半球海冰范围距平与登陆广东的STY；上一年5月，当年2月与登陆广东的STS；当年5月与登陆广东的TD。

每年台风登陆情况是预报中的难点和重点；本研究在海冰和登陆广东台风的相关性分析中，发现了较为有意义的结果，海气作用反馈到极端天气气候事件确实有指示反应［4］，后期工作中可取相关度高且通过检验的月份构建预测模型，为台风预测和防灾提供科学依据。