第39卷第3期2021年6月
嘉应学院学报(自然科学)
JOURNAL OFJIAYING UNIVERSITY(Natural Science)
Vol.39NO.3
Jun.2021
北极涛动和南极涛动对西北太平洋热带气旋活动的影响
陈仁容，梁嘉欣，戚子琪，陈伊虹，贾盛泽
（嘉应学院地理科学与旅游学院，广东梅州514015）
摘要：对19742019年的西北太平洋热带气旋活动特征、北极涛动指数、南极涛动指数和Nifio3.4指数进行分
析，发现1979-1994年的热带气旋频数偏多，1995-2019年偏少，生成月份集中在6-11月，生成源地主要集中在
10°N~18.3。N、127.1°E~150.5° E.南、北极涛动指数与150。E以西海区的热带气旋频数呈正相关关系，但与
150°E以东海区的热带气旋频数呈负相关关系，涛动指数跟达到热带风暴、台风强度的热带气旋频数呈正相关
关系，与达到强台风强度的热带气旋频数呈负相关关系.此外，南、北极涛动指数对热带气旋特征的澎响机制可
能与西北太平洋副热带高压、季风槽和纬向风的垂直切变幅度有关.五十度黑未删减
关键词：西北太平洋；南极涛动；北极涛动；热带气旋；相关性分析
中图分类号：P47文献标识码：A文章编号：1006-642X（2021）03-0074-08
0引言什么是数组
热带气旋（Tropical Cyclone,TC）是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流，作为全球TC重要生成源地的热带西北太平洋（0。-30°N,120°E~180°E）位于西太平洋暖池区，在1979-2019年期间年均生成TC约30个，登陆我国的TC每年约有8.7个，到达我国海域或者登陆我国的TC常伴有狂风巨浪及
灾害性的暴雨、风暴潮，造成严重的经济损失、环境破坏和人员伤亡.近几十年来，西北太平洋TC一直都是研究热点，大量工作探讨其频数、路径和登陆地的特征，并对TC的生成、发展和预测提供了相应的理论依据•早在20世纪70年代末陈联寿等系统地分析了台风的结构、形成条件、强度、路径、影响等因子叫Wang等研究指出季风槽与副热带高压（简称副高）密切相关，并对TC的起风区产生影响囱，还有研究发现TC与纬向风垂直切变幅度（MWS）、太平洋海表温度（Sea Surface Temperature,SST）、ENSO循环有关”此外，西太平洋暖池海温和夏季风的变化对TC也有影响g'TC登陆以后的活动路径与副高和对流场密切联系叫副高的西伸脊点和南北脊线指数以及季风槽的倾斜和强度指数对登陆区有不同影响卩Fei等指出弱MWS、下垫面存在一定温度梯度、核心区干燥空气环境等因素将会减弱西北太平洋西部TC的移动速率叫
北极涛动（Arctic Oscillation,A0）是指北极的气压与北半球中纬度地带的气压呈现反向变动的现象，活动中心位于北极地区并具有较高的纬度对称性，称为当AO为正（负）位相时，表示北极气压较历年低（高），与中纬度的气压差变大（小），北极绕极流变强（弱），进而抑制（推动）寒冷气流南下，使得中纬度地区冬季较暖（冷）•相似的现象在南极与南半球中纬度地带亦有观测到，称为南极涛动（Antarctic oscillation,AAO）[101.
范丽君等分析AO指数（AOI）和AAO指数（AAOI），发现在空间上两者都具有明显环状结构、在时间上各季节有不同位相变化特征巴此外，A0在北半球夏季与冬季存在较大的时空特征差异，夏季A0从
收稿日期：2021-03-03
作者简介：陈仁容（1987-），女，重庆巫山人，讲师，博士，主要研究方向：地貌与气候.
第39卷第3期陈仁容，梁嘉欣，戚子琪，等北极涛动和南极涛动对西北太平洋热带气旋活动的影响75 1970年左右开始出现准2年周期振荡吟現基于ipcc AR4耦合模式的模拟预估，AO和AAO在全球变暖背景下将持续增强吧两大涛动的位相配置也受到关注，AO、AAO的反位相变化主要受到AO异常的影响，同位相变化可能受到哈德莱环流增强的影响吧AO、AAO与我国气候密切相关，AO的正负位相变化会对西伯利亚高压、东亚冬季风产生影响，并波及太平洋暖池区，影响副热带地区的对流活动；AAO不仅影响东亚冷空气活动，对太平洋地区的大气环流也有一定影响I」.近年来，AO、AAO对西北太平洋TC的影响也逐渐受到不少学者的关注.AAOI正异常时，夏季西太平洋对流减弱，副高位置偏南问，AAOI与西北太平洋TC频数具有反相关关系㈣.林美静等根据西北太平洋区域6~10月MWS的空间变化特征，发现15°N以南的MWS存在东西反相变化，并在排除强ENSO事件影响后，MWS的变化与AO、AAO、赤道东太平洋海温及西北太平洋TC生成频次密切相关㈣.冬季AAOI的增大加强了南半球越赤道气流和印度洋西风，并有利于形成低层辐合和高层辐散的对流结构，副高减弱东移撤出南海⑷，当7月AO正(负)位相时，西北太平洋TC生成位置和移动偏西、偏北(偏东、偏南)冋.
IPCC报告指出21世纪的全球表面温度有可能进一步上升汽据NOAA国家环境信息中心的全球表面温度
时间序列冋显示，全球温度异常值大致从1977年由负值转为正值后并不断大幅度上升.在全球变暖的背景下，诸多影响TC的因子发生变化，西北太平洋TC活动呈现出不一样的变化特征.西北太平洋副高的年代际尺度变化影响TC活动閃，西北太平洋副高向西扩张还会导致通过东海和菲律宾的TC频数下降，通过南海的TC频数增加汽1970年前后AO的位相跃变及副高强度转变导致南海夏季风爆发早晚的主要影响因子从西太平洋转变为印度洋閃.1989年年均AO、AAO出现极强异常的正位相，其中AOI高达0.95,AAOI达0.64.同年，西北太平洋TC频数高达40个，初旋时间早、结束得晚，TC强度偏强，登陆的TC共26个，在我国登陆的TC占同年总TC频数的50%.1989年7月生成于马里亚纳海区的超强台风“Hope”使阳江、江门、中山、珠海等地200多万亩农田受淹，设施破坏、人员伤亡；9月29日生成于南海的台风于10月2日登陆我国海南省，导致附近出现150mm以上的大暴雨；9月28日晚生成于马里亚纳海区的台风“Angela”和10月8日在马里亚纳海区生成的台风“Dan”到达海南省南部洋面，出现了大暴雨、特大暴雨和8级以上大风；10月14日生成于菲律宾海域并在22日经过南海洋面的台风，导致11个县市出现暴雨.据不完全统计，这4个台风导致39人死亡、638人受伤，经济损失约10多亿元画.综上，AOI、AAOI的强弱和TC活动存在一定的联系，对其相关性分析有利于加深对TC活动的认识，对提高TC预测能力具有重要意义.
1数据来源
1.1西北太平洋TC的资料
个人海报使用来自中国气象台台风网㈣的TC数据，包括TC的频数、强度、路径、起始位置、中心气压和风速等特征.TC强度按照中国气象厅2006年起使用的新分级制度分为热带低压(Tropical Depression,TD)、热带风暴(Tropical storm,TS)、强热带风暴(Severe tropical storm,STS)、台风(Typhoon,TY)、强台风(Severe Typhoon,S-TY)、超强台风(Super Typhoon,SUPER-TY)6个等级；路径分成西移路径、转向路径、北上路径和其他路径四类进行统计；起风区分为南海(90。E~120°E)、菲律宾以东和琉球群岛附近海面(120°E~135。E)、马里亚纳群岛附近海面(135°E~150°E)、马绍尔群岛附近海面(150°E~180°E)四个区域，探讨1979~2019年TD级别及其以上的TC.
76嘉应学院学报（自然科学）2021年6月1.2涛动指数和海表温度资料
从美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NO A A）两下属的气候预测中心（Climate Prediction Center,CPC）[32]网站获取自1979-2019年观测的AOI、AAOI和海洋Niho 3.4指数资料.AOI是基于Thompson等的定义，将20。N以北的lOOOmb高度的实际海平面气压观测资料投影到北半球冬季AO空间型而得到的，并通过1979~2000年月均AOI的标准差对每日观测值进行了标准化凹. AAOI是将20。S以南的700mb高度的实际观测气压资料投影到南半球冬季的AAO空间型而得，并通过1979~2000年月均AAOI的标准差对每日观测曲行了标准化.
值得注意的是，ENSO循环一直是预测TC活动的关键因子，而ENSO与AO、AAO也有_定相关㈣，气
候对ENSO的响应延伸到两个高纬度地区的涡流驱动纬向风异常[34].因此，为了避免AO、AAO与西北太平洋TC之间的相关关系是因为共同受到ENSO影响才存在，在分析时将去除较强的ENSO事件的年份. ENSO事件的确定以7~10月的Nino3.4区平均海温绝对值达到0.5七以上为标准，排除了El Nino年（1982年、1987年、1991年、1997年、2002年和2015年）和La Nina年（1985年、1988年、1998年、1999年、2000年、2007年、2010年和2011年）.
2西北太平洋TC活动与AO、AAO的变化特征
1979-2019年，西北太平洋生成TC共1237个，其中1979~1994年生成的TC偏多，年均生成34个TC,1989年和1994年达到峰值40个，远高于气候平均值；1995~2019年TC频数有下降趋势，年均生成28个TC,1998年和2010年分别仅生成21个和8个，远低于气候平均值（图1（a））.TC生成主要月份集中在6~11月，1~4月生成的TC仅占总频数的6.71%,41年来8月份生成的TC共261个，2月份仅生成11个. TC生成源地在经度和纬度范围都存在相对集中的区域，主要分布在10。N~18.3°N、127°E~150° E. TC生成的纬度分布存在的季节性移动与太阳直射点的移动密切相关，体现了TC生成与活动的本质是地球表面能量的运输与平衡的过程閃.不同强度的TC频数特征为TS>TY>S-TY>SUPER-TY>TD，随着TC强度的增强，TC的生成源地越偏东偏南.
通过对AOI、AAOI特征进行分析，发现20世纪70年代末到80年代末主要为AO负位相，80年代末到90
年代中期主要是AO正位相，而后呈正负位相交替出现（图1（b））；]979~2009年期间，AAO正负位相交替出现，2010~2019年转为正位相为主且指数较强（图1（c））.按冬季12~2月（DJF）、春季3~5月（MAM）、夏季6~9月（JJA）、秋季9~11月（SON）进行统计分析，夏秋季AO较冬季的强度小，季节性变化大且季节连续性较弱；AAOI全年都比较强，季节性变化小，季节连续性强，但异常值均低于最强年的冬季AOI.利用近41年来AAOI各季度平均值进行相关性分析，结果显示春季与夏季AAOI相关性为0.510、夏季和秋季AAOI相关性为0.470（通过99%的信度检验），进一步证明AAOI具备良好的季节连续性特征.
近41年来，TC频数与AOI的5年滑动平均曲线正相关关系较AAOI的5年滑动平均曲线更明显. 1989~1992年间，随着AOI、AAOI变小，TC频数也减少，但较特殊的1998、1999、2010年（强La Nina 年）AO偏弱，AAO偏强，TC频数偏少，呈现出AAO偏强时，TC频数偏少的情况，体现了TC频数与ENSO循环、AO和AAO都存在一定联系.作为南北半球的大气环流模式的信号，AAO和AO之间也存在一定的联系，1981~2006年间AO、AAO呈现明显的负相关，2007~2019年两者为正相关，对两个阶段进行相关性分析，发现1981~2006年的AOI、AAOI相关性为-0.732、2007~2019年的AOI、AAOI相关性为
第39卷第3期陈仁容，梁嘉欣，戚子琪，等 北极涛动和南极涛动对西北太平洋热带气旋活动的影响770.843 （通过99%的信度检验）.
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频数 ^・TC 距刊i -——TC5年滑动平均 距舉值r 2045--35-何ilk ■10-1015*-201979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007 2011 2015 2019 年指数 ^«AOI 年均值-•“ AOI-5年制平均
（1.5
1.0-
0.5
0.0
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-1.0-
-1.5-1979 1983 19871991 1995 1999 2003 20072011 2015 2019 年Jl 「2.0-1.0-2.0指数1.5-1.0-0.50.0--0.5--1.0--1.5-榭巒圍秒神＞ 诩9神神沖神神年
^■AAO 膵拘值----AAOI •奔滑动平均rl.5■1.0-0.5■0.0-0.5r-1.0-1.5
0屮丈制k 阪图1 1979~2019年西北太平洋TC 频数（m ）、AOI （ b ）、AAOI （ c ）的变化特征
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3 AOK AAOI 与TC 的相关性分析
3.1 TC 频数的相关性分析
对排除ENSO 事件影响后的27年的TC 特征进行相关性分析，考虑到AO 、AAO 对西北太平洋的影响存在同期或者滞后现象，分别对年际、季度的数据进 行分析•年均AOI 与年均TC 频数呈正相关，冬季 AAOI 与同年冬季的TC 频数呈正相关，夏季AOI 与同 年夏季TC 频数存在强正相关关系（表1）.可见，在 年际尺度上，随着AO 增强，西北太平洋TC 频数也会 增多.在季度尺度上，冬季AAO 越强，同年冬季西北 太平洋TC 生成数目越多，当夏季AO 越强时，同年夏
季西北太平洋生成的TC 越偏多.表1年均或不同季度AAOk AOI 与TC 频数的相关关系
变量
TC 频数（年均）TC 频数(DJF)TC 频数(JJA)AOI （年均）
0.47*--AAOI (DJF)-0.42*-
AOI (JJA)
--0.54"注：*表示两变量的相关关系通过95%的信度检验;**表示两变量的相关关系通过99%信度检验
3.2 TC 生成源地的相关性分析
通过对年均AOI 、AAOI 与西北太平洋4个起风区的年均TC 频数进行相关性分析，发现去除强度达到 TD 级别的TC 后，年均AAOI 与马绍尔起风区的TC 频数呈负相关，即当AAOI 越大，马绍尔起风区生成的 TC 频数越少（表2）.
各季度的AAOI 与各起风区联系紧密且存在一定的滞后性.冬季AAO 越强，次年春季马绍尔起风区生 成的TC 频数越少；春季AAO 越强，同年秋季马里亚纳起风区生成的TC 频数越多、同年冬季菲律宾起风 区生成的TC 频数越多；夏季AAO 越强，同年夏季马里亚纳起风区生成TC 频数越多，而同年秋季马绍尔 起风区生成的TC 越少；秋季AAOI 与同年秋季马绍尔起风区生成的TC 频数呈负相关（表2）•可见，各季 度的AAO 越强，有利于马里亚纳海区以西海域的TC 生成，不利于马绍尔海区的TC 生成，尤其是在夏、 秋季更显著，体现了AAO 的季节连续性强的特征.春季AOI 与同年春季菲律宾起风区TC 频数呈正相关关 系.夏季AOI 与同年夏季南海和菲律宾起风区的TC 频数呈正相关，考虑受强度为TD 的TC 频数影响较大， 去除TD 后南海夏秋季的TC 频数与夏季AOI 呈正相关（表2）.可见，随着涛动指数的增强，西北太平洋 TC 的生成源地偏西，马绍尔起风区生成的TC 偏少.TC 起风区的纬度分布特征亦与涛动指数相关，随着 冬季AAOI 增大，西北太平洋次年夏季0。-10° N 海区内生成的TC 频数越少、20° N 以北海区生成的 TC 频数增加；随着春季AAOI 增大，同年秋季10。N 以南的海域生成的TC 频数越少；随着夏季AOI 增 大，同年夏季20。N 以北区域生成的TC 频数也越多.综上，
当AO 、AAO 增强时，西北太平洋TC 的生成
78嘉应学院学报(自然科学)2021年6月注：*表示两变量的相关关系通过95%的信度检验；**表示两变量的相关关系通过99%信度检验
源地偏西偏北，且东部生成的TC 偏少.
表2各季度AAOk AOI 与各季度各海区TC 频数的相关关系
变量
冰糖的作用
AAOI AAOI AAOI AAOI AOI AOI 变量AAOI AAOI AAOI AAOI AOI AOI (DJF)(MAM)(JJA)(SON) (MAM)(JJA)(DJF)(MAM)(JJA)(SON)(MAM)(JJA)菲律宾
(MAM)0.32*
-0.44*- 0.44*0.40*马绍尔(SON)--0.45*0.53**--马绍尔(MAM)0.41*--- --马里亚纳(SON)-
0.45*----南海(JJA)---- -0.49"菲律宾
亲密爱人歌词(DJF)-0.40*---0.46*
马里亚纳
(JJA)--0.42*- --
3.3 TC 强度的相关性分析
TC 生成源地偏西时，强度多达到TD 、TS 级别，生成源地偏东偏南时，有利于TC 不断积蓄能量达到 SUPER-TY 级别.冬春季的AOI 与同年冬春季达到S-TY 级别的TC 频数呈负相关，春季AAOI 也与同年夏季 达到S-TY 级别的TC 频数呈负相关.马绍尔起风区的TC 频数与达到S-TY 级别的TC 频数呈极显著正相关关 系，相关系数为0.464 (通过99%信度检验)，对应AO 、AAO 越强，马绍尔起风区生成的TC 频数越少， 强度为S-TY 的TC 频数也越少.
此外，春夏季AOI 与同年春夏季达到TY 级别的TC 频数呈正相关，冬季AAOI 与次年春季达到TY 级别 的TC 频数也呈正相关.夏季AOI 还与夏季达到TS 级别的TC 频数呈正相关，这一现象与生成源地密切联系 (夏季AOI 与南海起风区TC 频数呈正相关)，夏季南海起风区TC 频数与夏季达到TS 级别的TC 频数呈正相 关，相关系数高达0.404 (通过99%的信度检验).
4可能的影响机制
4.1影响西北太平洋TC 活动的环流因子
关于影响西北太平洋TC 生成和发展的环流因子，探讨较多的有ENSO 循环、副高的位置和强弱、季 风槽的位置和强弱、MWS 、SST 、西太平洋暖池的热力状态、夏季风强弱等•
如果没有你原唱西北太平洋副高的位置一般位于20。N~40° N 、120° E~180° E[7]，其季节性南北、东西向移动会 影响TC 的生成源地和移动路径.当副高从南海撤退到菲律宾海及以东区域时，西风从印度洋吹向南海、 菲律宾以东海区，有利于辐合对流加强和TC 生成叫受副高西南侧的引导气流的影响，登陆我国厦门以 北的TC 偏多跑.由于西北太平洋海温的配置变化会对西北太平洋副高的强度和位置产生影响，在全球变 暖背景下，SST 出现新的年代际变化，导致西北太平洋副高在1979/1980年前后发生了明显的年代际尺度变 化，1980年后副高偏强、位置偏西偏南，太平洋20。N 以南的台风活动偏弱，20。N 以北台风活动增强型
季风槽具有低层辐合上升气流、高层辐散的特征，MWS 为零的切边线也经过季风槽所在位置，加上 西北太平洋温暖湿润的气流，为TC 的形成提供了动力条件并有利于形成稳定的暖心结构，这可以解释大 部分TC 生成于季风槽所处位置洱有研究指出季风槽槽线与西北太平洋TC 生成源地的相关关系，发现季 风槽槽线较平直时TC 生成源地偏北，相反TC 生成源地偏南；当季风槽强度增大，TC 生成源地偏东、强 度大，相反生成源地偏西、强度小阿•季风槽与副高紧密联系，当高压脊北延、季风槽减弱时，TC 生成
