秋季西北太平洋上热带气旋研究进展及展望

2023-12-05姚秀萍，彭思越

海洋气象学报 2023年3期

姚秀萍，彭思越

摘要：西北太平洋是全球热带气旋生成频数最多的区域，相较于夏季热带气旋，对于秋季热带气旋的研究相对较少。随着2000年后登陆我国的秋季热带气旋中超强台风的比例逐渐增多，并对我国造成严重的灾害，秋季热带气旋的研究逐渐受到越来越多的关注。对西北太平洋秋季热带气旋的研究进展进行回顾和总结，主要包括秋季西北太平洋上热带气旋的活动特征、影响因子以及登陆我国热带气旋的特征和影响因子等3方面，并对研究秋季热带气旋的未来方向进行了展望。

关键词：秋季热带气旋；西北太平洋；研究进展

中图分类号：P444 文献标志码：A 文章编号：2096-3599（2023）03-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.03.001

Research progresses and outlook of autumn tropical cyclones over western North Pacific

YAO ?Xiuping1，2， PENG Siyue 3，1，2

（1. China Meteorological Administration Training Center， Beijing 100081， China; 2. Shanghai Typhoon Institute， China Meteorological Administration， Shanghai 200030， China; 3. Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225， China）

Abstract： The western North Pacific （WNP） is the most active region of tropical cyclone （TC） genesis. Compared with summer TCs， there are relatively less research on autumn TCs. ?Since 2000， with the increase in the proportion of autumn landfalling super typhoons in China， the research of autumn TCs has attracted more and more attention. The research progress of autumn TCs in the WNP is reviewed in the following three parts： the characteristics and influencing factors of autumn TC activities in the WNP， and the characteristics and influencing factors of autumn ?landfalling TCs in China. An outlook for future research is also given here.

Keywords： autumn tropical cyclone; western North Pacific （WNP）; research progress

引言

热带气旋（tropical cyclone，TC）是生成于热带或副热带洋面上，具有极强破坏力的气旋系统，是灾害性天气之一，对TC的研究是热带气象学的重点关注问题之一[1]。?我国的《热带气旋等级国家标准》[2]将TC按照强度分为6个等级：热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风。

西北太平洋是全球TC发生频数最多的区域，超过全球生成TC的30%[3]。西北太平洋上空的TC活动常常会使得我国及邻近地区造成严重的破坏。强度较大的TC往往会带来破坏性大風、风暴潮、暴雨等灾害[4-5]。过去的研究主要集中在夏季TC所造成的财产损失上，然而近几年的研究发现，部分登陆的秋季TC所产生的损失已经超过了夏季TC[6]。例如2016年间全球海域内的最强台风“莫兰蒂”，造成的直接经济损失高达102亿元；2018年22号超强台风“山竹”登陆我国，对广东、广西、海南、湖南、贵州多省都产生了严重的影响，造成近300万人受灾。

秋季TC在我国登陆时往往伴随着强风、暴雨等一系列气象灾害。?秋季TC在我国沿海区域登陆引发的强降水过程，常常还伴随着洪涝、泥石流、瘟疫等次生灾害，会造成受影响地区严重的人员伤亡和财产损失。

相较于夏季TC而言，国内外对秋季TC的研究相对较少，研究秋季TC有利于更加全面地了解TC活动的季节特征，提高对TC的认识和预测。因此，研究西北太平洋秋季TC，对我国沿海地区具有重大的研究价值及现实意义。本文对秋季TC研究进展进行回顾，重点关注西北太平洋秋季TC的活动特征、影响秋季TC的海气状况、秋季超强台风易发的原因和登陆我国秋季TC的影响等几个方面，并对秋季TC未来研究的方向进行展望，以期能够为后续的研究提供科学的依据和参考。

1 西北太平洋秋季TC活动特征

气象意义上，一般将6—8月生成的TC定义为夏季TC，9—11月生成的TC定义为秋季TC。研究表明，西北太平洋超过80%的TC都生成于夏季和秋季，不同季节TC的特征有明显的季节差异[7]。由于秋季TC拥有独特的季节气候背景，因此，许多学者对秋季TC活动特征进行了单独的研究，并与夏季TC的特征进行对比[8-9]。

1.1 秋季TC频数

20世纪90年代中期以来，西北太平洋夏秋季TC的频数都呈现下降的趋势[10-11]。Yao等[8]对1949—2016年西北太平洋上的夏秋季TC进行统计研究指出，在超过70%的年份中，秋季和夏季的TC频数间有此消彼长的反位相关系。Zhou等[12]将登陆的秋季TC按照登陆位置分为南部登陆和北部登陆两类（以25°N为分界线），研究表明，两类登陆的秋季TC之间的相关性较弱。南部地区登陆的秋季TC频数主要受到厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）的影响，预测难度相对较小，而北部地区则受副热带环流影响较大[12]。

1.2 秋季TC强度

秋季北半球冷空气加强，到达热带地区，会对TC强度的增强产生有利的影响[13-14]。此外，TC的强度往往会受到西太平洋副热带高压（以下简称“西太副高”）位置的影响，当秋季西太副高脊线位于偏北、偏西的位置时，TC拥有更大的活动空间，再配合秋季偏强的越赤道气流，有利于秋季TC储备更多的能量，从而使得TC强度增强。因此，虽然在秋季生成各个强度的TC频次均少于夏季，但生成强台风（24.4%）和超强台风（29.9%）的比例却远高于夏季[8，10]，具体如表1所示。

1.3 秋季TC移动路径

TC移动路径主要受到TC生成位置和周围环境的影响，西北太平洋上的TC普遍按以下3种移动路径运动，即直线移动（向西移动）、转折登陆和北上登陆[15-17]。

TC的轨迹密度能对TC生成位置和移动路径进行较好的反映，因此许多学者都采用该方法来对TC的移动路径进行研究[8，18]。秋季TC移动路径往往是西风带系统、西太副高、赤道辐合带等天气系统之间相互博弈的结果[19-21]，因此秋季TC移动路径往往较为复杂，预测难度较大。

秋季与夏季在大尺度环流形势和强度上有差异，因此与夏季相比，秋季TC的活跃区域纬度偏低，主要出现在南海和热带太平洋洋面，移动路径大多属于偏西路径，而夏季TC的路径则以偏北路径居多[8]。

1.4 秋季TC生成源地

夏季和秋季是西北太平洋TC的高发期，两个季节TC生成位置的空间分布一般会受到海面温度（以下简称“海温”）和季风槽的影响[22]，具有显著的季节差异[23]，呈现出夏季北移、秋季南移的趋势[24]。

西北太平洋秋季TC的生成位置主要集中在3个中心附近：（14°N，115°E）、（14°N，135°E）和（14°N，145°E），如图1所示[8]；而夏季TC的生成位置主要分布在南海北部和菲律宾群岛东部，各有一个二级聚集区[23]。

秋季登陆我国的TC生成位置相对偏西，高值中心位于南海东部和130E附近。而在秋季生成超强台风的位置则大多位于15N以南的洋面上。受到西太副高南退的影响，秋季TC向北移动的难度较大，因此，大多在我国的南部沿海登陆[7]。

黑圆圈、绿色十字形和红色方形—9月、10月和11月生成的超强台风；黑线、绿线和红线—9月、10月和11月生成超强台风的平均位置。

2 西北太平洋秋季TC的影响因子

2.1海气状况

2.1.1厄尔尼诺-南方涛动

ENSO作为对全球气候影响最为显著的海气相互作用现象，会使得大尺度环流发生变化，引发局地海温出现异常，研究表明ENSO事件对西北太平洋上的TC活动具有很强的调制作用[25-26]。

西北太平洋TC的季节变化和暖洋流的活动有较好对应关系，西北太平洋上空登陆的TC在秋季与赤道中东太平洋的海温异常有显著的相关性，而在夏季相关性则较弱[27]。ENSO年秋季TC在西北太平洋的东南海域活动较为频繁，而在西北海域则相对较弱[28]。Zhou等[12]研究指出，秋季TC在东亚南部地区登陆的频率与ENSO有较为密切的相关性，而在东亚北部地区的登陆频率则主要受欧亚大陆对流层上部遥相关的影响。石蓉蓉等[29]研究发现，秋季TC的生成数量在拉尼娜（La Ni?a）开始年往往偏多，而在La Ni?a延续年生成数量则偏少。

Wang等[28]对秋季TC的移动路径研究中指出，在强ENSO年，TC轨迹密度几乎可以达到强La Ni?a年的两倍，且西北太平洋上西北向的TC移动路径会呈现出显著增加的趋势此外，ENSO事件还会对秋季TC的强度变化产生影响，学者们利用热带气旋累积能量（accumulated cyclone energy，ACE）来表征TC的平均强度。研究发现，西北太平洋上秋季TC的ACE指数呈现出明显的年际变化，在ENSO的发展年ACE一般较高，而在La Ni?a衰减年的秋季TC强度则较低[30-31]。但也有研究表示，ENSO现象对西北太平洋TC的调节作用仅占年际变化方差的40%[32]，且西北太平洋上生成的TC总数在ENSO年并不会出现显著的变化[28，33]。

2.1.2印度洋偶极子

在后续的研究中，学者们加强了对印度洋的关注，Saji等[34]基于热带印度洋海温异常的东西反向模态提出了印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole，IOD）的概念。IOD模态有显著的季节锁相特征，夏季为IOD的发展期，秋季达到成熟期[34]。

IOD模态可能会诱发西北太平洋的大气环流出现异常，并导致其他环境因素发生改变，从而促使秋季TC的频数增加[35]。虽然IOD是否发生对西北太平洋上TC频数的变化不会产生太大的影响[36]，但其与厄尔尼诺（El Ni?o）Modoki事件同时发生时会使得季风槽东伸，有利于TC生成的動力因子和热力因子随季风槽一起发生东移，从而导致秋季TC的生成位置较仅El Ni?o Modoki事件时出现明显偏东的现象[37]。

2.1.3南海季风

南海季风的爆发与撤离和大气环流异常，太平洋、南海海温变异都有着密切的关系[38-39]。南海季风是秋季TC低层水汽和能量主要输入者，与南海季风的爆发相比，南海季风的撤离通常有一个较长的过程，该过程一般会对秋季TC的频数、强度以及生成位置产生影响，因此，许多学者对南海季风的撤离与西北太平洋TC之间的关系开展了研究[40-41]。

相较于夏季TC，秋季TC受到南海季风的影响相对较小，尽管秋季TC体积不大，但有较好的对称结构，有利于TC的发展[42]。Hu等[40]研究表明，南海季风的结束时间与秋季TC的数量存在正相关关系，如果南海季风结束时间较常年偏迟，则该年秋季TC的生成频数往往会较常年偏多，这是由大气内部的动力作用和热力作用共同导致的。

较晚撤离的南海季风所出现的正海温异常，会激发赤道罗斯贝（Rossby）波，有助于季风槽的维持，为秋季TC的生成提供有利的条件。季风槽可以促进平均动能转化为涡动动能，使得同尺度的波得以加强。此外，上层斜压能转换能力的提升也会促进涡动动能的发展，从而有利于秋季TC的生成[40]。然而，目前对于TC的生成与南海季风撤离之间的关系仍然没有确切的说法，也有学者认为两者之间可能有一种年代际的滞后效应[41]。

南海季风还会对秋季TC的生成位置产生影响。南海季风撤离后，西北太平洋上的热带辐合带会减弱南退，上层的辐散中心也会向东南方向移动，从而导致TC生成的平均位置也随着发生改变，呈现出向南向东的移动趋势[41]。

2.2秋季易发超强台风的原因

2.2.1海温

夏季向秋季过渡时，太阳的直射点由北向南移动，会导致海温偏高，从而积攒更多的热量，提供给TC的能量也有所增加。海温与TC的生成数量和发展强度都有一定的关系[43]，秋季TC移动路径相对偏南，低纬度的海温较高，能够为TC的发展提供较大的热能供应[24]。

Fujiwara等[44]对海温进行敏感性试验，结果表明，较暖的海温会增加大气行星边界层的等效位温，使得大气次级环流增强，绝对角动量向内辐合，涡旋上升加强，从而有利于TC强度的增强。还有学者指出，夏秋季赤道东西向的海温场存在差异，秋季异常的海温强迫会产生气压梯度，增强低层的西风异常，使得垂直风切变减弱，气旋性涡度增强，导致秋季对流活动旺盛，从而使得秋季超强台风的发生频率增加[3，9]。

2.2.2季风槽

季风槽区域低层的涡度较大，对流活动较为活跃，因此，季风槽的位置和强度对TC生成发展有重要影响，西北太平洋超过70%的TC发生发展与季风槽有关，且与天气尺度的扰动之间也有着密切的关联[45-47] ，例如Rossby混合重力波向热带低压扰动的转换过程就会对TC的生成产生有利的影响[48]。Wu等[49]发现多尺度的气候变异共同作用会导致西北太平洋上的季风槽增强，从而使得TC活动出现异常活跃的现象。

西北太平洋上空有利于TC生成的大尺度环流形势大致分为5种：季风切变（monsoon shear，MS）、季风辐合（monsoon confluence，MC）、反向季风槽（reverse-oriented monsoon trough，RMT）、季风涡旋（monsoon gyre，MG）和偏东信风（trade wind easterlies，TE）。其中，夏季主要呈现为MS模态的特征，而秋季则主要呈现出MC模态的特征。两种模态下TC的生成和发展都与大气能量的转换有密切的相关性，MS模态中主要是基本气流的水平切变为涡动动能的增长提供有利条件，而MC模态中基本气流的水平切变和辐合对涡动动能的增长都起到了重要的作用，为超强台风的产生提供了更为有利的动力条件[46]。

2.2.3大尺度环境

TC的生成和发展往往与大气大尺度环境场的配置之间有着密切的关系，相较于夏季，秋季TC的生成和发展在季风槽附近，低层更大的气旋性涡度和高层更强的气流辐散相配合，会产生强上升运动，有利于秋季TC强度增强。

此外，秋季中低层相对湿度的增加以及较弱垂直风切变都有利于深对流的发展[50]。这种大尺度环境因子的变化可能与海温异常有关，但是目前对于影响大尺度环境因子的机制尚不明确，仍有待进一步的研究[36，50]。

3 登陆我国秋季TC的特征与影响

3.1 登陆我国的秋季TC强度和地理分布特征

Yao等[8]统计了1949—2016年西北太平洋上中心气压最低的前20个TC（表2），其中有14个TC属于秋季TC，且研究发现在2000年后登陆我国的秋季超强台风的频数呈现出明显增多的趋势。

西北太平洋上生成的TC在我国的登陆点的季节性变化往往受到TC移动路径的影响，与夏季相比，秋季TC的登陆点在纬度的跨度上更加集中，主要分布在我国东南沿海区域。其中，在广东登陆的秋季TC频数最多，海南、台湾和福建次之，在我国的北部沿海城市则没有秋季TC登陆的记录[8，51]。

3.2 登陆的秋季TC对我国的影响

3.2.1 冷空气活动对TC降水的影响

秋季是季节转换的时期，冷空气活动较为活跃，冷空气对TC强度有双重影响，太强的冷空气大多不利于TC的发展[52]，但由于初秋冷空气的强度往往较弱，因此，对TC强度的增强经常产生有利的影响。当冷空气与TC环流发生相互作用时，冷暖空气交汇还有利于强降雨的产生[53]。卢小丹等[54]对夏秋季TC引发的大暴雨对比研究表明，秋季TC“海燕”（1407）引发的大暴雨主要受到冷空气的影响，而夏季TC“威马逊”（1330）则受季风的影响更大。

在TC的自身条件和环境条件都较为相似的情况下，适当的冷空气侵入往往会对降水增强产生影响[55]。因此，许多学者研究了冷空气对秋季TC引发暴雨的影响[56-59]。张程明等[60]指出当秋季冷空气侵入时，低层湿位涡的正值不穩定区与暴雨多发区往往有较好的对应关系，且对暴雨中心的落点有一定的指向作用。高安宁等[57]指出冷空气的侵入与暖湿气流相配合，会导致温度梯度和湿度梯度增大，再加上较小的垂直风切变的作用，有利于对流云团的发展和凝结潜热的释放，从而对降水的增强产生正反馈作用。

3.2.2 远距离暴雨

秋季TC除了会在自身的暴雨区产生强降水之外，如果有较好的水汽条件和与之配合的天气系统的配置，还可能会引发远距离的强降水过程，从而扩大秋季TC的影响范围。远距离暴雨的产生是TC与中低纬度系统相互作用的结果[61]。周淑玲等[62]指出?TC和中纬度系统发生相互作用形成具有斜压性结构的锋区及高空急流的增强都是导致远距离降水的原因。但是由于远距离降水的产生并非秋季TC登陆所带来的必然事件，且与TC发生相互作用的中纬度系统也存在不确定性，因此远距离降水过程仍然是TC暴雨预报的难点之一[63]。此外，特殊的地形对于秋季TC引发的暴雨过程也有着较大的影响[64-66]。

目前對于秋季TC与暴雨之间机制的研究还主要停留在个例分析上，并没有形成完整的理论体系。不同TC个例所引发的暴雨机制和致灾方式往往有较大的差异。

4 小结与展望

本文对西北太平洋秋季TC的研究进行了回顾，主要集中在西北太平洋秋季TC活动特征、影响因子以及登陆我国秋季TC的特征与影响等3个方面，得到以下结论：

（1）西北太平洋上秋季TC和夏季TC的频数呈反位相特征；虽然秋季TC的生成频数均略小于夏季TC，但秋季强台风和超强台风的比例却高于夏季；秋季TC的生成位置主要集中在（14°N，115°E）、（14°N，135°E）和（14°N，145°E）3个中心附近，移动路径集中在低纬度地区，以偏西路径居多。

（2）西北太平洋上秋季TC的生成和发展常常会受到海气状况的影响，ENSO、IOD和南海季风等都会对秋季TC的强度、频数以及生成位置产生影响。

（3）与夏季TC相比，秋季TC在发展过程中一般会受到较高的海温、偏东的季风槽以及更有利的大气大尺度环境场配置的影响，因此秋季TC更容易发展成超强台风。

（4）秋季TC在我国的登陆地点集中在东南沿海区域，由于受到冷空气等因素的影响，往往会对受影响的地区造成暴雨等一系列的灾害。

在过去的几十年间，TC极端事件出现的频率大幅度增加[67]，但是，迄今的研究对于秋季TC的认知仍有着不足，有许多问题有待于进一步研究[68]。此外，相较于夏季TC，对秋季TC结构、强度及演变过程的研究工作仍然较少。未来对秋季TC的研究可以加强以下方面：（1）秋季TC的强度演变过程以及环境特征研究。（2）秋季TC的活动特征及年代际变化的研究。（3）秋季TC暴雨的研究。

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