越阶级斗争准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

越阶级斗争准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

0越东南角气流西北太平洋是世界上台风最多的地区之一。该地区每年生成的台风约占世界总数的30%。西北太平洋台风的产生、发展规律及其影响机制一直是科学家们关注的重点（yumota和mataru，2001；陈联寿等，2002；王andco，2002）。台风移动路径是台风研究和预报服务的一个重要方面,对台风路径的预报难度较大,从影响台风移动的因素来探求台风路径预报依据是研究的重点。东风带、季风槽、赤道辐合带(intertropicalconvergencezone,ITCZ)、副热带高压、越赤道气流等作为影响台风移动的主要因素,一直是学者们研究的重点(Matsuuraetal.,2003;Hoetal.,2004;王磊等,2009a)。越赤道气流作为南北半球物质、能量输送的主要通道,是影响南北半球天气、气候异常的重要因素之一(王兴东和陶诗言,1984;韩慎友,2002)。越赤道气流是由Simpson(1921)提出,他指出印度西南季风是由南半球东南信风越过赤道而形成。夏季东半球45°E、85°E、105°E、125°E及150°E附近存在5条显著的越赤道气流,其在925hPa低空和150hPa高空最为显著。近年来,越赤道气流对台风活动的影响越来越受到人们的关注。越赤道气流为西北太平洋台风活动提供有利的能量、水汽条件,其强度与位置变化影响着赤道辐合带、副热带高压强度和位置,继而作用于台风活动。台风生成与越赤道气流的流量指数、水汽输送有关(黄江玲,1997)。较强的越赤道气流易造成台风活跃且源地偏东(董美莹等,2006)。然而,上述研究主要集中于越赤道气流强弱变化与台风频数、强度及生成位置的关系,对越赤道气流与台风移动路径的关系涉及较少。姜丽萍等(2008)分析了台风珍珠的强度与路径异常,表明越赤道气流、西南季风和副热带高压共同作用形成的季风汇合线是珍珠北翘的直接原因。翁小芳等(2008)分析了台风浣熊的路径和强度特征,发现越赤道气流与副热带高压共同作用是台风路径在南海从西北偏西转向西北偏北的原因。关于台风季节内变化研究,主要集中于30~60d振荡(intraseasonaloscillation,ISO)和10~20d振荡(quasi-biweeklyoscillation,QBWO)对台风的影响。近些年,QBWO对西北太平洋台风活动影响的研究越来越受到人们关注。季风环流、高低空越赤道气流准双周振荡过程均和台风生成、移动存在联系(刘兴中和李京笃,1986)。王磊等(2009b)通过对准双周振荡位相划分,系统研究了准双周振荡对西北太平洋台风生成与登陆我国台风的影响,揭示准双周振荡与登陆我国台风活动季节内变化的内在联系。近年来,关于越赤道气流季节内变化对台风路径影响的研究非常少。刘兴中和王坚红(1988)对南北半球环流相互作用与越赤道气流的相互关系做了初步研究,指出越赤道气流存在明显的准双周变化。本文利用32a再分析资料,分析低空越赤道气流准双周振荡活动特征,讨论西北太平洋夏季低空越赤道气流准双周振荡与不同路径台风之间的相互联系,研究越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。1台风路径分类采用1979—2010年6—10月NCEP/NCAR每6h再分析风场资料(水平分辨率为2.5°×2.5°)、美国联合台风预警中心(JointTyphoonWarningCenter,JTWC)1979—2010年6—10月最佳台风路径资料。研究对象主要为最大风速达到33m/s及以上强度的热带气旋,并将其对应的时间、位置定义为台风生成时间和位置(田华等,2010)。为比较不同路径台风越赤道气流准双周振荡特征,本文对西北太平洋台风进行统计(表1),在统计时将一些台风进行了剔除,剔除的台风包括:热带低压系统从生成到消失始终在南海地区的台风、特殊路径的台风。按照传统划分方法,台风路径可分为:西行路径、西北行路径与转向路径。本文在参考传统划分方法的基础上,根据台风转向后移动方向将转向路径细分为:转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径以及140°E以东路径(王志烈等,1991;袁俊鹏和江静,2009;田华等,2010)。西行路径(图1a),台风在菲律宾以东生成后,向偏西方向移动,穿过南海海域,在中国华南沿海、海南岛登陆。西北行路径(图1b),其特征为台风在菲律宾以东生成,继而向西北偏西方向移动,在中国台湾、浙江、福建一带登陆,然后消失。转向登陆中国型(图1c),台风在菲律宾以东生成后向西北方向移动,继而转向东北方向移动。如果台风转向且登陆中国,则定义为近海转向登陆中国。转向中日之间型(图1d),台风转向后向中国与日本之间海域移动,则此类台风定义为转向中日之间型。转向登陆日本型(图1e),台风转向后登陆日本大陆,则定义为登陆日本型。转向日本以东型(图1f),台风转向后向日本以东海面移动,则定义为日本以东型。140°E以东型(图1g),台风在远海生成后,向西北方向移动,然后转向东北方向,从生成到消失的整个过程始终在140°E以东洋面,此类台风定义为140°E以东型。本文将合成7种路径台风低频环流场及低频环流演变过程,对比分析越赤道气流及相联系的经向风低频特征对台风移动路径的调制作用。2经向风eof2准双周振荡的时间分布为了分析越赤道气流准双周振荡对台风路径的影响,本文首先提取经向风准双周振荡信号,分析经向风准双周振荡时空变化,通过经向风准双周振荡性质揭示越赤道气流的10~20d振荡特征。在准双周振荡时空变化特征方面,学者们做了很多研究。何志学等(2004)利用200hPa、850hPa平均u、v资料,通过小波分析法分析了亚洲季风区大气低频振荡特征。李永平等(1999)使用海平面温度月平均场资料,利用滤波方法、复经验函数分析了低频海平面温度的时空特征。陈于湘(1980)利用谱分析方法研究了新加坡的经向风,发现105°E附近的越赤道气流有明显的准双周变化。祝从文等(2004)对低频OLR(outgoinglong-waveradiation)场进行了EOF(empiricalorthogonalfunction)分解,成功揭示出了大气季节内振荡的空间模态和时间变化规律。本文对925hPa经向风进行10~20d滤波,对低频经向风场进行EOF分解,根据低频经向风EOF分解特征场在空间上正交特性揭示越赤道气流准双周振荡的空间模态及随时间变化规律。图2为经过10~20d滤波后经向风场进行EOF分析的结果,图2a、b分别为EOF分解的前两个模态EOF1、EOF2空间分布特征,其方差贡献分别为9.13%与7.81%。低纬度地区,EOF1在120°E赤道附近、150~170°E赤道以北地区为正值区,其他地区为负值区;EOF2的正值中心分别位于95°E赤道附近和120~145°E赤道以北地区。在中纬度地区,具有类似的特征。EOF1正值中心位于150°E附近,中国大部地区及(175°E,40°N)附近为明显负值区;EOF2正负值区域发生了明显变化,此时正值中心位于日本及以南地区。从EOF1、EOF2分布情况可以发现,前两个模态空间分布具有自东向西传播的特征。图2c为前两个模态的时间系数变化。受时间长度限制,未能列出全部时段的EOF分解时间系数曲线,图2c中只给出了2000年夏季对应的时间系数,其他时段具有相似特征。由图2c可见,EOF1领先EOF2大约1/4周期。结合空间模态与时间变化特征可以看出,EOF前两个模态反映的是经向风准双周振荡分布的向西传播特征。为了得到准双周振荡周期,对时间系数PC1与PC2进行超前与滞后相关分析(图2d),发现振荡周期约为12d。图2c、d中可清晰地表现出10~20d周期振荡的特征。本文针对10~20d周期振荡特性,分析越赤道气流及相联系的经向风准双周振荡特征对西北太平洋台风路径的调制作用。3低频越清水量刘兴中和王坚红(1988)分析了东亚夏季季风环流准双周振荡特征,指出越赤道气流存在明显的准双周变化现象,且在高低层越赤道气流准双周振荡的共同作用下形成了季风环流准双周振荡特征,并指出季风环流的准双周振荡特征与北半球辐合区台风活动存在密切关系。陈光华和黄荣辉(2006)研究低频气旋与季风槽的关系时发现,在热带西北太平洋地区,低频气旋区域易形成风场强辐合带,风场强辐合带有利于季风槽的加强,对台风的生成起重要作用。本文在10~20d振荡基础上合成7类台风生成时刻的低频形势,分析不同台风生成时刻越赤道气流的低频环流特征(图3)。向北低频越赤道气流对北半球中低纬度地区低频环流形势产生重要作用,台风生成时刻低频越赤道气流强度、分布特征对台风生成位置及未来走向具有一定的指示作用。对于西行路径台风(图3a),在台风生成时刻,在115~120°E、135~145°E赤道以北地区存在向北低频经向风,存在向北低频越赤道气流分量。与此对应,在15°N附近存在低频气旋、反气旋波列,低频越赤道气流与低频气旋东侧偏北气流有很好的对应。从低频经向风场可见,此时低频越赤道气流较弱,在弱低频越赤道气流影响下,低频气旋位置偏南,对应着季风槽位置偏南,在这种形势下,台风易于在偏南洋面生成,并且沿着季风槽位置向偏西方向移动,形成西行路径台风。对于西北行路径台风(图3b),110~120°E、135~155°E附近为向北低频越赤道气流分量,与西行路径比较,低频经向风正值区域更加宽广,强度较强。在此低频越赤道气流影响下,低频气旋中心位于(130°E,17°N)附近。比较西行和西北行台风生成时刻低频形势,发现西北行台风生成时低频气旋位置较为偏北,有利于强辐合带、季风槽位置偏北。在这种低频形势下,台风有利于在此区域生成并沿着季风槽向偏北方向移动。转向登陆中国的台风生成时(图3c),从低频经向风等值线可以看出,105~125°E及140~150°E赤道以北地区存在向北低频分量,其中105~125°E对应转向中日之间型台风(图3d),125~150°E附近为向北低频越赤道气流分量,在菲律宾以东(130°E,13°N)附近为低频气旋,低频气旋区域延伸到25°N附近,在这种低频形势控制下,季风槽位置偏东偏北,台风在菲律宾以东生成后易于季风槽向北移动。对于转向登陆日本型台风(图3e),在生成时刻,125~145°E附近为较强的向北低频越赤道气流,对于此类台风,此处的低频越赤道气流起着主要作用。从经向风分布可见,低频越赤道气流穿过赤道后,在15°N附近形成较强的西南气流,对应的低频气旋中心位于(138°E,15°N)附近,此低频气旋对应季风槽整体位置偏东,使台风生成位置偏东。另外,在此较强的低频气流控制下,台风在偏东洋面生成后易于发生转向。对于转向日本以东型台风(图3f),与转向登陆日本型台风生成时刻低频形势相似,此时120~130°E、140~150°E附近为较强的向北低频越赤道气流。低频气旋更为偏东,中心位于(143°E,15°N)附近。这种形势控制下,台风在更偏东洋面生成并发生转向。对于140°E以东型台风(图3g),与转向日本以东型台风生成时刻低频形势相似,但向北低频越赤道气流位置更加偏东,主体位于150°E附近,对应的低频气旋主体位于140°E以东,中心在(146°E,15°N)附近。在此低频气旋影响下,台风生成位置及移动路径均更为偏东。因此,在台风生成时刻,低频越赤道气流及低频经向风的分布及强度特征对台风的生成及移动路径具有重要指示作用。向北低频越赤道气流及经向风分量有利于北侧低频气旋的发展,低频气旋通过影响风场辐合带、季风槽的位置与强度,对台风的生成位置产生影响。台风生成位置的不同在很大程度上影响着未来台风的移动方向与路径。另外,辐合带、季风槽的位置与强度还会进一步影响台风后期的移动方向。4各类台风越清水气流准双周振荡特征为了清晰地分析越赤道气流准双周振荡对西北太平洋不同路径台风的调制作用,本文运用超前滞后回归方法(将台风生成时刻定义为t=0时刻,台风生成前定义为超前时刻,台风生成后定义为滞后时刻)合成7类台风925ha低频流场,分析越赤道气流准双周振荡形势演变,比较各类台风越赤道气流准双周振荡特征。讨论低频越赤道气流特征与不同路径台风的相互关系,揭示越赤道气流及其相联系的经向风准双周振荡特征对西北太平洋台风路径的调制作用。4.1低频环流形势场域分布对于西行路径(图4),当超前9d时,由经向风分布可见,125°E、150°E附近为向北低频越赤道气流,与之对应,在其北侧5~15°N附近存在东西向分布的低频气旋、反气旋波列,低频气旋中心位于(145°E,5°N)、(125°E,15°N)附近。低频越赤道气流通过影响北侧低频气旋,有利于风场辐合带、南海季风槽的发展,易于台风生成。当超前6d时,低频越赤道气流振荡位相不断向西移动,此时向北低频越赤道气流主体位于125°E、145°E附近。与此对应,低频气旋、反气旋波列自东向西传播,低频气旋中心位于(140°E,5°N)、(120°E,15°N)附近。当超前3d时,低频形势继续向西传播,125°E、140~150°E附近的低频越赤道气流减弱,向北低频越赤道气流主体位于120°E、140°E附近。北侧低频气旋中心位于(137°E,10°N)、(115°E,15°N)附近。台风生成时刻(t=0),125°E、140~150°E附近均为负低频经向风,为向南低频越赤道气流,而向北低频越赤道气流已传播至115°E、135~140°E附近。此时,低频气旋中心位于(135°E,5°N)、(115°E,15°N)附近。低频气旋对季风槽的发展起着重要作用,从低频经向风及低频气旋分布可以看出,低频越赤道气流强度较弱,低频气旋、反气旋位置整体偏南,呈东西向分布。台风生成时刻的低频形势与t=-6时低频形势基本相反,大致为1/2个振荡周期。当滞后3d时,向北低频越赤道气流分量主体位于110°E、130~140°E附近,125°E、140~150°E附近仍为向南的低频越赤道气流。对应低频气旋中心位于(130°E,10°N)、(110°E,15°N)附近。当滞后6d,100~110°E、130~140°E附近为向北低频越赤道气流分量,125°E、140~150°E附近仍为向南低频分量,低频气旋向西移至(127°E,12°N)、(107°E,15°N)附近,整体仍然呈东西向分布。滞后9d时,105°E、140~150°E附近为向北低频越赤道气流,125°E仍为向南低频越赤道气流,北侧低频气旋西传减弱。从低频形势演变过程可见,低频形势4.2低频天气场特征对于西北行路径台风(图5),当超前9d,110°E、130°E、160°E附近为向北低频越赤道气流,140~155°E附近为向南低频越赤道气流,在菲律宾以东洋面为偏北低频经向风。正负经向风在(145°E,10°N)附近交汇形成弱低频气旋。当超前6d,从经向风分布可以看出,130°E附近向北低频越赤道气流有所增强,160°E附近向北低频越赤道气流逐渐向西传播。随着130°E附近低频越赤道气流的加强,低频气旋不断发展,中心位于(135°E,15°N)附近。超前3d时,160°E附近低频越赤道气流逐渐加强西移,与130°E附近低频越赤道气流逐渐合并加强。此时,北侧低频气旋中心位于(132°E,17°N)附近。超前时刻低频形势为台风的生成提供了有利的初始场。台风生成时刻,低频形势继续向西偏北传播,110~125°E、130~150°E附近均为向北低频越赤道气流分量,其中130~150°E附近的低频分量一直向北延伸至10°N以北地区,影响其北侧(130°E,18°N)附近的低频气旋。此低频气旋不断发展加强,有利于在此区域形成强辐合带,易于台风在此区域形成并沿着强辐合带的移动方向移动。滞后3d时,向北低频越赤道气流分量继续向西传播,此时向北分量最西端位于120°E附近,且强度逐渐加强,越赤道气流通道延伸到20°N附近,影响其北侧低频气旋,有利于低频气旋加强。此时低频气旋向西北移动至(127°E,20°N)附近,低频气旋的加强预示着季风槽的加强,有利于台风沿着季风槽方向移动。当滞后6d时,向北低频越赤道气流分量减弱,已逐渐转成向南分量,与此对应的低频气旋逐渐减弱,并向西北方向移动。滞后6d时的低频形势与台风生成时刻的形势基本相反,大致为半个振荡周期。滞后9d时,105°E附近低频越赤道气流不断加强,其穿过赤道后,部分转成西南气流,并一直影响到中国南海海域,与(120°E,23°N)附近的低频气旋相配合,共同影响台风未来的移动方向,易于使台风向西北方向移动。4.3低频环流形势分析转向登陆中国型台风(图6),当超前9d时,130~140°E及150°E以东为较强的向北低频越赤道气流分量,100~125°E、145°E赤道以北地区存在明显向南分量。在菲律宾以东及(150°E,7°N)附近存在较强的低频气旋,低频气旋正好位于南北低频分量交汇处,南北低频越赤道气流的强弱显著影响此处低频气旋的强度和位置,低频气旋又对季风槽、辐合带产生重要影响。因此,低频越赤道气流通过影响低频气旋的强度与位置,继而影响风场辐合带及季风槽的状态,从而间接地影响后期台风的生成与移动路径。超前6d时,向北低频越赤道气流振荡形势向西传播,此时向北分量主体位于120~135°E附近,与之对应,此时北侧低频气旋中心位于(125°E,15°N)。当超前3d时,此时低频形势继续向西传播,100~130°E附近为明显的向北低频分量,此处低频越赤道气流向北穿过赤道后,一直向北延伸至菲律宾东北部。此时,菲律宾附近为较强的低频气旋区,从低频形势可以看出,100~130°E附近向北低频越赤道气流分量的强度及位置对此低频气旋产生着重要的影响。台风生成时刻,125°E以西赤道附近均为向北低频越赤道气流分量,140°E附近渐渐转为向北分量。此时菲律宾至中国东海为较强的低频气旋区,在125°E以西向北低频越赤道气流的影响下,此低频气旋强度不断加强,有利于在此区域形成强辐合带,有利于台风在此区域的生成。另外,由于此处向北低频越赤道气流较强,有利于低频气旋位置偏北,易于使季风槽位置偏北,使得台风生成后向偏西北方向移向中国。此时的低频环流形势及低频越赤道气流特征与超前6d时的情况基本相反,约为半个振荡周期。当滞后3d时,向北低频越赤道气流分量位于110°E附近,而125°E附近则为较强的向南低频越赤道气流分量。综上可见,向北低频越赤道气流分量有利于低频气旋的发展及向北移动,而向南分量则不利于其向北移动,在这两支低频越赤道气流的影响下,台风在移动过程中易于发生转向。另外,与之对应,低频气旋已移至台湾岛附近。滞后6d、9d时,向北低频越赤道气流强度不断减弱,对其北侧的低频气旋影响有所减弱,此时低频气旋已移至中国东部地区。在这种低频形势控制下,易于形成转向登陆中国的台风。4.4低频越雷雨影响对于转向中日之间型台风(图7),当超前9d时,110~125°E、130~140°E附近为向北低频越赤道气流,与130~140°E附近的低频越赤道气流相对应,在(140°E,10°N)附近为较弱低频气旋。超前6d时,低频形势有向西传播趋势,此时,向北低频越赤道气流逐渐向西移动,低频气旋中心位于(135°E,10°N)附近。超前3d时,低频形势继续向西传播,130~150°E附近逐渐转变为向北低频分量,在低频越赤道气流影响下,低频气旋发展加强中心位于(130°E,15°N)附近。当台风生成时,低频形势与超前6d时几乎相反。此时,115~150°E附近为较强的向北低频越赤道气流,随着向北低频分量的加强,北侧低频气旋发展至菲律宾以北到日本以南地区,此时,低频越赤道气流加强,为低频气旋发展提供了有利的条件,有利于季风槽的发展和台风的生成。滞后3d时,110~130°E附近发展成较强的向北低频越赤道气流分量,其穿过赤道后转向东北移动,一直影响到(130°E,20°N)附近低频气旋。此处较强的低频越赤道气流有利于低频气旋向北移动,继而有利于季风槽位置偏北,为台风转向提供了有利的条件。滞后6d时,向北低频越赤道气流向西传播加强,在此低频越赤道气流的影响下,低频气旋继续向北移动。滞后9d时,低频越赤道气流对低频气旋的影响减弱,此时台风移动主要受低频气旋正涡度带走向的影响。在中国东北至渤海湾一带为明显低频气旋正涡度带,在这种低频形势下,台风转向后易于向中日之间海域移动。4.5低频越妇人气流向北低频天气的传播对于转向登陆日本型台风(图8),超前9d时,135~155°E附近为弱向北低频越赤道气流,在(145°E,7°N)附近有弱低频气旋。超前6d,135~155°E附近向北低频越赤道气流逐渐加强西传,在其北侧的低频气旋不断加强。超前3d时,135~155°E附近的低频越赤道气流继续加强,在其向北气流影响下,北侧低频气旋也得到加强。在台风生成时刻,低频形势不断西传,向北低频越赤道气流主体已传播至125~150°E附近,低频越赤道气流加强,显著影响其北侧低频气旋,为低频气旋加强提供了有利的条件。低频气旋的加强有利于形成强辐合带,继而有利于季风槽加强和台风的生成。滞后3d、6d时,向北低频越赤道气流继续向西传播,随着低频越赤道气流的移动,北侧低频气旋也不断向西向北移动,有利于强辐合带和季风槽位置发生北偏。在此形势下,台风易于折向北方移动。滞后9d时,向北低频越赤道气流强度减弱,低频气旋主体位于日本以南,此时120°E附近低频越赤道气流通道一直延伸到日本以南的低频气旋。在这种低频形势下,台风沿着低频气旋的移动方向,最终移向日本。4.6低频气旋条件分析对于转向日本以东台风(图9),此类台风主要受135~160°E附近的低频越赤道气流影响。超前9d、6d时,135~160°E附近主要为向南低频越赤道气流分量。在超前6d时,在(155°E,15°N)附近存在弱的向北低频经向风分量,与其西侧的向南分量共同作用,在(150°E,15°N)附近形成一个弱的低频气旋。超前3d时,135~160°E附近仍为向南分量,但是150°E附近的向北分量逐渐加强,与之对应,该区域的低频气旋不断发展加强。台风生成时刻,低频形势与超前6d基本相反,135~160°E处基本转成了向北低频越赤道气流分量,随着向北低频越赤道气流强度的加强,北侧低频气旋发展加强,中心位于(145°E,15°N)附近。低频气旋的加强有利于在此区域产生强风场辐合区,为台风生成提供了有利的条件。滞后3d时,低频形势有向西传播趋势,此时135~160°E附近向北低频越赤道气流逐渐加强。在强向北低频越赤道气流影响下,低频气旋发展并向北移动,中心位于(140°E,20°N)附近。低频气旋位置北移,预示着强辐合区位置偏北,季风槽易发生北折,有利于台风在此区域转向北移动。滞后6、9d时,135~160°E附近向北低频越赤道气流分量减弱,逐渐转为向南分量,低频气旋已移至日本东南部。此时,台风移动路径主要受低频气旋正涡度带走向影响,低频气旋正涡度带呈东北西南走向,主体位于日本东南部,此形势有利于台风移向日本以东。4.71低频环流影响对于140°E以东型台风(图10),135~155°E附近低频越赤道气流影响最为显著。超前9d时,160~165°E附近为向北低频越赤道气流,在(160°E,15°N)附近形成一个弱低频气旋。超前6d,低频形势向西传播,向北低频越赤道气流逐渐向西移动,此时向北分量移至160°E附近。随着低频越赤道气流的移动,低频气旋中心移至(155°E,15°N)附近。超前3d时,向北低频越赤道气流移至140~155°E附近,低频气旋中心位于(150°E,15°N)附近。在台风生成时刻,低频形势与超前6d时基本相反,140~150°E附近低频越赤道气流加强,低频气旋中心位于(145°E,15°N)附近。低频气旋始终伴随着低频越赤道气流的变化而发展,对台风的生成产生影响。滞后3d时,140~150°E附近低频越赤道气流继续加强,在强的低频越赤道气流控制下,低频气旋向北移动,此时低频气旋中心位于(142°E,20°N)附近。低频气旋位置北移,有利于辐合带的北移,易于使台风在移动过程中转向北移动。滞后6d、9d时,向北低频越赤道气流逐渐减弱,并移至130~140°E附近,对北侧的低频气旋影响减弱。此时,低频气旋转向东北方向移动。在这种低频形势下,从生成到消亡的整个阶段,台风始终活动在140°E以东海域。综上所述,低频越赤道气流的不同传播形式对西北太平洋台风路径产生明显的影响。然而,低频越赤道气流更多的是影响低频气旋