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ENSO对台风的影响 作者：曾思铭（中国人民解放军理工大学气象学院军事海洋学专业 邮编：211101）摘要 本文通过研究ENSO对台风频数、强度、位置和移动路径的影响，以及ENSO影响台风的物理机制，做出一些有意义的结论 关键词 ENSO 台风 SOI 物理机制 Walker环流 开尔文波一、引言 80年代以来，ENSO就已引起各国科学家们对这一课题的浓厚兴趣。而国内外关于厄尔尼诺和南方涛动对太平洋的台风活动影响方面的研究做了大量卓有成效的工作。 ， ENSO事件是太平洋温度的变化(厄尔尼诺或EN)及横贯太平洋盆地的海平面大气压的变化(南方涛动或SO)。根据格兰茨对ENSO的科学定义为：用海温指数表示海温距平(从西经160度到南美洲沿岸地区，赤道南北纬4度之内)，正距平至少持续三个季以上，且至少有一个季以上正距平值超过0.5度，同时南方涛动指数SOI（塔希提岛与澳大利亚的达尔文岛的气压差）在此期间必须保持负值，且小于-1.0。台风活动的异常和热带大尺度环流的改变密切相关，而厄尔尼诺事件是影响大气环流和气候异常的强信号，必然会对台风的发生频数、强度、位置、移动路径等台风活动的特征产生影响。本文根据近来国内外学者对这一课题的研究成果，综述了ENSO对台风影响的若干事实及其物理机制，得出一些比较一致和有意义的结果。二、正文1ENSO对台风频数的影响1.1 资料分析Ramage曾认为厄尔尼诺现象同热带气旋频数之间无明显的联系。然而，Gray的研究表明，强的或中等强度的厄尔尼诺现象抑制了大西洋飓风的发生、发展。潘怡航、李崇银、董克勤等分析了赤道东太平洋海温与西北太平洋台风的相关关系，指出厄尔尼诺年(EN)台风活动减少，反厄尔尼诺年（AE）台风活动增加。图1是何敏等统计的西北太平洋生成台风频数逐年变化曲线，图上标明了 EN()和AE(O)年份，由于解放前后两个时段统计台风的范围和标准不同，因此图中18841948年生成台风的多年平均数为20个(东经150度以西)，1949-1996年为28个(180度以西)。由图可见大多数EN年台风活动减少，AE年台风活动增加。这也是目前较为流行和公认的看法。1951-1996年间共有15个EN年，11个AE年。用X2检验来判别EN年和AE年西北太平洋台风活动频数差异的显著性。判别方法为X2 = d2 /n，其中d=(C-D) (A-B)，n为总年数，A、B、C、D为EN年和AE年台风频数偏多、偏少的年数。自由度为1时，90%信度的X2 =2.71，95%信度的X2 =3.84。（图略）计算表明虽然大多数EN年登陆台风和生成台风数偏少，AE年偏多，但X2检验值均没有超过0.10信度要求，因此EN年和AE年对台风活动影响差异的可靠性不显著。对EN和AE年太平洋东、西部生成台风频数差异显著性进行X2检验(表略)结果表明，EN年东西部台风活动差异的X2值超过了0.005的信度要求，说明在EN年西部台风活动减少、东部台风活动增加这一结论是可信的，而AE年东西部台风活动均增加，差别不显著。 研究还表明，强的厄尔尼诺年、弱的反厄尔尼诺年对台风频数的影响较为明显。而ENSO与我国登陆台风数量相关最密切的月份是10月份其实，这种相关在秋季(911月份)都是很明显的。所以，911月份登陆台风少也是厄尔尼诺现象的一个征兆。1.2 ENSO与来年台风活动频数施能计算了SOI第一主成分与西北太平洋当年、来年台风和强台风发生数量的定量相关关系以及EN年和AE年，强涛动年和弱涛动年强台风发生数的平均值之差。得到以下结论：1）EN年发生的来年16月全为正相关，712全为负相关。2）EN年或弱涛动年的当年8月，来年1、4、10、11月相关关系已达到或超过0.005、0.01以上的信度。且EN年711月台风、强台风发生数量偏少，来年711月发生数偏多(711月份是台风多发季节)。EN现象与7月，来年6月台风、强台风发生数量有极好的相关关系(相关系数达到0.51)。3) 由于厄尔尼诺或弱南方涛动抑制了来年16月的台风发生，所以表现在初台日期有明显差异EN年时，来年初台偏迟；AE年时，来年初台偏早。1.3 ENSO对南海台风的影响1、厄尔尼诺年对台风频数的影响与台风生成的频数有关。研究表明：1）弱涛动年7月份南海台风可能增加，而10、11月份南海台风可能会明显减少。2）弱涛动年或厄尔尼诺年的来年7、9、10、11月份南海台风活动将明显增加。3）ENSO与来年逐月南海台风发生数有明显的相关。2、ENSO对登陆台风强度的影响经分析：当年7月或7月份以前，厄尔尼诺年或弱涛动年可能有极强的台风登陆，而反厄尔尼诺年几乎不可能有特强的台风登陆。但是，随着时间的推移，反厄尔尼诺年或强涛动年可能有极强的台风登陆。10月份以后EN年没有观察到中心气压小于915hpa的特强台风登陆。厄尔尼诺年来年8月以后，特强台风登陆的可能性明显大于反厄尔尼诺年。但总的说来，EN年生成台风的强度较常年强。3、ENSO对台风位置和路径的影响厄尔尼诺年当年，台风、强台风登陆点的纬度偏南，经度偏东。阮均石通过分析19501976年中等强度的厄尔尼诺事件认为：在厄尔尼诺年当年7-9月份西北太平洋台风以西移以及海上抛物线为主，其主要特征是台风从源地生成后开始向西方向移动到达菲律宾附近的东北洋面后，有相当多的台风西移进入我国南海、华南一带，另一部分则转向东北影响本区。如图3所示 在EN年之后的一年，7-9月份台风移向表现为偏北移动，较少有台风西移入我国南海。4 物理机制关于ENSO影响台风的物理机制，潘怡航、李崇银、DongK等都做了大量的研究。4.1 SST正常情况下，热带赤道太平洋海温分布呈现明显的东低西高的现象，东太平洋为著名的赤道干燥带，西太为全世界最大最强的暖区。海温变化则呈明显的东西反向变化的跷跷板现象：EN年时东太为显著的海温正距平区，西太为明显的海温负距平区；AE年时海温变化正好相反。这种海温分布和变化，直接影响着西太台风的发生发展。台风是发生在热带海洋上的一种最猛烈的灾害性天气系统，其最重要的生成条件之一是在海温超过26.5摄氏度的洋面上。显然，在厄尔尼诺年西太平洋海温变冷，必然会抑制台风的发生发展。而在反厄尔尼诺年时西太平洋海温增暖，必将促进台风的发生发展。4.2 Walker环流沃克(Walker)环流是热带大气中的行星尺度纬向环流，其上升支在赤道西太平洋，下沉支在赤道东太平洋。已有的分析研究数值模拟表明，赤道东太平洋SST偏冷或偏暖都会引起沃克环流的变化。当赤道东太平洋SST偏冷时，通过海气相互作用，会使得对流层在那里有下沉运动，即出现所谓强沃克环流形势。相反，当赤道东太平洋SST偏暖时该地区上空将出现上升运动，而在西太平洋出现下沉气流。这种行星尺度的环流形势必然影响到西太平洋的积云对流活动，进而影响台风的生成。在厄尔尼诺年(东太SST偏高)，通过沃克环流在西太平洋台风的主要源区（东经130-160度）出现行星尺度的异常下沉气流，从而对台风生成不利。这可能是厄尔尼诺年西太平洋台风数平均偏少的主要原因。同样道理，反厄尔尼诺年西太平洋台风平均数应该偏多，其情形如图4。4.3 副高研究表明，由于厄尔尼诺的出现，使沿东经120度附近的经向环流偏北减弱，致使西北太平洋副高在夏季偏弱。一般来说，登陆我国南部的台风路径受副高边缘的气流引导操纵，所以副高动态直接影响到台风的移动路径。由图5可看出，弱涛动年(或EN年)9、10月，由于弱涛动年(或EN年)西北太平洋副高位置偏南，台风路径更易偏南西进，这可以解释厄尔尼诺年台风登陆点比反厄尔尼诺年更偏南。反尼尔尼诺年，副高偏弱且偏北，台风更易在较高纬度登陆或在海上转向。台风生成数量和生成位置与500hpa副热带高压也有关系。图6是下半年(510月)副热带高压脊线(东经110150度)和台风生成位置的多年平均变化曲线，显示出它们的变化趋势基本相同。当副热带高压的强度异常强大，位置比常年偏南时，台风多发区的垂直切变增大，不利于台风生成，相应的台风生成数量也明显偏少(以1987年710月为例，只有22个)。4.4 ITCZ热带辐合带(ITCZ)是一个强的对流活动，其中有一系列的对流云团或低压在活动着，而相当部分的台风就是由辐合带中的低压或云团发展而成的。因此，台风的活动直接受到ITCZ的影响，而且从理论上讲，ITCZ越强，越有利于台风生成。在其它条件不变的情况下，低云或对流云团在热带地区所处纬度越高，f越大，越有利于台风发展平均来讲，ITCZ位于北纬8-10度。而在EN年，ITCZ在西太平洋偏南偏弱，在AE年则有相反的情况。因此，EN年台风生成数量会偏少，而AE年偏多。4.5 低纬度东风急流关于200hpa上低纬度东风急流在西北太平洋台风生成中的作用，研究表明低纬度东风急流的存在是西北太平洋地区多台风活动期的一个主要特征，在急流的北侧有明显的负涡度且有强而深厚的垂直运动，这有利于台风的生成、维持和发展。阮均石的研究表明厄尔尼诺来年西北太平洋高层低纬度有较强的东风，利于台风的生成和活动。4.6 赤道热带气旋的发生与开尔文波有一种观点认为厄尔尼诺是由西太平洋上空伸展数百公里持续约一周的西风带的爆发所触发的，西风带异常往往由热带气旋产生，大多数厄尔尼诺年的年初，气旋在地面气压槽中形成，赤道两地各一个这种气旋属于印尼大低压系统，由于气旋风在北半球呈逆时针方向，在南半球呈顺时针方向。故气旋风暴中位于靠赤道一边的风总是自西向东吹，这些强西风带触发了开尔文波使暖水向东移动，在太平洋中部积聚，开尔文波通过压低温跃层使南美海岸变暖。我们知道气压槽及其孕育的气旋在海洋上最暖的地区上空形成，因为暖海水通过加热空气使其膨胀，而使大气压强减小，因此气压槽跟随太阳变化，在太阳离开赤道而作季节运动时，它稍稍滞后于太阳一些。6-8月（南半球冬季）南太平洋气压槽消失，北太平洋气压槽孕育的气旋位置也偏离赤道北面太远，不能产生开尔文波，开尔文波是赤道特有的一种现象，其振幅在赤道以外迅速减小（正好与科氏力相反，科氏力是地球自转的一种效应，其强度随离赤道距离加大而增强）。可见，由于6-8月间北半球夏季，低压槽在赤道以北远离赤道，故发源于西太平洋的开尔文波是不存在的。9月开始，气压槽随太阳南移，气压槽从前一个春天爆发的开尔文波在太平洋中部留下的暖水区移过，暖水区使气压槽加强，热带气旋再一次发展并触发开尔文波，使暖水往东流得更远，直至南美洲沿岸。厄尔尼诺期间，气旋能够在它们通常形成的地点的东面完好地形成，比如1957年和1982年11月份，气旋在莱恩岛（大致在西经160度）附近地区发育形成，正常情况下，这里是完全不可能有气旋活动的，可见在160W附近的气旋活动也就成为厄尔尼诺发生的指标。如果上述分析是正确的，那么预报厄尔尼诺的起始时间，持续时间和强度的问题就成了一个预报气旋发生的问题，换句话说也就成了一个与日常预报天气难度差不多的问题。热带气旋可以通过沿赤道爆发长达一周的西风带触发，从而维持厄尔尼诺，在厄尔尼诺年，从1月到5月气旋一般在赤道北侧属于印尼大低压系统的气压槽中形成，气旋西风带使得2至3月内横亘太平洋的水下开尔文波爆发，开尔文波把暖水推向太平洋中部并使南美洲近海的温跃层降低，从而使两个区域的海面变暖；从6月到8月，随着变暖区的扩大，南太平洋气压槽消失；随太阳运动的北太平洋气压槽及其气旋的位置太靠北，以至于不能在赤道激发开尔文波。因此南美近海海面从9月到11月就会冷却；到那时，北方的气压槽已移回赤道附近，而且它还可能移到春天留下来的暖水面上空并由此得到加强，然而如果它不孕育气旋，则厄尔尼诺就此终止；如果气旋形成，则新爆发的开尔文波将暖海水推向东面更远的地方，它本身又会反过来吸引它后面的气压槽；当开尔文波从12月到2月侵袭南美时，那里的海面又会变暖。5. 小结在过去的10多年中，ENSO对台风的强度、频数、生成位置和路径等研究都取得了明显的进展。其主要结论是：1）与多年平均比较，EN年西部比东部太平洋台风频数减少，台风生成位置偏东、偏南，中心气压偏低、风速偏大；AE年台风增加，位置偏西、偏北，但强度比EN年偏弱。2）EN年太平洋西部台风活动减少，东部台风增加。3）厄尔尼诺有明显抑制来年16月份台风生成的作用。来年8月之后，台风登陆的可能性明显大于反厄尔尼诺年。4）EN年西太平洋SST偏低，Walker环流增强，副高加强，ITCZ偏南偏弱，西北太平洋低纬度地区200hpa东风加强，东经120度附近的哈德莱环流偏北减弱，因此有利于台风的生成和活动，如