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台风频数变化特征及其统计分布 摘要 台风灾害是我国的主要自然灾害之一，随着我国改革开放的进一步推进，特 别是随着沿海地区的经济开发，台风过程导致的高水位和海浪波高对所影响海区 造成巨大的海洋灾害，严重威胁生命财产的安全，因此，对台风出现特征进行研 究具有相当重要的现实意义。 本文利用1 9 4 9 2 0 0 0 年台风资料，对西北太平洋的生成台风和登陆我国的台 风频数的年际、年代际和异常情况进行了统计分析研究，结果表明：生成台风和 登陆我国台风频数存在明显的年际和年代际差异，并指出了年际变化与e n s 0 的 联系。 根据最大熵原理，提出了台风出现频数的最大熵概率模型，并以台风频数资 料进行实例计算，模型很好地拟合已有数据，同时对未知数据保持了最大不确定 性且在一维复合极值分布理论基础上，提出了一种非先验概率分布模型一台风最 大熵一耿贝尔复合极值模型。该模型既包含了导致极端海况的特殊天气过程出现 频数，又包含了耿贝尔概率分布模型。 本文完成的主要工作如下： 1 将研究台风出现频数的最大可能值问题转化为研究离散型随机变量一台风出 现频数的熵函数的最大值问题。 2 依据所测得的数据及其构成的约束条件，求使得熵函数最大化的最少偏见概 率分布，用台风出现频数的分布矩表示概率分布函数中参数。 3 考虑导致极端海况的特殊天气过程的出现频数，在复合极值理论的基础上， 推导出台风最大熵一耿贝尔复合极值模型。 关键词：台风；频数：最大熵原理：复合极值分布 v a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f 锣p h o o nf e q u e n c y a n di t ss t a t i s t i c a ld i s t r i b u t i o n a b s t r a c t i 。y p h o o nd l s a s t e so n eo f 。t 1 1 em a m n a t u r a ld l s a s t e r sl no u rc o u n t w l t l l 也em r c h e r p r o c e s so fr e f o m la 1 1 do p e n i n gu p ，e s p e c i a l l y 、撕也t 1 1 ed e v e l o p i n go fm ec o a s t 2 l la r e a e c o n o m j ce x p l o i t a t i o 玛o c e a nd i s a s t e r s 也r e a tt 0t l l es a f e t yo fl i v e sz l r l dp r o p e 啊 s e r i o l l s i yt l a ti n d u c e db yh i 曲w a t e r l e v e la n ds e a 、v a v eh e i 曲ti n 咖h 0 0 np r o c e s s s oi t i si r r l p o r t a n t 伊e a t l yt os t u d yt i l ec h a r a c t c r i s t i c so f 卯h o o l l so c c u r r e n c e i n “sp a p e r ，州t 1 1m e 帅h 0 0 nd a 诅丘o m1 9 4 9t 02 0 0 l ，s 协i s t i c a l 锄l y s e sw e r e p e r f b 吼e dt 0 咖d y 也ei n t e 砌n u a da n di n t e r d e c a d mv 撕a t i o no f 也en o n h w e s tp a c i 丘c t y p h o o na i l dl a n d i l l gt y p h o o no no v e rc 1 1 i 1 1 a r e s u l t ss h o wt l l a t f i r s t l y ，n o r t h w e s t p a c i f i ct y p h o o na r l dl a n d m g 呻h o o no no v e rc h i 衄s h o wi n t e r 孤m u 出a n di n t e r d e c a d a l d i f 诧r e n c e so b v i o u s l y s e c o n d l y ，i r i t e r 锄u 址v 2 u r i a t i o nh a sr e i a t i o l l s h i p 、析出e n s o t y p h 0 0 nf r e q u e n c ym a ) 【i m u me 1 1 仃o p ym o d e li sp r o p o s e da c c o r d i n gt 0 t h e p r i r l c i p l eo fm a x i m u me r l 仃o p y t h ea c t u a le x 锄p l ec a j c u l a t i o ns h o w st h a tt h em o d e l 丘t 廿l ee x i s t i n gd a t aw e l l a tt 1 1 es a i i l et 曲e ，t l l em a ) ( 曲u me n t r o p ym o d e lk e e p sm c u n c e n a i n 哆o f 也eu n 虹嘶md a t a a n da t 也i eb a s eo fo n ed 妇e n s i o n a lc o m p o u n d e x t r e m ev a l u ed i s t r i b u t i o n 也e o 吼。眦l c i n do fu 1 1 c e n a mp r o b a b i l i t y _ 1 帅h o o n m a x i m 啪e 们o p y g u m b e lc o m p o u n d 髓r e m e 、w u em o d e l i sp r o p o s e d t m sm o d e l 证c l u d e sm eo c c u r r e n c e 丘e q u e n c yo fs p e c i a lw e a _ t h 盯p r o c e s s 廿l a tl e a d st 0e x t r e m e e a s t a t ea n d ( 汕n b e lp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nm o d e l t h em a i nj o b so ft h i st 1 1 e s i sa r e s t a t e da si 0 1 1 0 w s ： 1 t h es t u d yo n 廿1 e 咖o s tp o s s i b l ev a l u eo ft y p h o o no c c u r r e n c e 丘e q u e n c yi s t r a n s f o 肿e di n t 0m er e s e a r c ho nt h em o s tp o s s i b l ev a | u ec 乱c u l a t i o no ft y p h o o n 丘e q u e n c ym a x i m me n t r o p y 2 b a s e do nt h em e a s u r e dd a t aa n di t sc o n s t i t u t i v ec o n s t r a i n tc o n d i t i o n ，t h el e a s t p r e j u d i c ep r o b a b i l i 妙d i s t r i b u t i o ni sg o tm a tm a k e st h ee n t r o p y 劬c t i o nr e a u c h m a x i m i z i n g i t sp a r 锄e t e r s a r ee x p r e s s e de x p l i c i t l y 恤t e r m so ft 1 1 ed i s t r i b u t i o n m o m e n t so fm e 帅h o o no c c u 玎e n c e1 6 r e q u e n c y 3 c o n s i d e r i n gt h eo c c u r r e n c e 丘e q u e n c yo fs p e c i a l 鹏a t h e rp r o c e s st h a tl e a d st 0 e ) m e m es e as t a t e ，1 如h 0 0 nm a ) 【i m u me n t r o p y - g u m b e lc o m p o u n de x 扛e m ev 乱u e m o d e li sd e r i v e db 2 l s e do nc o m p o u n de x 仃e m ev a l u et h e o k e y w o r d s ：t y p h o o n ；f r e q u e n c y ；p r i n c i p l eo fm a x i m u me n t r o p y ；c o m p o n n d e x t r e m ed i s t r i b u t i o n 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼；垫遗直墓丝霞噩挂剔岂明竣：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：现1 荡 签字日期：2 c 年步月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：磊王玛 签字日期：瑚7 年拍哆日 一字：雨霹 一，i ，一i 签字日期：。7 年j 一月肜日 | 3 t 台风频数变化特征及其统计分布 第一章绪论 1 1 课题背景 台风是形成于热带或副热带洋面上的强天气系统，但影响范围不限于热带地 区，是一种破坏性极强的大气涡旋。登陆台风所带来的洪涝、降水、风暴潮给当 地造成了严重灾害，在全球三个海区影响最大：西北太平洋、西北大西洋和印度 洋海区。据统计，全球平均每年因台风灾害造成的经济损失达数十亿美元，伤亡 数万人。我国地处在西北太平洋的西侧，是世界上受台风影响最频繁、灾害最严 重的国家，据亚太经社理事会( e s c a p ) 和世界气象组织( w m 0 ) 所属台风委员会年度 报( a n n u a lr e p o r t ) 公布数据统计，我国因台风造成的经济损失是日本的7 3 倍、 菲律宾的1 0 2 培，越南的2 2 3 倍：人员伤亡分别是上述三国的4 2 倍、7 6 倍和1 9 3 倍n 1 ，由此可见我国受台风灾害深重。尤其是我国东南沿海台风灾害发生的频率 和影响程度居各种自然灾害之首。例如2 0 0 5 年沿海地区接连遭遇了“海棠”、 “麦莎一、“珊瑚”、“泰利”、“卡努 、“达维 和“龙王”等台风的袭击， 给沿海各省造成的经济损失达到5 0 0 多亿元，死亡1 5 0 多人口1 。因此，分析台风年 频数多年变化的统计特征，揭示台风频数的变化规律，有效的抵制台风对我国造 成的危害，是目前工作的主要内容。 1 2 台风规律的研究进展 上世纪9 0 年代，台风的研究有了很大的进展，我国科学家在国家科技攻关8 5 q 0 6 项目中的“台风科学、业务试验和天气动力学理论的研究”等与台风有关 的课题和国际台风研究合作项目“s p e c t r u m ( s p e c i a le x p e r i m e n tc o n c e r n i n g t y p h o o nr e c u r v a t u r ea n du n u s u a lm o v e m e n t ) 中对台风的突变现象和预报技 术进行了重点研究，目前在台风强度和移动路径突变，台风发生次数的影响 因素以及相应的预报方法等方面都取得了进展。 1 2 1 影响台风要素( 强度、路径、频数) 变化的研究现状 台风频数变化特征及其统计分布 一、台风强度变化的研究进展 台风强度的变化往往是由台风的结构及其结构的变化引起的，而台风结构与 强度的变化受以下物理因子的影响口l 冷空气冷空气可使台风变形而具有热带斜压特征。这种结构特征将使涡旋 获得斜压能量，位能转化成动能而使涡旋得以迅速发展。弱的冷空气将使涡旋位 势不稳定能量聚集，造成强对流发展而使弱的涡旋再生。另一方面，如果冷空气 过强，会彻底破坏台风的暖心结构，将其填塞消失。 急流台风趋近高空西南急流将加剧台风上空的流出气流，很多台风在这支 吹向东北方向的急流和急流南侧负涡度区的共同作用下得到迅猛发展，但当台风 移入这支急流下方遭遇垂直切变时，台风往往突然减弱甚至消失。 西风槽西风大槽的涡度下传，槽前高压对底层上升运动的激发等都会改变 台风的结构并使强度发生变化。 中小尺度系统台风中小尺度系统显著影响台风的强度变化，相邻中尺度涡 旋与台风涡旋的相互作用可使台风加强。 地形作用地形在一定条件下会改变台风的局部结构而使其强度变化。陆地 磨擦影响总的趋势是使台风减弱消亡，但也有短时间使台风增强的作用。 海面温度( s s t ) 和喷沫( s p r a y ) 海温是影响台风强度变化的重要因素。 台风从冷海面移经暖海面，其强度将显著加强。数值试验还表明，在台风冷尾迹 上移动的台风，其强度往往减弱，但由于其他因素的作用并非绝对如此。 端义宏n 1 等通过对台风强度变化研究的归纳、总结，将台风突然加强的可能 机制归纳如下：台风突然加强主要由2 8 度以上的高海表温度或台风环流圈及台风 眼壁对流凝结加热，造成梯度风的出现和维持，促使台风辅散风动能向旋转风动 能的转化增加，从而使台风突然增强。 近年来对台风强度变化的研究，使人们对台风强度变化过程的认识进一步的 深化。h o l l a n d 睛1 研究表明：温暖的洋面提供台风生成所需要的能量，因此台风 的强度强烈敏感于海面温度( s s t ) 的大小。z h u 等嘲利用美国宾州大学和美国国家 研究中心( p s u n c a r ) 中尺度模式5 模拟飓风“b o n n i e ”，发现s s t 降低约1 3 度即导致台风强度减弱2 5 h p a 。h o n g 等口1 耦合美国海军研究实验室的中尺度模式和 2 台风频数变化特征及其统计分布 g f d l 的海洋模式，模拟飓风“o p a l ”引发的s s t 冷却效应对风暴强度的减弱并不 显著，通过上述研究发现，关于风暴引发的s s t 冷却影响台风强度的研究，把不 同的数值模式应用于不同的台风个例，其结果往往存在着很大差异。因此，文献 1 模拟台风强度的变化不仅取决于由于台风移动引发的s s t 冷却的幅度大小，而且 取决于s s t 冷却区域的位置。除此之外，研究指出阻1 对流层非对称结构，环境垂直 切变，涡旋相互作用，切向风速水平廓线等因子都对台风强度造成影响。 二、台风路径变化的研究进展 台风路径主要分为两大类：正常路径和异常路经。正常路径主要是往西、西 北方向移动，或以抛物线形式转向北上。异常路径主要特征是打转、停滞、低纬 东移北折、低纬近岸突然北折、中高纬长距离西进、中高纬突然西折、蛇形摆动、 双台风互旋n 们。 以往的研究主要是从台风内部结构、不同尺度系统和不同纬度环境的相互作 用下垫面地形方面来考虑对台风运动路径的影响。主要应用因子有： ( 1 ) 动力和热力非对称结构对台风路径的影响 陈联寿于8 0 年代中期首先提出台风环流的非对称结构是影响台风运动的重 要因子n ，并与根据加强观测资料，证实了台风非对称结构确实与台风未来移向 移速有密切关系。除动力非不对称结构，台风的热力非对称结构也会显著影响热 带气旋的移动路径，在弱的环境流场中，这种热力非对称结构往往可成为一种主 导因子而导致台风打转、偏折或偏离弱环境场引导气流等异常运动n 2 1 。 ( 2 ) 地形作用 地形是影响台风运动的重要因子之一，地形对台风运动的影响在西北太平洋 最为显著的是台湾海峡西侧的岛屿和陆地。当台风趋进台湾岛屿时，台风最大风 速半径减小，使台风结构由松变紧，导致台风路径向偏北方向偏折。罗哲贤和陈 联寿用一个b e t a 平面准地转正压模式研究台湾地形对台风路径的作用，结果表 明，台湾岛地形的引进会使台风路径向右偏移：地形使台风环流的最大风速区向 台风中心方向推移，造成台风环流空间尺度减小，结构的变化是路径右偏的一个 可能原因，而在弱的环流场的条件下，台风路径会受到海面温度( s s t ) 的影响， 台风沿着前期s s t 暖区外围的等s s t 线，并与暖轴平行移动，避开行进前方的s s t 台风频数变化特征及其统计分布 冷区。 ( 3 ) 中纬度系统的相互作用 台风的运动受中纬度高空切断冷涡的影响十分显著。高空冷涡可使台风运动 方向发生突然转折，冷涡的大小和深度的变化可改变台风的垂直结构，导致台风 上下层中心的偏离，形成垂直切变，从而影响台风运动。青藏高原高空流流型与 台风路径变化有密切关系n 劓，青藏高原通过对其下游槽脊及副热带高压的影响， 进一步影响台风运动，造成台风路径的差异，当青藏高原上为脊区控制，此时长 江中游至沿海为槽区，副热带高压的西脊点偏东，成经向型。这时台风往往在沿 海深槽前的环流引导气流作用下转向北行。高原上空为槽，原高原高压移出高原 与副热带高压合并，使副热带高压增强西伸，台风在副热带高压南侧的东风引导 下西行。 三、台风频数变化的研究进展 台风的发生频数受大气环流、下垫面、海温、高低纬向风异常等多种因素的 影响，8 0 年代以来，国内外气象学者研究了赤道东太平洋海温或e n s o 现象与西太 平洋台风活动的关系，潘怡航较早研究了东太平洋海温与西太平洋台风发生频数 之间的关系，发现两者的变化有相反的趋势，即海温为正( 负) 距平时，台风次 数偏少( 多) 。李崇银n 钉指出，西北太平洋与南海台风以及进入中国大陆的台风 频数，都是厄尔尼诺年平均偏少，反厄尔尼诺年偏多。“6 盯1 研究揭示，对台风发 生频数年际变化的影响因素有海温、大气环流和厄尔尼诺现象等，海温是影响夏 季风异常的重要因子，不同海域的海温异常通过海气相互作用产生对大气环流不 同的影响。夏季台风频数这种明显的年际变化还取决于影响台风生成的大气环流 变化，沃克环流是近赤道地区纬圈平面上存在的一种纬向垂直环流，热带太平洋 地区高底纬向风异常表示沃克环流异常，高底纬向风异常程度偏大，沃克环流偏 强，台风生成频数偏多，反之，台风生成频数偏少。g r a y n 9 3 还指出西太平洋台 风活动与厄尔尼诺现象的关系比较复杂，厄尔尼诺的西太平洋台风频数并不比前 后一年明显偏少，厄尔尼诺现象对台风频数的影响与台风生成的区域有关。 1 2 2 台风( 强度、路径、频数) 预报的研究现状 9 0 年代以来，我国连续不断地开展了台风的研究工作，在1 9 9 卜1 9 9 6 年间， 4 台风频数变化特征及其统计分布 组织了国家科技攻关“台风科学，业务试验和天气动力学理论的研究 等课题。 并与1 9 9 3 一1 9 9 4 两年开展代号为c a t e x ( c h i n aa b n o r l a lt y p h o o ne x p e r i m e n t ) 的 国内台风科学实验口1 ，通过实验采集丰富的台风内部高低空和台风周围环境以及 海面和深海的加密观测材料，以研究台风的异常运动，该课题的研究与1 9 9 5 年底 完成。在此期间，我国建立了一套台风数值预报方法，首次系统地在业务预报中 应用并发报。到目前为止，我国国家气象中心、广州和上海区域气象中心已建立 了用于预报台风路径的业务数值预报系统。 ( 1 ) 国家气象中心的台风路径预报模式( m t t p ) 国家气象中心以有限区业务模式( l a f s ) 为基本框架，开发了一个单向双重 嵌套台风路径数值预报试验模式。引入了模型台风( b o g u s ) ，b o g u s 利用场面参数 构成，然后再叠加到客观分析场上作为台风路径预报的初始场，采用轴对称涡旋 的模式初始场，或多或少的对模式预报结果造成一定的误差，为解决这一问题， 汹1 通过从初始背景场中抽取费对称分量并加入到对称的b o g u s 数据当中，形成非 对称的台风涡旋场，从而提高的业务水平。叫1 改进了构造b o g u s 采用简单物理过 程参数化方案。对消除台风模式初始化时刻的激烈调整，台风路径预报等方面有 重要的作用。 ( 2 ) 广州区域气象中心的台风预报模式( s t c m ) 8 0 年代中期广州热带海洋气象研究所建立了一个热带有限区业务数值预报 系统( 简称t l 6 ) ，但鉴于当时计算机资源条件的限制，t l 6 的分辨率低，物理过程 也比较简单。“八五 期间，大幅度的提高模式的空间分辨率和引进较完整的物 理参数方案，在t l 6 模式基础上发展了适用于南海台风预报的套网格模式( s t c m ) ， ( s t c m ) 模式与t l 6 模式有相似的坐标系统，时间积分采用显示经济格式，垂直方 向采用地形坐标。模式预报采用套网格结构，预报积分中粗网格每小时为细网格 提供边值，采用单项嵌套。根据台风警报中给出的信息，构造模型台风，台风的 初始移动速度叠加在模型台风上，形成模型台风的非对称结构，建立非对称的模 型台风。通过对9 3 、9 4 年在南海台风进行预报，结果说明，( s t c m ) 模式对南海区 域台风具有完全预报能力阱1 。由于计算机条件的限制，一些有重要意义的天气尺 度波可能在区域模式中失真，万齐林3 1 建立了( s t c m ) 与全球谱模式( t 6 3 ) 的嵌套 5 台风频数变化特征及其统计分布 模式，其原理是：删除( s t c m ) 模式中的粗网格部分，将细网格部分直接与的有限 区与全球谱模式( t 6 3 ) 嵌套。 ( 3 ) 上海区域气象中心的台风预报模式( e t c m ) 东海台风路径预报模式( s t m ) 在1 9 9 4 年建立，s t m 以p u s n c a r 中尺度原始方 程删4 为动力框架。台风b o g u s 是根据实测台风的中心位置，中心气压和大风区域 等参数以及客观分析场构成模型台风，与客观分析场合成得到。初始化采用非线 性正规模初值化方法。阱1 s t m 与主观预报和日本数值预报( t y m ) 的预报误差相比 较，s t m 的2 4 小时预报不如主观预报，但4 8 小时预报在1 9 9 6 年和1 9 9 8 年均好于主 观预报。s t m 仅在1 9 9 8 年4 8 小时和7 2 小时的预报稍好于t y m ，但对于三年的平均预 报误差，还存在一定的差距，需要进一步的改善。1 顾建峰为改善s t m 预报精度， 在模式物理过程以及二次台风b o g u s 技术、三维最优插值客观分析方法和资料同 化等方面进行了实验研究，结果表明：摩擦拖曳系数较s t m 业务预报对台风移动 趋势在登陆后明显要好，二次台风b o g u s 技术较业务预报稍有改善，三维最优插 值客观分析方法对台风路径预报有一定的改善。并在1 9 9 8 年业务预报中实现了间 歇资料同化处理的业务化运行。 。 上述数值预报方法自投入业务以来运行稳定，随着计算条件的改善和观测手 段的进步，台风数值研究也取得了一定的成果，地面加密观测资料可显著优化模 式初始场，尤其在较高分辨率的情况下，对预报有明显改进啮1 。近年来，由于以 大气动力学和热力学为基础的数值天气预报有了巨大的进展，因此数值预报产品 的统计释用将是提高热带气旋路径客观预报性能的途径之一。例如通过对数值预 报产品的订正和统计释用，研究建立了一个时效可达7 2 小时的热带气旋路径客 观预报模式1 ，该模式目前也正在投入业务应用，主要用于东海和浙江沿海一带 的热带气旋路径预报。 早在7 0 年代中期，我国就有9 种客观预报方法投入业务应用，几十年来，旧 的方法逐步被淘汰，新的方法不断地涌现并逐步优化，目前投入广播的客观预报 方法分别归为：统计预报方法、统计动力学预报方法和集合预报方法。其中2 4 小 时预报技巧以统计预报较高，4 8 小时以统计动力学预报为最高。台风的数值预报 还有待进一步提高。 6 台风频数变化特征及其统计分布 1 3 本文研究的内容 本文对建国以来西北太平洋生成台风和登陆我国台风频数的变化特征进行 讨论。基于最大熵原理，建立了台风发生频数的最大熵概率模型，与传统的统计 方法不同，新模型的建立是非先验的，保持了对未知数据的最大的不确定性。根 据复合极值理论，建立了新模型与耿贝尔的复合极值模型，用以推算黄海某站的 多年一遇极值波高。本文主要内容包括以下几部分： 1 统计分析了西北太平洋生成台风和登陆我国台风频数的变化特征，分析e n s o 穹- 事件对台风频数的影响。 2 在最大熵原理的基础上，建立了四参数的台风发生频数的最大熵概率模型。 并通过与泊松分布相比较，检验台风发生频数的最大熵模型的有效性。 3 以黄海某站的2 7 年的年极值波高观测资料，在复合极值理论的基础上，考虑 台风发生频数的最大熵概率模型，提出了台风最大熵一耿贝尔复合极值模型， 用以推算该站的多年一遇极值波高，并与泊松一耿贝尔复合极值模型进行比 较。 7 台风频数变化特征及其统计分布 第二章西北太平洋台风和登陆我国台风频数变化特征 台风对我国工农业生产、交通运输以及人民生命财产都会造成严重的威胁， 尤以沿海地区为重。随着我国改革、开放的进一步推进，特别是随着沿海地区的 经济开发，台风过程导致的高水位和海浪波高对所影响海区造成巨大的海洋灾害 越来越引起人们的关注。 西北太平洋是全球台风发生频率最高的海域，中国位于西北太平洋沿岸，受 台风影响相当严重，因此西北太平洋台风的活动、变化及其影响是国内气象工作 者十分关注的问题，多年来从不同的角度进行了研究，在台风频率变化的研究方 面也有不少汹嘲1 。台风的发生频数受大气环流、下垫面、海温、高低纬向风异常 等多种因素的影响，8 0 年代以来，国内外气象学者研究了赤道东太平洋海温或 e n s o 现象与西太平洋台风活动的关系，潘怡航口2 1 较早研究了东太平洋海温与西太 平洋台风发生频数之间的关系，发现两者的变化有相反的趋势，即海温为正( 负) 距平时，台风次数偏少( 多) 。陈兴芳1 等还分析了厄尔尼诺和反厄尔尼诺年与 台风生成位置和强度的关系本文利用1 9 4 9 2 0 0 0 年台风和e n s 0 资料，统计分析 了西北太平洋生成台风和登陆我国台风频数的年际和年代际变化特征和e n s o 年 和正常年台风活动情况，分析了e n s o 事件与台风频数的相互关系。所得结果对台 风短期预报提供了有益的信息。 本文1 9 4 9 2 0 0 0 年的台风资料取自中央气象局编的热带气旋年鉴，8 9 年 以前，凡出现在东经1 5 0 。以西，赤道以北的热带风暴和台风划分如表2 一l ： 表2 18 9 年以前热带气旋划分 名称风速( m s )风力 热带低压 1 0 8 1 7 1 6 7 级 台风1 7 2 3 2 6 8 1 l 级 强台风 3 2 7 1 2 级或以上 8 9 年起以后，根据国际规定，且为更好地识别和追踪风力强大的热带风暴和台风， 中国气象局“关于实施热带气旋等级国家标准”分为六个等级，如表2 2 ，台风仅 是其中之一： 9 台风频数变化特征及其统计分布 表2 28 9 年以后热带气旋等级 等级名称风速( m s )风力 热带低压 1 0 8 1 7 16 7 级 热带风暴 1 7 2 2 4 5 8 9 级 强热带风暴 2 4 6 3 2 6 l o 一1 l 级 四台风 3 2 7 4 1 4 1 2 1 3 级 五强台风4 1 5 5 0 91 4 一1 5 级 上 超强台风 5 l 1 6 级或以上、 需要说明的是，除特别说明外，文中所谓台风是指地面中心附近的平均最大风力 达到8 级( 1 7 2 m s ) 或以上的热带气旋( 按照1 9 8 9 年开始实行的新规定，相当于达 到热带风暴强度或更强的热带气旋) e n s o 资料( 引自王绍武泓近百年来e n s 0 事件及其强度和n 7 1 ) 。 2 1 生成台风频数的变化特征 对1 9 4 9 2 0 0 0 年期间西北太平洋( 包括南海) 生成台风的统计研究表明，近 5 2 年共有1 4 3 3 个台风生成，平均每年有2 7 6 个，标准差5 3 3 个。年生成台风最多 的是1 9 6 7 年，达到4 0 个：1 9 9 8 年最少，仅为1 4 个。其中强度达到四级及以上的强 台风( 1 9 8 9 年以后记法) 有8 8 9 个，约占生成台风总数的6 2 4 ，平均每年有1 7 个， 标准差4 4 7 个，年生成强台风最多的是1 9 6 7 年，为2 5 个；最少的是1 9 9 8 和1 9 9 9 年， 仅为6 个，与生成台风总数最多与最少年一致。 如图2 1 所示，西北太平洋生成台风与强度达到四级及以上的强台风频数变 化特征基本一致，相关性分析得到，两者相关系数为0 7 3 4 ，显著性水平达到了 0 。0 5 。2 0 世纪5 0 年代至6 0 年代后期，生成台风数有明显的增加趋势，8 0 年代后期 至9 0 年代中期也有较弱的增加趋势。1 9 4 9 2 0 0 0 年生成台风总数与强度达到四级 及以上的强台风频数减少趋势分别平均为0 3 7 个1 0 a 和1 1 个1 0 a ，显著性水平 达到o 0 0 l 和o 0 l 。1 9 7 7 年以后生成台风总数减少趋势平均为0 3 个1 0 a ，强度达 到四级及以上的台风频数有增加趋势平均为o 2 个1 0 a ，显著性水平均达到了 o 0 5 。表明近3 0 年来，西北太平洋总台风数逐渐减少，但强度达到四级及以上的 1 0 台风频数变化特征及其统计分布 强台风在数量却逐渐增加，所占台风比例也逐渐增加。 4 0 耋3 0 i s 区2 0 姐 1 0 1 9 5 01 9 5 51 9 6 01 51 9 7 01 9 7 5 1 9 8 01 9 晒1 9 1 9 晒2 0 0 0 年份 b 2 5 2 0 餐 1 5 譬1 0 5 1 9 5 01 鲇51 0 1 51 9 7 0 1 9 7 5 1 9 8 01 9 晒1 9 1 52 0 年份 图2 一l 西北太平洋生成的台风( a ) 和强度达到四级及以上台风( b ) 频数的变化曲线( 木 为最大值，o 为最小值，为平均值，一为多项式趋势) 西北太平洋生成台风频数的距平累积曲线( 图2 2 ) 表明，1 9 4 9 2 0 0 0 年西北太 平洋生成台风和强度达到四级及以上的强台风频数在2 0 世纪5 0 年代中后期至7 0 年代初期较多，其次是8 0 年代后期至9 0 年代初期，7 0 年代中期至8 0 年代中期进入 偏少期，9 0 年代中期起进入明显减少期，且1 9 9 8 年台风生成频数，仅为1 4 次，是 5 2 年来最少台风数。 图2 3 、图2 4 为生成台风频数距平的逐年变化曲线，其中虚线为生成台风频 数距平曲线，实线为生成台风频数距平的5 年滑动平均，点线为年代际距平的平 均趋势。可以看出，1 9 4 9 2 0 0 0 年西北太平洋生成台风和强度达到四级及以上的 强台风频数存在明显的年际和年代际变化差异，2 0 世纪5 0 年代后期至7 0 年代初 期、8 0 年代中期至9 0 年代中期，为正距平阶段，台风频数较高，为较活跃阶段； 5 0 年代初期至5 0 年代后期、7 0 年代中期至8 0 年代中期、9 0 年代中期以后为负距平 阶段，台风频数较低，为台风不活跃阶段。特别的是，近1 0 年是生成台风频数最 少的时期。 台风频数变化特征及其统计分布 图2 2 西北太平洋生成台风频数的距平累积 曲线l ：生成台风：曲线2 ：强度达到四级及以上的强台风 可见，西北太平洋生成台风和强度达到四级及以上的强台风频数变化趋势基 本一致，相关性较明显，按1 0 年一阶段统计( 表2 3 ) ，相关系数达到了o 9 0 5 5 ， 显著性水平达到0 0 5 。 表2 3 生成台风的年代际频数 年代 1 9 4 9 一1 9 5 91 9 6 0 1 9 6 91 9 7 0 一1 9 7 91 9 8 0 1 9 8 91 9 9 0 一2 0 0 0 生成强台生成强台 生成强台 生成强台 生成 强台 台风风台风风台风风台风风台风风 总频数个 2 8 9 1 9 33 1 42 1 42 7 l1 5 8 2 7 l 1 5 8 2 8 81 6 6 年平均数个 2 6 3 1 7 5 3 1 4 2 1 42 7 11 5 82 7 11 5 82 6 2 1 5 1 台风频数变化特征及其统计分布 阱 例 籁 豸 匿 4 口 1 5l l l 1 j 一一j i 十1 一2 ： 一点线 i j 一二一一一一；一一一：一一- 一；一上 l ； i ；l i nj m 。轰二麟 i t l i 胛： 一一i 一一t 一二a 一一l ，倒一乙 f 一r 一i 斧ww 韵 4t !a ：!f ； 撇州铲瓣缨i 骝 。 一w i 一：一j j 一i i i 一 w f - 。1 5 1 磊矿喇嘉1 玄f 嗡吾1 亩f 丽青1 高r 名言1 赢厂石嘉面 年份 图2 3 西北太平洋生成台风频数( 曲线1 ：矩平逐年变化曲线i 曲线2 ：五年滑动平均；点线： 正负距平年代际变化) 5 斗 髫 籁0 舞 匠 啦 5 i 一1 l 一 一2 磊於 t 一点线 - 一 l 疆麟_ 。 么翱；懒蛹r l ， f 1 y i 黼 厂v 辫：_ _ i 、 3 ( v y 。 1 01 晒1 9 01 9 7 59 1 9 1 9 1 9 眄2 0 4 北太平洋强度达到四级及以上的强台风( 曲线l ：矩平逐年变化曲线：曲线2 ：五 点线：正负距平年代际变化)1 3 台风频数变化特征及其统计分布 2 2 登陆我国台风频数的变化特征 对1 9 4 9 2 0 0 0 年登陆我国台风频数的统计研究表明，近5 2 年共有3 6 3 个台风登 陆，平均每年登陆7 个左右，标准差为2 3 1 个。从登陆我国台风频数的年际变化 ( 图2 5 a ) 可以看出，登陆台风最多的年份是1 9 7 1 年，达到1 2 个；最少登陆台风 频数为4 个。登陆台风的年代际差异( 表2 4 ) 可见，7 0 年代后期和9 0 年代后期登 陆我国台风数明显减少。1 9 9 5 年以后登陆台风频数进入低值区，其间除1 9 9 9 年在 均值( 7 个) 以上，其他年份均不大于平均值，且1 9 9 7 和1 9 9 8 登陆台风数达到了 5 2 年来最低。 表2 4 登陆我国台风的年代际频数 年代 1 9 4 9 一1 9 5 91 9 6 0 1 9 6 91 9 7 0 1 9 7 91 9 8 0 一1 9 8 919 9 0 一2 0 0 0 总频数 6 27 67 0 7 18 4 年平均数 5 67 677 17 6 七 籁 懿 区 姐 * 蠹 螽 匿 姐 图2 51 9 4 9 2 0 0 0 年登陆我国台风频数 a ：逐年变化曲线、多项式趋势：b ：登陆我国台风频数的矩平曲线 5 0 年代中期至6 0 年代中期，登陆我国台风呈明显的增加趋势，6 0 年代，1 0 年 间登陆我国台风频数为建国以来年代最大值，年平均值可达7 6 个，大于5 2 年来 年平均值7 个，7 0 年代初期，8 0 年代后期至9 0 年中期有较短的增长趋势。2 0 世纪 1 4 台风频数变化特征及其统计分布 5 0 年代，是热带气旋( 包括热带低压) 登陆我国较频繁时期，气旋总数达到1 0 6 个，但其强度较弱，因为本文考虑的是热带气旋中心最大风速大于等于1 7 2 m s 的热带气旋，统计计算表明，1 9 4 9 1 9 5 9 年问，登陆台风为6 2 个，年平均5 6 个， 远远低于5 2 年来登陆台风的年平均值，故5 0 年代初期也称为台风活动偏少期。7 0 年代整体上的登陆我国台风频数较少，平均每年登陆7 1 个。5 0 年代初期，7 0 年 代中期至8 0 年代中期，有一个较短的偏少期，9 0 年代后期登陆台风频数明显下降。 对5 2 年来登陆我国台风频数的距平( 图2 5 b ) 分析结果表明，登陆我国台风频数 有2 3 年为正距平，1 9 年为负距平。图2 6 给出了5 2 年来登陆我国台风频数的累积 距平和五年滑动平均距平值，较清楚地反映了登陆我国台风频数的年际和年代际 变化趋势。 肾 措 籁 区 啦 一寸t 卜于卜一i；一，- ， h，v 夏e l 羔茁釜、蔓羔美：；笙：二 、。、： ” _ 一 。： f i 一r 一i 严、i 一一! ：7 v f 。j 一歹垆暑弩一了7 一j 一j 一_ ：乡t 一一 一 三彬0 舻j # 蔓 ) 图2 6a ：5 2 年来登陆我国台风频数的累积距平 b ：五年滑动平均距平值和正负矩平区域 1 5 台风频数变化特征及其统计分布 螽 爨 霸 牛 匠 姐 图2 7 登陆我国台风的逐月变化曲线 登陆我国的台风频数除具有明显的年际和年代际变化特征外，其月际变化也 较为显著。从登陆我国台风频数的逐月分布( 图2 7 ) 可见1 9 4 9 2 0 0 0 年，1 月、2 月、3 月历年来无登陆台风，4 月和1 2 月各有一个台风登陆。分别是1 9 9 1 年4 月2 8 日和1 9 7 4 年1 2 月9 日。我国台风登陆季节主要是5 月至1 1 月，约占台风登陆总频 数的9 6 ，7 月、8 月是台风最活跃的季节，也是台风登陆强盛期，分别占台风登 陆总数的2 1 和2 6 4 。 2 3e n s 0 事件对登陆台风频数变化的影响 厄尔尼诺系指赤道东太平洋海温异常持续升高，反厄尔尼诺系指赤道东太平 洋海温异常变冷，台风活动的异常与热带大尺度环流的改变密切相关，e n s o ( 厄 尔尼诺和反厄尔尼诺) 事件是影响大气环流和气候异常的强信号，必然会对生成 台风的频数、强度、位置等台风活动特征的异常产生影响。 1 9 4 9 2 0 0 0 年中有1 6 个厄尔尼诺事件年份，1 5 个反厄尔尼诺事件年份。 厄尔尼诺年：1 9 5 l 、1 9 5 3 、1 9 5 7 、1 9 6 3 、1 9 6 5 i1 9 6 8 、1 9 6 91 9 7 2 、1 9 7 6 、1 9 7 7 、 1 9 8 2 、1 9 8 3 、1 9 8 6 、1 9 8 7 、1 9 9 1 、1 9 9 7 。 反厄尔尼诺年：1 9 4 9 、1 9 5 0 、1 9 5 5 、1 9 6 4 、1 9 6 7 、1 9 6 8 、1 9 7 0 、1 9 7 l 、1 9 7 4 、 1 6 台风频数变化特征及其统计分布 1 9 7 5 、1 9 8 5 、1 9 8 8 、1 9 8 9 、1 9 9 8 、1 9 9 9 。 牛 妊 区 姬 图2 81 9 4 9 2 0 0 0 年登陆我国台风频数逐年变化图 ( 木为反厄尔尼诺年登陆台风频数，为厄尔尼诺年登陆台风频数，点线( 上) 为反厄 尔尼诺年登陆台风频数年平均值，点线( 中) 为5 2 a 登陆台风频数年平均值，点线( 下) 厄 尔诺年登陆台风频数年平均值) 表2 5e n s 0 年登陆我国台风频数与5 2 年平均值的比较 分类偏多年数偏少年数总年数 厄尔尼诺年41 21 6 反厄尔尼诺年 7 81 5 图2 8 是1 9 4 9 2 0 0 0 年登陆我国台风频数的逐年变化曲线，可见5 2 年共登陆我 国台风3 6 6 个，平均每年达到6 9 8 个，接近于7 个。厄尔尼诺年共登陆8 7 个，平均 每年5 4 个，远低于5 2 年平均值；反厄尔尼诺年共登陆1 0 7 个，年平均值达到7 1 个，略高于5 2 年平均值，也就是说，反厄尔尼诺年的登陆台风频数年平均值比厄 尔尼诺年多1 7 个。对西北太平洋生成台风频数可作相同的讨论，得到反厄尔尼 诺年的生成台风频数年平均值比厄尔尼诺年多4 7 个。表明一般情况下，厄尔尼诺 年登陆台风和生成台风偏少，反厄尔尼诺年则偏多。通过以上的统计分析，可见 e n s 0 事件对台风的频数在年际尺度上存在影响，反厄尔尼诺年会有相对更多的台 1 7 台风频数变化特征及其统计分布 风生成和登陆，厄尔尼诺年反之。产生这样的异常主要是由于海温异常所造成的，