关于影响西北太平洋超强台风发生发展的物理因子研究的文献综述

1、关于影响西北太平洋超强台风发生发展的物理因子研究的文献综述摘 要：在热带洋面上热带扰动形成台风之后发展情况很不相同。有些台风初生以后强烈发展，有一些台风在热带洋面上强度少变，也有一些台风在热带洋面几次经历减弱又重新加强起来。所有这些都涉及到台风发生发展的问题。关于影响西北太平洋超强台风发生发展的物理因子国内外都做了大量研究，也建立了一定的理论模式。作者将对这些进展作简要综述，对有利于台风加强的物理因子做了简单的总结梳理，希望能对西北太平洋超强台风的预测做一点贡献。关键字：超强台风；西北太平洋；发展；物理因子1 引言台风（热带气旋）是世界上最严重的自然灾难之一。平均每年发生80个以上，其中西北太

2、平洋每年有28.2个，而能发展成超强台风（底层中心附近最大平均风速 51.0 米/ 秒，也即16 级或以上）的有23个1，它经过时带来的狂风、暴雨、巨浪和风暴潮等常给人类的生产生活带来巨大的损失。随着近年来自然环境的不断恶化，极端天气频数不断增多，对沿海地区经济有着巨大影响的超强台风的发生也变得越来越多，台风最高级数也不断被刷新。我国处在西北太平洋沿岸，因此西北太平洋产生的超强台风对我国沿海地区的经济有着息息相关的影响。如2010年10月23日在我国福建省漳浦县沿海登陆的台风“鲇鱼”，登陆时中心附近最大风力达到17级以上（68米/秒），是近20年以来西北太平洋和南海出现的最强台风，同时也是今年

3、全球范围内生成的最强台风，还是1949年以来秋季登陆福建强度最强、最晚的台风。“鲇鱼”引发的大风和强降雨给我国福建、台湾、浙江和广东等地交通运输、农业生产、近海养殖及渔业、群众生产生活等带来不同程度的影响，直接经济损失近30亿元人民币。因此研究影响或促使强度超强的台风的生成、发展的物理因子，剖析适合超强台风发生发展的环境，掌握超强台风的发生和发展规律，不但是科学研究上的需要，也是防台抗台的一项重要政治任务。2 国内外研究现状一个台风的生成一般需要具备四个基本条件：一是首先要有足够广阔的热带洋面，洋面不仅要求海水温度要高于26.5，而且在60米深的一层海水里，水温都要超过这个数值；第二是在台风形

4、成之前，要有一个弱的热带涡旋存在，虽然空气的上升运动是生成和维持台风的一个重要因素，但是其必要条件是先存在一个弱的热带涡旋；三是要有足够大的地球自转偏向力。在北半球，地球自转的作用使低气压周围的空气流进，沿着低气压的中心作逆时针方向旋转。在中纬度以南，离赤道越偏北，地球自转的偏向力就越大，越能使周围的空气流入低气压；四是在弱低压上方，高低空之间的风向风速差别要小。如果垂直风速的切变大，就不利于能量的堆积。但是，在台风生成以后，哪些物理因子的影响能促使其发展成为强台风甚至是超强台风呢？关于这方面，国内外学者做了大量的研究。笔者将对这些研究进展做一个简要的叙述。2.1 国外研究现状国外学者很早就开

5、始了对台风发生发展理论的研究，但在50年代中期以前，普遍的研究方式都是对某些地区个例的分析研究，因此其所得到的结论缺乏代表性，而且不同学者提出的理论模式都有不大相同的观点。如萨德勒观测到风暴的加强可由地面赤道槽中的涡旋发展而成，或者由对流层上部高空槽向下加强伸展所致。拉梅奇则强调海洋中部对流层上部高空槽的能量辐散作用，它可在初生扰动上空产生高空辐散促使扰动发展起来。加毕兹认为东风波对太平洋热带风暴的发展所起的作用并不大。综合前人的研究结果，辛普森在考虑一个热带风暴是否会加强时提出了七个条件。主要可归纳为三方面：第一，是在低空要有大量湿空气从外面流入到低压中或从海面输入大气的热通量要强；第二，靠

6、考虑“流入层”和“流出层”的风场条件；第三，要关注低压周围大尺度环流场上涡度变化的情况。2以上都是国外学者比较早年的一些研究结论。近期国外学者关于台风加强条件的主要研究方向是西北太平洋季风和大气季节内振荡对台风的影响。Harr 和Elsberry3 提出了西北太平洋活跃（不活跃）季风时期同台风的活跃（不活跃）时期相联系。而Nakazawa4早期研究指出，西太平洋多数的台风容易发生在大气季节内振荡(MJO)的湿位相中，因此MJO对TC的生成具有影响作用。Liebmann5 等研究了MJO对西北太平洋热带扰动的影响，并发现在西北太平洋MJO 的对流活跃部分TC增加。而且在活跃和不活跃时期台风相对T

7、C的比例都是不变的。在西北太平洋，MJO通过增大活跃对流时期的季风槽上气旋的频数，减少活跃时期季风槽外的频数，增大MJO非活跃时期季风槽外的频数而影响TC。2.2 国内研究现状 我国学者普遍认为，28以上的海温、高空小的风速切变、有利的环境背景、强的暖洋流形成的高海温区、低纬度星罗棋布的岛屿及南半球强冷空气活动形成强的向北越赤道气流等因素是西北太平洋比其他洋域发生更多热带气旋、更多超强台风活动的重要原因。早年陈联寿和丁一汇在以前众多分析基础上，提出了促使台风发展成为超强台风的几个条件并把它们分为：环境条件、热力条件和动力条件。长期以来，国内很多学者也都在这几方面做了或系统性或针对性研究。综合这

8、些研究结果，对台风的发生发展其重要作用的主要有一下几个物理因子。2.2.1环流背景环流背景对超强台风的发生发展而言是一个决定性的因素。很多研究者讨论了中低纬度大尺度环流与台风或飓风活动的关系，他们的共同结论是：热带气旋的生成发展和路径明显受大尺度环流活动，尤其是大气活动中心异常特征的影响。在某种意义上，大尺度环流的长期变化是更小尺度环流热带气旋活动变化的前提。早期我国学者对大气环流特征与台风活动的关系进行了很多十分有创见的研究。1962 年，陶诗言等6 就指出了夏季东亚低纬分为经向和纬向两种环流型，西太平洋台风活动次数在两种不同的环流型期间有很大的差别。其所以有如此悬殊，可以从两时期的低纬度环

9、流特点来说明。在经向环流期间，热带太平洋上存在赤道辐合区，基本气流垂直切变较弱，高层有强烈的辐散，有利于台风的发生和发展。在此基础上，许健民等7指出夏季在西太平洋的热带地区，当对流层上层和下层同时由纬向型转变成经向型时，往往与强台风或多台风有关系。谢义炳等8研究指出，北半球夏季西太平洋台风发生在赤道西风与北半球信风交界面的东端。而赤道西风由于其尺度大且稳定可视作低纬基本气流，台风发生的时间、地点及次数与低纬基本气流的位置及强度有密切的关系。丁一汇等9进一步给出了赤道辐合带中多台风同时发生和发展的天气学模式。陈联寿10研究表明了西太平洋台风活动的路径不仅受东亚副热带环流的影响，也受盛夏东亚中高纬

10、流型的影响。他的研究表明东亚阻塞高压的形势对副热带高压的进退和台风的路径都有密切的关系。近几年来，在台风的环流背景方面有较多研究的国家气候中心的丁一汇学者，开始进一步研究西北太平洋夏季风特征及其季风槽结果对台风发生发展的影响。研究结果表明西北太平洋季风槽强时，也就是ITCZ 强时，西北太平洋的风速垂直切变、高低空速度势和辐散风、湿度和海温等都对台风的生成产生有利影响，台风数明显要比季风槽弱时多，而且发展成超强台风的可能性较大。中国科学院大气物理研究所的张庆云、彭京备等人利用NCEP/ NCAR 再分析资料，探讨夏季东亚大气环流、大气视热源和视水汽汇的年际及年代际变化与登陆中国台风频数的关系，也

11、得出了相类似的观点。除了大尺度的环流背景，我国学者也研究了中小尺度环流系统对热带气旋强度的影响。林元弼学者所做的关于环境场对近海台风强度突变影响的数值试验结果表明11，台风内部中小尺度强对流运动的发展、强降水和潜热释放将引起台风内部风速的增强。2.2.2 海温的影响 我国学者与国外的科学家几乎同时开始注意到了海温的影响，如丁一汇等12 就不仅比较了西太平洋台风活动的频繁年和稀少年中热带和中高纬的大气环流特征的异同，还比较了海温分布的差异。近年来，大量研究都揭示了ENSO 和大气准两年振荡(QBO)是影响西太平洋活动年际变化的主要的两个因子。他们揭示了ENSO 与西太平洋台风活动年际变化的关系并

12、讨论了其中的物理机制。他们的研究表明赤道东太平洋海温异常可以通过影响太平洋低纬地区的纬圈环流、赤道辐合带、海温等、对流，风切变幅度进而影响西太平洋台风的活动频次，强度，位置1315。如浙江师范大学的冯利华学者根据19512000年中国登陆的热带气旋与厄尔尼诺年、拉尼娜年的关系分析，得到了一些重要结论，这些结论基本呈现出热带气旋的数量与级数与厄尔尼诺事件的强度呈反相关的规律16。2.2.3 岛屿的作用此外除了环流背景，岛屿的作用也是影响台风发生发展的重要环境条件之一。在西北太平洋，从菲律宾以东到180°E，分布着星罗棋布的岛屿，其中加罗林群岛、马绍尔群岛都是有名的台风发生地。这是由于海

13、岛地形磨擦辐合作用，有利于行星边界层中出现风的埃克曼偏转；另一方面，由于岛屿表面白天加热比其周围海洋快，容易形成浮力，浮力所引起的卷入作用有利于维持行星边界层上空的辐合。总之，有利于对流的发展，它对于台风初始云团的发生发展是十分重要的。因此，星罗棋布、纬度适当的岛屿是西北太平洋台风发生发展进而加强为超强台风的重要原因之一。罗哲贤、陈联寿的研究17也表示地形作用地形在一定条件下会改变热带气旋的局部结构而使其强度变化。陆地磨擦影响总的趋势是使热带气旋减弱消亡，但也有短时间使热带气旋增强的作用。当热带气旋趋近海岸、陆地、岛屿时，向岸风或沿海山脉迎风坡的辐合作用将加剧对流运动，陆地上山脉地形增强的辐合

14、对流会不断产生中尺度对流系统。地形的这些作用均会使热带气旋得到短时间的加强。2.2.4 风速垂直切变风速垂直切变是热带气旋能否发展的一个重要动力学参数。我国许多学者都认为台风的发生和发展都需要较小的风切值。风切在9 m·s-1（18KTS）左右，是加强与减弱的临界值。当风切9 m·s-1是热带气旋加强的临界值。其中又以风切为3 m·s-1（6KTS）对强度加强作用最大。因此，小的风速垂直切变是热带气旋强烈发展的重要因子，当风速垂直切变3m·s-1（6 浬/小时）时，有利于热带气旋强烈发展为超强台风。2.2.5 西风槽的作用丁一汇，何金海等学者在西风槽对台

15、风的加强方面的作用作了大量研究，研究结果18表示：西风大槽的涡度下传、槽前高压对低层上升运动的激发等都会改变热带气旋的结构并使其强度发生变化。中纬度中低空西风槽与热带气旋南北同位相时，往往会加剧热带气旋外围的切变，激发热带气旋螺旋云带中尺度系统的活动，从而使热带气旋加强。3 研究发展趋势随着科学的不断发展，我国学者们对加强台风的物理因子也在进行着更广泛和更深层次的研究。近年来学者们的研究方向主要是关于大气环流主要模态和海冰异常与台风活动关系的研究。王会军和范可19研究了西北太平洋台风生成频次（TNWP）和南极涛动（AAO）的关系，AAO指数由标准化的40°S和60°S纬向平

16、均海平面气压之差来定义。结果发现，69月南极涛动和西北太平洋台风生成频次（TNWP）具有显著的反相关关系（1949 1998 年期间年际变化的相关系数为- 0148）。进一步分析与南极涛动的变化相联系的热带西太平洋大气环流和海温的变化后，他们发现，当南极涛动处于正异常位相时，西北太平洋区纬向风的垂直切变幅度加大，对流层低层为异常反气旋环流并且涡度异常为负值，而高层为异常气旋环流并且涡度异常为正值，海表温度降低，这些变化均不利于台风生成和发展。反之，当南极涛动处于负异常位相时则有利于台风生成和发展。最近，王会军等20又分析了北太平洋涛动（NPO）这一北太平洋区域的主要大气模态和西太平洋台风热带大

17、西洋飓风频次之间显著的联系。其结果显示，与北太平洋涛动的变化相联系的西太平洋区和热带大西洋区的纬向风垂直切变幅度、海温等变化均与台风生成的环境条件有联系。当北太平洋涛动处于正异常位相时，西太平洋区纬向风垂直切变幅度减小、SST 增高；热带大西洋的情况相反。结果有利于西太平洋台风生成和发展不利于热带大西洋飓风的生成和发展。反之亦然。与此同时，范可等学者21把研究视角转向了北太平洋海冰面积与西北太平洋台风生成频次的关系。研究表明，冬季（前一年12 月至当年1 月、2 月）和春季（当年3 、4 、5 月） 北太平洋海冰面积指数与全年的西北太平洋台风活动频次在19652004 年中有显著的反相关关系，

18、相关系数分别为- 0142 和- 0149（显著水平达到99 %以上）。冬、春季北太平洋海冰面积越大，西北太平洋台风生成频次减少。反之亦然。4 结语与展望对关于影响西北太平洋超强台风发生发展的物理因子研究是一个具有重要科学意义和巨大实际价值的课题。在过去的几十年中，学者们对影响热带气旋强度变化的各个物理因子的研究都取得了明显进展。而且，在热带气旋的科研成果业务转化方面也有了不少进展，然而热带气旋活动尤其是其异常活动的预测仍未解决。一是观测资料的缺乏，二是对热带气旋运动及结构机理认识不足。尽管已取得显著进展，但不少问题仍有待继续研究。依作者浅见，未来的研究应该着重以下几个方面：(1) 如何综合地

19、考虑影响台风活动的各种大气环流、海洋以及陆面过程等条件，来理解台风活动气候年际变异的规律和进行更有效的台风活动气候预测。(2) 台风登陆的年际变异规律和台风路径的气候变异规律。(3) 耦合气候系统模式中西太平洋大气环流和海洋条件与全球大气环流的主要模态的关系。(4) 基于高分辨率的全球气候模式或者嵌套模式的台风活动预测研究，以及动力数值预测方法和动力统计预测方法的结合研究。(5) 全球变暖背景下西太平洋台风活动及其登陆特征的变化方面的研究。参考文献1 袁金南,林爱兰,刘春霞.60年来西北太平洋上不同强度热带气旋的变化特征J.气象学报,2008,66（2）:213-223.2 陈联寿,丁一汇.国

20、外台风研究的现状和进展J. 大气科学,1978,2(5):748-752. 3 Harr P A, Elsberry R L. Large scale circulation variability over the tropical western North Pacific. Part Ñ: Spat ial patterns and tropical cyclone characteristics. Mon Wea Rev, 1995, 123:1225-12464 Nakazawa T. Intraseasonal variation of OLR in the tropic

21、s during the FGGE year.J Meteor Soc Japan, 1986, 64:17-345 Liebmann B, Hendon H H, Glick J D. The relationship between tropical cyclones of the western Pacific and Indian Oceans and the Madden Julian oscillation. J Meteor Soc Japan.1994,72:401-411.6 陶诗言,徐淑英,郭其蕴.夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征J.气象学报,962,32 (1): 91-1037 许建民,谷美荣.北半球夏季西太平洋热带地区的环流特征及其与台风发生的关系J.大气科学,1978 ,2 : 174-1788 谢义炳,陈受钧,张一良,等.东南亚基本气流与台风发生的一些事实的统计分析J.气象学报,1963,33 (2) : 217-2299 丁一汇,范惠君,薛秋芳,等.热带辐合区中多台