全球变暖背景下西北太平洋热带气旋生成位置及路径变化

李丹，张红，陈澍

（1.山东省气象服务中心，山东济南 250031；2.山东省气象信息中心，山东济南 250031）

西北太平洋平均每年生成的热带气旋的数量较多，对人类造成的影响也较大［1］。伴随着热带气旋生成位置及路径的不同，其影响到的区域也不同，因此任何可能的热带气旋生成位置及路径的变化无论对政府还是公众都是十分重要的［2］。随着全球气候变暖，气候极端事件呈上升趋势［3］，因此研究全球变暖背景下西北太平洋热带气旋生成位置及路径的变化具有十分重要的意义。

就目前的研究结果来看，有学者提出由于西太平洋暖池及南海SOTA偏暖，导致西北太平洋副热带高压偏南，引导气流有利台风往偏西移动［4］。李阳斌等［5］提出受副高变化影响，热带气旋西北行路径增多；李力等［6］利用中尺度大气数值模式MM5设计了两组模拟实验，指出在全球变暖的背景下，西风气流的增强导致未来的热带气旋的路径整体上比现在偏东，并且在转向时时间也更早，其变化与未来西太平洋副高强度增强、脊线向南移动有关。

全球变暖会导致环境场的变量发生改变［7］，而环境场发生变化会对热带气旋的活动产生极大的影响［8］。最近的气候模式研究表明，大尺度环流的变化导致东北转向路径增多［9］。此外，李力等［6］指出热带气旋的活动特征还与垂直风切变、相对涡度等环境场的变化密切相关，而相对湿度对热带气旋的影响不是十分明显。考虑到在不同的季节热带气旋的活动特征有所差别，以及在不同的季节对热带气旋活动特征的变化具有影响的环境场不同，故本研究对季节划分也略有不同，除了进行全年的研究外，对前季（4—6月）、盛季（7—9月）和后季（10—12月）也进行了相应的研究和讨论。由于1—3月热带气旋数量较少，因此在本研究不进行相应的分析。

1 资料介绍

本研究所使用资料有JTWC 6 h热带气旋Best track资料；Hadley中心的月平均海表面温度（SST）资料，空间分辨率为1°×1°；NCEP的月平均200、500、850 hPa风场，700 hPa相对湿度场及500 hPa位势高度场等再分析资料，空间分辨率均为1.5°×1.5°；使用的时间段均为1979年1月至2013年12月。本研究所讨论的热带气旋指的是风速≥17.2 m／s，即达到热带风暴强度的热带气旋。研究方法为利用过去几十年的观测数据进行统计分析，来推测气候变化对热带气旋所产生的影响。

2 频数分布

由图1可以看出，3个季节受热带气旋影响的区域大致相同，但盛季的频数依次多于后季和前季；盛季频数较大的区域与其他季节相比偏北（与全年的频数分布大致相同）且相对集中，而后季频数较大的区域略微偏东偏南，位于菲律宾群岛以西，呈带状分布。

图1 1979—2013年西北太平洋热带气旋频数的分布（单位：个）

3 生成位置的变化

热带气旋的生成位置即风速首次达到17.2 m／s时的位置。热带气旋的年平均生成位置集中在15°N—20°N，132°E—141°E，平均位置为16.7°N、135.5°E（图2a）。由图2b-d可知，前季的年平均生成位置较为分散，仅在菲律宾群岛东侧较为集中，平均生成位置为13.0°N，132.1°E；盛季的年平均生成位置较为集中，平均生成位置为19.3°N，135.5°E；后季的年平均生成位置向南移动，空间分布较为分散，平均生成位置为14.4°N，136.0°E。通过比较可以发现，盛季的年平均生成位置更加集中且偏北，前季则更加偏南，后季则更加偏东。

进一步将其生成的经度和纬度分开来进行研究。首先得到平均生成经度随时间的变化及其线性趋势。经计算，前季、盛季和后季的回归系数分别为-0.087 7、-0.136 6和-0.167 2，全年为-0.181 1，结果表明，后季年平均生成经度向西移动的趋势要比盛季和前季明显，分别西移了大约5.7°、4.6°和3.0°，年平均生成经度西移了大约6°。

同理可得平均生成纬度随时间的变化及其线性趋势（图略）。统计可知，前季、盛季和后季的回归系数分别为0.019 2、0.037 2和0.040 5，全年为0.049 0，结果表明，后季年平均生成纬度向北移动的趋势要比盛季和前季明显，分别北移了大约1.4°、1.3°和0.7°，年平均生成纬度北移了大约1.6°。

图2 1979—2013年西北太平洋热带气旋平均生成位置的分布

4 三种路径的变化

我国学者探讨了热带气旋的3种主要路径，分别为转向、西北行和西行路径［10］。本研究也主要对这3种主要路径进行分析。在西北太平洋中按照2°×2°划分若干个网格点，计算出每个网格点中的频数在这35年中的线性趋势，即通过建立一元线性回归方程来得到回归系数，得出热带气旋频数在不同区域的增减趋势，从而得到热带气旋转向、西北行和西行路径的变化。

由图3a可以看出，该时间段内菲律宾群岛及其东部海域热带气旋频数减少，台湾岛及其东北部海域台风频数增多，西行路径减少，西北行及转向路径增多，且西北行路径的增加趋势比转向路径明显。图3b-d表明，在前季，西北行路径有所减少，西行、转向路径有所增多；盛季与全年一致；在后季，西行路径减少，西北行及转向路径增多。

图3 1979—2013年西北太平洋热带气旋频数的线性趋势

5 环境场的变化

5.1 海表面温度（SST）

SST对与热带气旋的影响可能为海洋的热力状态对大气环流产生了影响，进而对热带气旋的生成位置和路径产生影响［11］。在过去的35年中SST在太平洋西部及南部有所上升，而从东部延伸至中部有下降趋势，这就使得低层东风增强、生成位置西移（图4a）。SST升高意味着海面蒸发旺盛，位势不稳定增强，有利于热带气旋的生成发展。40°N—50°N范围内的SST升高趋势比其他区域要大，这也导致了生成位置的北移。前季、盛季和后季（图略）SST升高区域与全年基本相同，但后季SST升高趋势最大的区域比盛季和前季更靠西，这与之前统计出的3个季节里热带气旋的生成经度西移的趋势程度相对应。

5.2 850～200 hPa垂直风切变

环境风垂直切变大小对CISK机制维持有重要作用［12］。在垂直风切变减弱的区域，有利于热带气旋的生成［13］。由图4b可以看出，南海及菲律宾群岛以北的海域在35年中垂直风切变减弱，与此相对应的是台湾附近热带气旋频数具有明显的上升趋势，这也是生成位置西移的原因之一。在前季，130°E以东的垂直风切变减弱的趋势比130°E以西减弱趋势要明显，因此垂直风切变对生成位置的改变没有起到主导作用；在盛季，垂直风切变减弱较明显的区域与其他季节相比更加靠北，这与图2c显示的盛季生成位置较其他季节偏北相对应；后季与全年结果一致。

5.3 700 hPa相对湿度

相对湿度增大，会导致该区域的位势不稳定加强，有利于热带气旋的生成和加强［14］。将图4c与图4a进行对比后可以发现，相对湿度增大的区域与SST增加的区域基本一致。在前季，菲律宾附近的相对湿度增大的趋势比周围区域略大，这很可能是导致生成纬度偏西的原因，这与之前得到的前季平均生成经度比其他季节更加偏西相一致。在盛季，菲律宾群岛相对湿度增大的较多，有利于热带气旋的生成。后季相对湿度增大的区域在北半球也是集中于菲律宾群岛以及日本南部，导致生成位置向西、向北移动。

5.4 850 hPa相对涡度

相对涡度增强有利于热带气旋的生成。5.1节指出，热带气旋的生成位置集中于15°N—20°N之间，同时热带气旋的生成纬度有向北移的趋势，而在图4d中20°N及略偏北的区域的相对涡度有明显的上升趋势，因此可以得出结论，20°N以北的相对涡度的增强也是造成热带气旋生成位置北移的原因之一。但在后季，菲律宾群岛以东的区域相对涡度趋于减弱，因此后季相对涡度对热带气旋生成位置的影响不明显。

5.5 500 hPa位势高度与风场

副高的位置和气流的流向对热带气旋的路径有较大的影响。副高的强度在30°N及以北明显增强，而在太平洋中部出现了明显减弱的区域，表明在副高北部等高线变密集，导致在中纬度地区对流层中层的西风气流增强，而热带气旋的路径受该引导气流的影响很大，导致热带气旋西北行和转向路径增多（图4e）。盛季、后季与全年一致；而在前季，副高减弱的区域比其他季节的范围更广，尤其是在西北太平洋中出现了更多的减弱的区域。

图4 1979—2013年西北太平洋热带气旋各环境场的线性趋势

为进一步研究对流层中层引导气流对西北太平洋热带气旋路径的影响，合成500 hPa风场的线性趋势。500 hPa风场在140°E以西、20°N以南的地区东南风增强，引导着热带气旋西北行路径增多，同时西行路径减少（图4f），这与图3a的结果相一致。

在前季，西北太平洋15°N附近东风增强，使得西行路径增多，同时在20°N及其北部出现西风增强，副高西南侧的东南气流减弱，有利于热带气旋发生转向，西北行路径减少；在盛季20°N以南的西风增强也使得西行路径减少；在后季20°N以南的西风增强及120°E—140°E洋面上向北气流的增强也使得西北行、转向路径增多，这些都与之前得出的结论相一致。

6 结论

1）在全球变暖的背景下，1979—2013年期间，西北太平洋热带气旋的年平均生成位置为16.7°N，135.5°E，盛季的年平均生成位置更加集中且偏北，前季则更加偏南，后季则更加偏东。

2）就整个时间段内的变化而言，无论是全年还是分季节来看，西北太平洋热带气旋生成位置均向北、向西发生了移动，35年来生成纬度约北移了1.6°，生成经度西移了约6°。后季向北及向西移动的趋势依次大于盛季和前季。

3）由于西北部海域SST升高、南海及菲律宾群岛以北海域850～200 hPa垂直风切变减弱、菲律宾群岛以及日本南部海域700 hPa相对湿度增大、菲律宾群岛以东的径向狭长海域及日本南部海域850 hPa相对涡度增大，这些都有利于生成热带气旋，因此热带气旋生成位置向西北方向移动。前季、盛季和后季生成位置变化的影响因素略有不同。

4）全年、盛季和后季西行路径减少，西北行及转向路径增多，而前季西北行路径减少，西行、转向路径增多。路径的变化与对流层中层引导气流的变化密切相关，而生成位置的北移，也使得热带气旋的路径更容易受到副高的影响，从而发生变化。