影响海南岛的热带气旋强度和路径的主要特征（1949—2020年）

2022-08-01吴佳妮邢彩盈

热带生物学报 2022年4期

吴佳妮，樊晶，李勋，邢彩盈

（1.海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 570203; 2.海南省气象台，海口 570203;3.63796 部队，海口 571126; 4.海南省气候中心，海口 570203）

热带气旋（简称TC）是强烈的大气低压涡旋系统，给所经海域及陆地带来大范围大风、暴雨和狂浪等现象[1]，可导致我国城市低矮建筑损坏[2]、园林树木倒伏[3]、橡胶种植损坏[4-5]等各类经济活动和人员财产损失。认识掌握影响和登陆我国TC路径分布及强度频数等规律，对于预测TC灾害损失及开展防台减灾工作具有重要现实意义。西北太平洋（包括中国南海）是全球TC年生成频数最多的海域，约占全球总数的1/3[6]，平均每年约生成30个TC，其中约9个登陆我国[7-8]，主要集中于7—9月登陆，其中8月数量最多[9]。我国沿海各省份均有TC登陆，台湾东部沿海, 福建至雷州半岛沿海以及海南东部沿海是TC登陆最频繁的地区[10]，TC登陆以后向北移动最远可达黑龙江省北部，向西可至云南省东部附近[11]。我国幅员辽阔，影响和登陆我国TC因地理位置差异而呈现不同的统计特征。TC登陆后维持时长平均31 h，其中登陆广西的维持时间最短，为16 h，但从广西向北至浙江一带，TC登陆后的维持时间逐渐增加，浙江的TC陆上维持时间可达53 h[11]。当TC接近华东近海北上移动时，强度为强台风、超强台风的TC逐渐减弱，而强度较弱的TC如强热带风暴及热带风暴强度或维持或略有加强[12]。当TC影响华东以北如山东地区时则多处于强度衰减期[13]。相对于夏季，秋季TC达到强台风或超强台风的比例相对更高，登陆我国广东、海南和台湾省的比例相对也较高[14]。当TC穿过我国台湾省或经过台湾北部海面在我国东南沿海地区登陆，以及在华南沿海登陆或在近海活动时，常造成我国出现极端降水[15]。受TC盛行路径影响，登陆中国TC频数呈减少趋势[16-17]，但是登陆我国华南区域的TC频数有不显著的增加趋势[18]。

海南省是受TC影响最频繁、最严重的省份之一[19]，登陆海南的TC频数仅次于广东[8,20]，TC近海生成后在短时间内即可能登陆[21]，登陆时TC强度大小是影响灾情的重要因素[22]。因此，有必要针对影响及登陆海南岛的TC频数、强度和路径特征进行长时间序列的统计分析，以期探索影响登陆海南岛TC的基本规律，为TC防灾减灾工作的开展及热带高效农业高质量发展提供统计依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源 TC 资料来自中国气象局上海台风研究所的“CMA-STI热带气旋最佳路径数据集”[23-24]，该数据集包含了 1949 年以来年西北太平洋（包含南海，赤道以北，东经180°以西）海域的逐6 h间隔TC中心位置和强度信息。此外，本研究还参考了海南省气象部门历年汛期服务和技术总结。

1.2 处理方法为了更详尽地描绘TC移动及对海南岛的影响，采用文献[9]中的方法，基于“CMA-STI热带气旋最佳路径数据集”的逐6 h间隔TC中心位置等数据，以1 h为统计时长，用线性内插的方法对临近中心位置等信息进行时空维度加密，TC空间分布频数根据0.1°空间分辨率进行统计，当TC出现2次登陆情况时,只记录第1次登陆时的位置和强度信息。根据海南省气候业务规定，当 TC 中心移入 15°～23°N、106°～114°E区域或在此区域生成时，统计为对海南岛有影响的 TC[25-26]。根据中国气象局发布的国家标准《热带气旋等级》，依照TC底层中心附近最大平均风速，将TC强度等级依次划分为热带低压（TD）、热带风暴（TS）、强热带风暴（STS）、台风（TY）、强台风（STY）和超强台风（SuperTY）6个等级[1,27]，由此进行不同强度等级TC频数归类统计。台风是广义上表达西北太平洋和南海的TC中心持续风速达到17.2 m·s-1及以上的TC惯用称呼[28]。

2 结果与分析

2.1 影响和登陆海南岛热带气旋的频数变化 1949—2020年，共有531个TC影响海南岛（图1），平均每年约7.38个TC。其中，1971年影响频数最多，有 15个（3个 TD、3个 STS、5个 TY、2个STY、2个 SuperTY），其次为 1973年，有 13个（2个 TD、5个 STS、5个 TY、1个 SuperTY）。2004年是1949年以来首个无TC影响海南岛的年份，是唯一的“空台”年。共有142个TC登陆海南岛（图2），平均每年约 1.97个 TC。其中，1971年为年登陆频数最多的年份（共6个TC登陆海南岛，分别为2个TS、3个STS、1个TY），与年影响频数最多年份一致。登陆海南岛的TC频数以TY和TD强度等级居多，分别有38个和37个，占登陆TC总数的26.76%和26.06%（表1）。只有3个STY和2个SuperTY强度的TC登陆海南岛，占登陆TC总数的2.11%和1.41%。2个SuperTY分别是1973年9月登陆的7314号台风“玛琪”和2014年7月登陆的1409号台风“威马逊”。进入21世纪以来，共有3个STY以上强度的TC登陆海南岛，而2000年以前只有2例。共有 7年无 TC登陆海南岛，分别是 1959、1969、1982、1997、1999、2004和2012年。

图1 影响海南岛的不同强度等级热带气旋逐年频数（1949—2020年）

图2 登陆海南岛的不同强度等级热带气旋逐年频数（1949—2020年）

表1 不同强度等级热带气旋登陆海南岛频数（1949—2020）

按年代统计影响和登陆海南岛的TC数量，由图3-a可见，1990年以前，影响海南岛的TC数量每 10 a可达 80～90个，1991年以后，每 10 a的TC数量为60个左右，结果表明，影响海南岛的TC数量下降趋势明显，平均每10 a下降4.857个，通过了信度0.05的显著性检验。而登陆海南岛的TC数量下降趋势不明显，每10 a的登陆TC数量为20个左右，未通过信度0.05的显著性检验。进一步分析影响海南岛的TC数量下降趋势主要由哪些强度等级的TC造成。结果表明，TD及TY强度以上类别的TC下降趋势最为明显（图3-b），而影响海南岛的TS数量呈明显上升趋势，平均每10 a 上升 1.642 9 个。

图3 影响和登陆海南岛的热带气旋总频数年代际变化（a）及影响海南岛不同强度等级热带气旋频数年代际变化（b）

登陆海南岛的TC频数月际分布如图4所示。登陆TC最早发生在 4月(2008-4-18，0801号台风“浣熊”在文昌市龙楼镇登陆)，最晚是11月 (1950-11-23，5040号台风“Delilah”在万宁市登陆)。每年1—3月和12月尚无 TC登陆，6—10月是TC登陆频发期，占全年登陆总个数的90.14%, 其中 7—9月尤为集中, 9月达到峰值，多达36个。另外，STY和SuperTY在7月和9月登陆海南岛，TD在4—11月均有个例登陆。

图4 登陆海南岛的热带气旋逐月频数（1949—2020 年）

2.2 影响海南岛热带气旋的路径和强度等级的空间分布图5为影响海南岛TC路径分布频数图。影响及登陆海南岛TC主要途经17°～19°N、110°～112°E的矩形区域接近海南岛东南部，穿过海南岛南半部以后进入北部湾海面。此外，海南岛东北角、琼州海峡和雷州半岛一带也有TC路径分布高频区，表明部分TC在海南文昌市一带登陆并西北行进入琼州海峡。

影响海南岛不同强度等级的TC地理分布频数如图6所示。TD、TS和STS强度等级的TC地理分布较为相似，高频区位于海南岛东南部至西沙群岛，以及北部湾一带海面（图6-a、b、c），与影响TC路径分布频数（图5）相似，说明这 3类TC通常以西北行路径登陆海南岛东南部并穿越，随后进入北部湾TY强度等级的的TC主要分布于南海北部和海南岛南部（图6-d）。STY和SuperTY等级的TC主要活动于海南岛东部海面至海南岛东北部陆地（图6-e、f），如7314号台风“玛琪”和1409号台风“威马逊”以SuperTY强度登陆海南岛东北半部，登陆时中心附近最大风力17级。

图5 影响海南岛的热带气旋路径频数空间分布（1949—2020年）

图6 影响和登陆海南岛的不同等级热带气旋空间分布（1949—2020年）a.热带低压；b.热带风暴；c.强热带风暴；d.台风；e.强台风；f.超强台风。

2.3 登陆海南岛热带气旋历时和强度等级变化不同强度等级TC登陆海南岛以后，穿越岛屿所经历的时间有所区别。图7为登陆强度等级的TC穿越海南岛历时分布图，结果表明，较弱的TC，如TD和TS强度的平均历时最长，分别为13.1、13.5 h，STS、TY和 STY以上强度的 TC登陆历时明显减少，平均历时分别为8.9、7.4、9.7 h，总体平均历时10.8 h。其中，2010-10-07凌晨于海南岛东方市登陆的一次热带低压在海南岛上逗留时间最长（历时达 72 h），2010-10-10 凌晨从海南岛东北部重新入海，引发海南岛大范围持续性强降水[29]。其次是以TD等级2次登陆海南岛的7619号台风“艾利斯”和0114号台风“菲特”，前后历时59 h。其中“菲特”为1949年以来影响海南岛时间最长的南海土台风，2001-08-27在南海生成后即开始影响海南岛，2001-08-29 17:00 登陆海南省文昌市，向西北方向移动进入北部湾，2001-08-31 11:00登陆广西北海，而后向东移动穿越雷州半岛，再向南折，绕海南岛迴旋运动，2001-09-10 05:00 再次登陆海南省三亚市，随后缓慢减弱消亡，2001-09-12结束，影响时间长达16 d。7705号、8415号、8934号、9033号、9612号和0016号等台风在海南岛仅驻留了1～3 h。

图7 登陆海南岛热带气旋历时分布（1949—2020 年）

TC登陆后重新入海以前时次与登陆时次的强度等级差值见表2。结果表明，TC登陆时强度越弱（强），越有可能在穿越海南岛时强度维持（衰减）。TC在穿越海南岛出现强度等级衰减时，TD级别的比率为23%，而TY强度和STY强度的比率为47%和89%，其中，部分TC的强度等级衰减速率较大，如6024号、6313号、7017号、7129号和0320号台风，登陆前后强度变化值达到15 m·s-1。该结果与影响TC强度等级分布（图6）一致，说明登陆海南岛时强度较弱的TC易于穿越海南岛进入北部湾海面。

表2 热带气旋登陆海南岛后的强度等级变化比率（1949—2020年）

2.4 影响海南岛热带气旋的生成源地图8-a 为影响海南岛TC的生成源地总体分布频数图。结果表明，源地主要集中在2个海区：一是南海东北部海面，高发中心位于 14°～20°N、112°～119°E区域之间；二是菲律宾以东至加罗林群岛之间洋面，高发中心位于 10°～14°N、127°～132°E 区域之间。

图8 影响海南岛热带气旋生成源地总体分布频数和总体空间分布（1949—2020）

对TC影响海南岛期间所达到的最大强度等级进行类别划分，分别统计不同类别TC的生成源地空间分布。结果表明，影响海南期间强度越弱（强）的TC，其生成源地分布越接近（远离）海南岛陆地。其中，影响海南的TD和TS强度等级TC主要源于海南岛东部至西沙群岛之间海域（图8-b、c），较强的TC往往源自西北太平洋（图8-d、e）。

3 讨论

已有研究结果显示，我国登陆TC频数总体呈下降趋势[9]，影响海南岛TC的数量也在减少[30]，本研究结果表明，影响海南岛的TC数量有明显下降趋势，平均每 10 a下降 4.857个，其中 TD及TY强度以上类别的TC下降趋势最明显，而影响海南岛的TS数量则呈明显上升趋势。

登陆海南岛TC数量下降趋势不显著，其原因可能是呈2 a振荡周期的西北太平洋西部热力状态影响了登陆我国的TC生成源地分布，进而影响了TC登陆我国的时空分布；相对而言，南海海表温度通常较高，未呈现明显的时空分布变化，使得登陆海南岛TC生成源地分布变化不明显，因此导致登陆海南岛TC数量下降趋势不显著[9,21,31]。6—10月是TC登陆海南岛的频发期，9月达到峰值，多达36个TC，而我国登陆TC频数的峰值月份是8月[9]。上述结果表明，影响和登陆我国TC存在区域化特征和规律。尽管影响海南岛的TY强度以上类别TC数量下降趋势明显，但进入21世纪以来，共有3个STY以上强度的TC登陆海南岛，而2000年以前只有2例，该结果与已有研究结果指出的登陆我国的高强度TC数量呈增加趋势一致[9,32]。

TC登陆海南岛后重新入海，总体平均历时10.8 h，明显少于广西和广东省的TC陆上维持时间（16 h 和 26 h），该结果可能与海南岛陆地面积较小且四周环海有关。与TC登陆我国时越强、衰减得越明显的结论一致[11]，TC登陆海南岛时强度越弱（强），越有可能在穿越海南岛时强度维持（衰减）。因此，强度较弱的TC常以西北行路径穿越海南岛进入北部湾海面。

影响海南的强度较强TC往往源自西北太平洋，说明广阔的海洋热力作用对于TC发展至关重要[33]。强度较弱的TC主要源于海南岛东部至西沙群岛之间海域，南海“土台风”生成源地距离陆地较近，较短的生命史不利于其自身强度发展。