夏半年西北太平洋平均TC緯度近期的年際減弱

摘要:

自從90s末以來,WNP平均TC生成緯度的 強烈年際變化(IIV)發(fā)生了顯著的減弱。研究發(fā)現(xiàn),平均TC生成緯度的IIV很大程度上取決于西北太平洋以15°N為界南北熱帶氣旋生成數(shù)異相關(guān)系的強度。90年代末之后,較弱的南北TC數(shù)蹺蹺板現(xiàn)象導(dǎo)致了更小的平均TC生成緯度的年際變化。

SSTA的不同結(jié)構(gòu)被認為是南北TC蹺蹺板現(xiàn)象和偶極子年代際變化的原因。90s之前,熱帶太平洋與熱帶北印度洋SSTA的聯(lián)合效應(yīng)往往占據(jù)主導(dǎo),這導(dǎo)致了顯著的南北TC生成數(shù)的蹺蹺板現(xiàn)象及平均TC生成緯度的IIV。然而在90s之后,與TC生成相關(guān)的主要SSTA轉(zhuǎn)移到了熱帶中太平洋(CP)和熱帶北大西洋,該轉(zhuǎn)變使之前的現(xiàn)象發(fā)生了減弱。

觀測到SSTA的年代際變化可能與ENSO于近期從EP型轉(zhuǎn)為CP型有關(guān)。結(jié)果表明,熱帶大西洋對WNP TC活動變化的影響越來越大。

該結(jié)果可能會對評估TC產(chǎn)生危害的緯度分布有重要意義。

引言:

WNP是TC活動最活躍且TC生成最多的地區(qū),是世界上TC數(shù)量最多的發(fā)源地。在全球變暖的背景下研究TC活動的變化引起了很多科學(xué)家的興趣。在科學(xué)與防災(zāi)減災(zāi)方面都有著很重大的意義。

平均TC生成緯度是一個相對較新的衡量氣候活動的指標,在最近的研究中愈加被重視。K等的研究表明,在過去30年中,TC達到最大強度的全球平均緯度一直在系統(tǒng)地向極地遷移,這被認為與人為影響下熱帶的擴張有關(guān)。K等人的進一步研究表明,在CMIP5模型中,可發(fā)現(xiàn)定WNP地區(qū)TC生成緯度有類似的極向遷移,而且根據(jù)代表性濃度途徑8.5(RCP8.5)排放情景下的預(yù)測,該遷移傾向于持續(xù)到未來。RCP8.5排放情景還揭示了1980-2013年間太平洋上空平均TC生成緯度的顯著極移。Wang等人發(fā)現(xiàn),北大西洋和北太平洋東部的平均TC生成緯度在年際和年代際時間尺度上都有異相變化的趨勢,表明TC生成緯度的年代際尺度南移受大西洋年代際振蕩(AMO)的調(diào)制,這可能抵消或緩解近幾十年來北大西洋盆地TC向極地遷移的趨勢。S和G證明了哈德萊環(huán)流和TC生成緯度的一致性變化。S和W還將最近TC生成緯度的極移與哈德萊環(huán)流的擴張聯(lián)系起來,這可能會增加高緯度地區(qū)TC相關(guān)的危害性。S進行了理想化數(shù)字敏感性實驗,并證明了再溫暖的SST下,WNP沿岸的氣候平均TC軌跡傾向于系統(tǒng)地向極地移動。

人們愈發(fā)認識到,WNP TC活動在20世紀90S末經(jīng)歷了顯著的年代際變化,包括TC數(shù)量的減少、TC生成位置和盛行路徑的變化、TC強度的變化,這些與ENSO和WNP季風(fēng)的關(guān)系同時增強,在隨后的早期TC季節(jié),冬季前期ENSO指數(shù)與WNP

TC生成頻率之間的負相關(guān)關(guān)系消失,WNP上空熱帶云團的TC生成效率下降。20世紀90s末發(fā)生的WNP TC特征的這些重大年代際變化被認為與熱帶氣候類型的轉(zhuǎn)變以及ENSO條件的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。此外,如ENSO振幅和波動減弱所示,熱帶太平洋ENSO的年際變化強度(IIV)自2000以來明顯減弱??紤]到ENSO對WNP TC活動的影響,由于ENSO的IIV減弱,WNP TC活動的IIV在近幾十年內(nèi)也可能減弱。然而,近幾十年來WNP TC的IIV可能的年代際變化尚未得到廣泛研究。

在本文中,我們證明北半球夏季(6-8月JJA)季節(jié)平均WNP TC生成緯度的IIV的強度自20世紀90S后有顯著減弱,并討論了這一減弱背后可能的原因和機制。

第二段介紹了數(shù)據(jù)和方法,第三段介紹了自20世紀90s末以來觀測到的WNP TC平均生成緯度IIV的減弱,第四段介紹了南北TC強度的蹺蹺板與TCG平均緯度IIV之間的關(guān)系,第五段為這些觀測變化的可能機制,第六段為總結(jié)與討論。

第二段:數(shù)據(jù)與方法

1970-2016JTWC最佳路徑數(shù)據(jù)集,CMA與JMA的TC最佳路徑集也被用來驗證結(jié)論,顯示出類似的特征。

NECP/NCAR月度再分析資料描述大尺度環(huán)境變量,相對渦度、垂直風(fēng)切變和相對濕度。

ERSST V3用來研究與TC變化相關(guān)的SST異常。

僅分析>35gt的TC(減小識別薄弱系統(tǒng)時的不確定性);

TC生成緯度定義為TC達到熱帶風(fēng)暴強度時的第一個記錄緯度。季節(jié)平均TCG緯度指數(shù)是根據(jù)JJA期間WP形成的所有TC的平均緯度計算的。

該研究的結(jié)果對選定特定月份的變化不敏感,對延長夏季(6-9/7-9)的TC,也可以得到非常相似的效果。

ENSO指數(shù)沿用nino3.4指數(shù);北印度洋SST指數(shù)被定義為熱帶北印度洋(5-25°N,40-100°E)上平均的SST異常,用于描述印度洋SST變暖或冷卻;熱帶大西洋SST指數(shù)定義為熱帶北大西洋(0-20°N,25-80°W)上平均的SST異常,用于量化熱帶大西洋SST的增暖或冷卻。

特定期間的IIV由該期間年際時間序列的標準偏差定義。年際時間序列是通過對異常應(yīng)用九年高通濾波器得到的,異常是通過從原始序列中去除長期趨勢和季節(jié)周期獲得的。

本研究采用了相關(guān)分析、合成分析和回歸分析,t檢驗。

合成分析定義為若該年的平均TCG緯度異常超過一個正(負)標準差,則定為高(低)TCG緯度年。高TCG緯度年為:1970、1975、1981、1985、1988、1996、2016;低為:1972、1976、1979、1982、1987、1993、1997、2014。

總結(jié)與討論:

本研究發(fā)現(xiàn)WNP 平均TCG緯度的IIV自20世紀90s末以來顯著減弱,即平均TCG緯度的IIV發(fā)生了顯著的年代際變化。研究結(jié)果表明,于WP上空觀測到的平均TCG緯度IIV的顯著十年變化和1990s后期發(fā)生ENSO條件的變化密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),平均TCG緯度的IIV在很大程度上取決于WP北部和南部(15°N為界)TC生成數(shù)之間的異相關(guān)系強度。WNP平均TCG緯度的年際變化伴隨著南北TC發(fā)生數(shù)的蹺蹺板現(xiàn)象。較高的平均TCG緯度伴隨著15°N以北TC數(shù)量的增加和以南TC數(shù)量的減少,反之亦然。90年代末之后較弱的南北TC數(shù)蹺蹺板也會導(dǎo)致較小的平均TCG緯度的IIV。90s末以后,南北TC蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)的減弱減弱了觀測到的平均TCG緯度IIV。

夏季SSTA的不同配置被認為是導(dǎo)致南北TC數(shù)蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)年代際變化的原因(Fig12)。


Fig12. 導(dǎo)致西太平洋平均TCG緯度IIV近期減弱的物理過程示意圖。(a) 1990年代末之前(b)1990年代末之后

不同的熱帶SST異??梢砸l(fā)WNP上空不同的環(huán)境異常場,從而導(dǎo)致之前和近期TC生成和活動的不同特征。在20世紀90年代末之前,熱帶CP-EP和熱帶北印度洋SSTA的共同作用占主導(dǎo)地位,這導(dǎo)致了明顯的南北TC數(shù)蹺蹺板和較大的平均TCG緯度IIV(Fig12a)。20世紀90s末以后,夏季SSTA的主導(dǎo)作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊釒P和熱帶北大西洋SST的共同作用,這可能會減弱南北TC數(shù)蹺蹺板現(xiàn)象,降低平均TCG緯度的IIV(Fig12b)。這些夏季SST異常配置的年代際變化被認為與近幾十年來ENSO配置從EP型0。向CP型的轉(zhuǎn)變密切相關(guān),這可能與以往研究中提出的大西洋SST對太平洋影響的增強有關(guān)。近期可以看到伴隨著CP型ENSO的主導(dǎo)出現(xiàn),熱帶大西洋的SSTA信號大大增強。相比之下,與之相關(guān)的夏季熱帶印度洋SSTA在近期有很大的減弱趨勢,而在之間EP型ENSO盛行的時期,它的衰減是顯著的。研究結(jié)果表明,近幾十年來,熱帶大西洋對WNP TC活動的影響越來越大。近幾十年來,熱帶大西洋的影響增加,這可能引發(fā)了最近WNP上空平均TCG緯度IIV的減弱。研究了GPI指數(shù)中的四個環(huán)境因素,以確定不同的環(huán)境因素對觀察到的南北TC數(shù)蹺蹺板的貢獻。結(jié)果表明,低層大氣相對渦度的貢獻最大。

這些結(jié)果對評估TC相關(guān)危害的可能緯度分布具有重要意義。隨著最近TC緯度的向極遷移,隨之而來的有TC破壞性影響的向極遷移。在緯度相對較高的沿海地區(qū),隨著TC位置的向極移動,它們受到的危害性也在與日俱增。同樣,本研究得出的平均TCG緯度IIV減弱可能會減少臺風(fēng)災(zāi)害在空間分布上的分散,并使臺風(fēng)災(zāi)害影響的區(qū)域更集中于某些特定緯度。研究主要集中在夏季,先前的研究還表明,西太平洋沿岸的TC活動在不同的季節(jié)可能會有所不同。在未來的研究中,需要對TC特征IIV在早期或晚期的可能變化進行詳細研究。研究結(jié)果還表明,不同TC特征(TCG數(shù)、經(jīng)度和緯度)的變化可能不同。本文主要關(guān)注1990s末以來平均TC成因緯度IIV的年代際變化。今后需要詳細研究平均TCG經(jīng)度和生成數(shù)的可能變化。伴隨著近幾十年來包括ENSO在內(nèi)的熱帶太平洋變率的減弱,熱帶太平洋的SST變率自2000年以來也出現(xiàn)了減弱。Wang揭示了近期熱帶太平洋和大西洋耦合氣候系統(tǒng)變率的減弱,包括熱帶太平洋和大西洋地區(qū)的降水、風(fēng)和SST。熱帶大西洋的變率減弱也可能影響北大西洋和東北太平洋地區(qū)TC特征的IIV。正如本研究提出的WNP地區(qū)TCG緯度IIV的降落一樣,其他大洋盆地(如熱帶北大西洋和東北太平洋)TC特征的IIV也可能存在類似的年代際變化,這值得今后的進一步研究。

第三段:平均TCG緯度IIV的年代際變化

Fig1a顯示了1970-2016年間6-8月WNP TC位置的地理分布。這一時段的平均TCG位置為18.04°N,135.09°E。TCG緯度范圍為5-35°N。TC生成頻數(shù)最多的緯度在15°N,其次為18°N。TCG數(shù)量在18°N以北及15°N以南逐漸減少。TCG經(jīng)度范圍為107.3°-176.3°E。最大TCG數(shù)出現(xiàn)在132°E,第二大TCG數(shù)出現(xiàn)在126°E。


Fig1a.北半球JJA期間WNP TCG位置的地理分布(星號) b.1970-2016年間WNP TC number的緯度分布。這一時期,共形成了499個TC。

我們計算了1970-2016年間,6-8月WNP 平均TCG緯度的年際時間序列(Fig2a)。時間序列的年際變化在20世紀90s末以后表現(xiàn)出明顯的減弱趨勢,這也意味著平均TCG緯度的變化在20世紀90s末前后發(fā)生了年代際變化。21年的滑動標準差(Fig2b)證實了這一點,自1990s以來,TCG緯度的IIV顯著減弱。基于包括CMA和JMA在內(nèi)其他機構(gòu)TC數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也可以觀測到同樣的現(xiàn)象。接著,我們將時間分為兩個時段,代表前一段時間的1979-1997(P1)和代表1990s后一段的1998-2016(P2)。兩個時段均為19年。P1期間,平均TCG緯度的標準偏差為2.34°而P2期間則降低至了1.37°,通過了95%的顯著性檢驗。P2較P1標準差下降了41%,這大于前人計算出的nino3.4指數(shù)28%的下降幅度。

Fig2.1970-2016年間,年際時間尺度上西太平洋6-8月平均TCG緯度的時間序列和(b)平均TCG緯度的21年滑動標準差。

我們還比較了兩個時段之間6-8月平均TC數(shù)和TCG經(jīng)度的標準差。值得注意的是,TCG數(shù)和經(jīng)度的標準差并未有顯著減少,甚至在近期有所增加,這還是在nino3.4指數(shù)偏差降低了的情況下。P1期間,TCG經(jīng)度的標準差為3.29°,到了P2期間,這個值增長了35%從而達到了4.45°,也通過了95%置信水平的顯著性檢驗。與此同時,TCG數(shù)的標準差在P1時為2.12個,在P2增長到了2.36個,但是顯著性不顯著。這些結(jié)果表明,1990s末以來ENSO變率減弱的背景下,并非所有的TC特征參數(shù)都顯示出了變率減弱。與TCG數(shù)和TCG經(jīng)度相比,TCG緯度是自1990s末以來表現(xiàn)出的最明顯顯著的IIV減弱的特征TC參數(shù)。因此,在后面的分析中,我們將重點放在1990s后期WNP 平均TCG緯度IIV的減弱。

第四段:南北TC蹺蹺板現(xiàn)象和平均TCG緯度的IIV

緊接著下一部分我們研究了南北TC數(shù)蹺蹺板和平均TCG緯度IIV之間的關(guān)系。我們首先研究了高低TCG緯度年緯度的分布差異。如Fig3所示,圖中有著明顯的南北偶極子結(jié)構(gòu)。該結(jié)果表明,TCG緯度的變化伴隨著15°N以北及以南TCG數(shù)蹺蹺板現(xiàn)象的變化。15°N為分割WP南北部的分割線,這也適用于前人認為是理解CP-ENSO和WNP TCG數(shù)量之間關(guān)系年代際變化的關(guān)鍵。WNP平均TCG緯度的增加伴隨著15°N以北TC數(shù)的增加和15°N以南TC數(shù)的減少。(Fig3)

Fig3.a.高低TCG緯度分布年TC緯度分布差 b.15°N北部和南部(c)JJA TCG緯度和TCG數(shù)量的平均散點圖。

而在平均緯度降低的年份,情況正好相反。值得注意的是,在北太平洋東部也可以觀察到極為相似的TC數(shù)量的南北偶極子結(jié)構(gòu),伴隨著那里TCG緯度的變化,緯向分界線也在15°N左右。這種15°N北部和南部的TCG數(shù)量之間的異相關(guān)系由計算出負的相關(guān)系數(shù)得到了證實。此外,觀測結(jié)果表明,在1990s末以后,15°N以北和以南的TCG數(shù)量之間的異相關(guān)系顯著減弱(Fig4)。P1期間,15°N以北和以南的TC數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為-0.74,這個值在P2期間下降到了-0.22。相關(guān)系數(shù)的降低表明,在1990s末以后,南北TC的蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)減弱,這有助于觀測到Fig2b所示的平均TCG緯度IIV的減弱。


Fig4.(a) 1970-2016年,年際時間尺度上15°N北部(黑線)和南部(紅線)JJA TCG數(shù)量異常的時間序列(b)15°N以北和以南JJA TC數(shù)之間的21年滑動相關(guān)系數(shù)。(b)中的紅點表明相關(guān)性在95%置信水平下顯著。

直接比較揭示了平均TCG緯度標準差與15°N北部及南部平均TC數(shù)之間相關(guān)系數(shù)的緊密聯(lián)系(Fig5)。結(jié)果表明,當15°N以北和以南的TC數(shù)負相關(guān)更強時,平均TCG緯度的標準差更大。也即是說,較強的南北TC數(shù)蹺蹺板將導(dǎo)致較大的平均TCG緯度IIV。


Fig5.JJA平均TCG緯度21年滑動標準差散點圖(Std)和15°N以北和以南JJA平均TC數(shù)之間的21年滑動相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)右上角的星號表明相關(guān)性在95%置信水平下顯著。

上述結(jié)果證實,平均TCG緯度的IIV很大程度上取決于WNP 北部和南部(15°N)為界TCG數(shù)之間異相關(guān)系的強度。在南北TC蹺蹺板結(jié)構(gòu)較強時,TCG數(shù)在北部增加南部減少,這時平均TCG緯度自然較高,平均TCG位置更集中在北部或南部(遠離15°N),反之亦然。這時,平均TCG緯度在年際時間尺度上會表現(xiàn)出更大范圍的南北擺動。這就是為什么會在平均TCG緯度上觀察到更大的IIV(波動范圍更大)。直接比較揭示了平均TC成因緯度的標準偏差與15°N以北和以南平均TC數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)之間的密切關(guān)系(圖5)。結(jié)果表明,當15°N以北和以南的TC數(shù)更多(更少)負相關(guān)時,平均TC成因緯度的標準偏差更大(更?。?。也就是說,較強(較弱)的南北TC蹺蹺板將支持較大(較小)的平均TC緯度IIV。上述結(jié)果證實,平均TC成因緯度的IIV在很大程度上取決于西太平洋北部(15°N以北)和南部(15°N以南)TC成因數(shù)之間的異相關(guān)系強度。在南北TC蹺蹺板構(gòu)造較強(較弱)的條件下,TC成因數(shù)在北部增加(減少),但在南部同時減少(增加)。當TC數(shù)在15°N以北增加,同時在15°N以南減少時,平均TC生成緯度自然較高,反之亦然。如果南北TC蹺蹺板更強,則平均TC成因位置將更集中在北部或南部(遠離15°N)。因此,平均TC成因緯度將在年際時間尺度上顯示更大范圍的南北擺動。這就是為什么會在平均TC成因緯度上觀察到更大的IIV(具有更大的波動范圍)。

當南北TC 蹺蹺板在20世紀90年代后期變得較弱時,平均TCG緯度在年際時間尺度上表現(xiàn)出較小范圍的南北變化。與20世紀90年代前相比,20世紀90年代后,TCG在南北方向的分布更加均勻,這導(dǎo)致TCG的平均緯度更接近15°N。因此1990年代后期以后,可以觀測到平均TC成因緯度IIV更?。ú▌臃秶。?。

總之,當南北TCG蹺蹺板在20世紀90年代末之前很強時,平均TC成因緯度在很大范圍內(nèi)變化(即較大的IIV),1990年代后期TC蹺蹺板減弱,平均TC成因緯度的變化范圍變小(即IIV變?。?/b>

第五段:與最近變化有關(guān)的可能機制

5.1熱帶海溫異常的年代際變化

為什么1990s末之后15°N南北部TCG數(shù)的異相關(guān)系一直在減弱?熱帶海溫異常的顯著年代際變化可能是主要驅(qū)動因子。不同的熱帶SSTA可能會激發(fā)WNP區(qū)域不同的環(huán)境場異常,從而導(dǎo)致不同的近期TC形成活動特征。

我們首先比較了兩個時段各自的南北平均TC數(shù)回歸得到的SSTA(Fig6)。


Fig6.(a, c)15°N 以北的平均 TC 數(shù)和(b, d)15°N 以南的平均 TC 數(shù)與 6-8 SST 異常值(陰影;℃)和 850 hPa 風(fēng)異常值(向量;ms-1)的回歸關(guān)系。在(a, b)P1 和(c, d)P2 期間,北緯 15°以北的平均 TC 數(shù)量和(b,d)北緯 15°以南的 TC 數(shù)量。只有在90%置信度以上的數(shù)值才顯示出來。

如圖三所示,TCG緯度的變化與南北部TC數(shù)量的變化密切相關(guān)。

在P1時段,在熱帶中東太平洋的顯著冷(暖)SSTA可以用15°N北(南)部的TC數(shù)回歸得到(Fig6)。這些熱帶太平洋的SSTA主要反映了ENSO的影響。

位于北印度洋的冷SSTA和熱帶西太平洋的暖SSTA在用15°N以北的TC數(shù)回歸時表示了出來;而在用15°N以南的TC數(shù)回歸時有相反的SSTA出現(xiàn)。

拉尼娜事件伴隨著熱帶印度洋的冷海溫異常,傾向于增加15°N以北的TC數(shù),同時減少15°N以南的TC數(shù);相反的是,厄爾尼諾事件伴隨著熱帶印度洋暖海溫異常,傾向于抑制15°N以北的TC數(shù)而增強15°N以南的TC數(shù)。

熱帶太平洋和北印度洋海溫異常的聯(lián)合效應(yīng)發(fā)生在1990s末以前,如Fig4所示,二者都導(dǎo)致了15°N以北和以南TC數(shù)的異相變化。

反氣旋環(huán)流異常發(fā)生在南部,導(dǎo)致了南部TC數(shù)減少。這些反氣旋環(huán)流異常可視為熱帶中太平洋(CP)冷SSTA的Gill型大氣響應(yīng)。熱帶CP中暖的SSTA像一個熱帶加熱源,產(chǎn)生了對加熱熱源的Gill型響應(yīng)。通過Gill-Matsuno機制激發(fā)向西傳播的rossby波從而在WP上空產(chǎn)生異常反氣旋環(huán)流;當熱帶CP中存在冷SST異常時,則會出現(xiàn)類似但相反的情況,即表現(xiàn)為熱帶熱源或冷匯。

與此同時,在15°N以北可以發(fā)現(xiàn)氣旋環(huán)流異常,促進了那里更多的TC形成。這些15°N以北的氣旋性環(huán)流異??梢杂脽釒П庇《妊髮銼STA的大氣響應(yīng)來解釋。熱帶北印度洋的冷(暖)SSTA可通過大氣開爾文波或大氣緯向翻轉(zhuǎn)環(huán)流在15°N以北產(chǎn)生氣旋(反氣旋)環(huán)流異常。

用15°N以南的TC數(shù)回歸的SSTA中可以找到符號相反且非常相似的環(huán)流異常偶極子結(jié)構(gòu),這導(dǎo)致15°N以南(北)的TC數(shù)增加(減少)。因此P1期間印度-太平洋區(qū)域一致的SST配置至少可以部分解釋15°N以北和以南TCG數(shù)之間的強負相關(guān)。(Fig4)


相反,P2時期SSTA的配置被發(fā)現(xiàn)是不一致的。當我們將分別用15°N以北和以南的TC數(shù)回歸得到SSTA時,差別非常顯著。P2期間,熱帶北印度洋的負SSTA仍可在15°N以北TC數(shù)的回歸中發(fā)現(xiàn)。但是,P1存在的熱帶太平洋SSTA在P2幾乎完全消失。在15°N以北的氣旋性環(huán)流異常(Fig6c)還存在,但P1存在的(Fig6a)15°N以南的反氣旋性環(huán)流異常則已消失,這被認為是P2期間熱帶CP SSTA缺失的結(jié)果。相比之下,在15°N以南回歸的SSTA中,熱帶CP中觀察到了顯著的暖SSTA(Fig6d)。熱帶EO的SSTA相對較弱,這表明P2時段CP-ENSO的影響是大于EP-ENSO的。此前的研究還表明,1990s之后,CP-ENSO發(fā)生的概率越來越高,這可能導(dǎo)致了P2期間CP-ENSO產(chǎn)生更多的影響。

熱帶CP中的暖SSTA可以通過Gill型大氣響應(yīng)產(chǎn)生向西的氣旋性環(huán)流異常。熱帶加熱源激發(fā)向西傳播的rossby波擾動與暖SSTA相關(guān),可通過Gill Matsuno機制在WP上空產(chǎn)生異常氣旋環(huán)流。與Fig6b相比,熱帶北印度洋的SSTA明顯減弱(Fig6d)。

熱帶大西洋SSTA可通過跨盆地大氣緯向和垂直環(huán)流異常傳播其對WP地區(qū)環(huán)流的影響,并可能進一步影響WP TC的生成和活動。熱帶大西洋的冷SSTA能觸發(fā)熱帶大西洋上空異常下沉運動及赤道CP的異常上升運動。赤道CP的異常上升運動可進一步誘發(fā)向西的低層氣旋性異常環(huán)流,這可以使熱帶CP中暖SSTA觸發(fā)的氣旋得到顯著增強。

P1期間環(huán)流異常的偶極子結(jié)構(gòu)在P2期間趨于減弱。P2期間,15°N以北(南)的TC數(shù)往往與熱帶北印度洋(熱帶太平洋和北大西洋)的SSTA有關(guān)(Fig6c、d)。P2期間與P1不一致的SST配置可能是1900s后期15°N北部和南部TCG數(shù)之間關(guān)系顯著減弱的原因(Fig4)。

用P1與P2期間的WNP TCG平均緯度回歸的SSTA也可以得到類似的結(jié)果(Fig7)。


Fig7.用P1與P2的WNP TCG平均緯度回歸得到的SSTA和850hPa異常風(fēng)場,90%顯著性檢驗。

在P1期間,可以在熱帶CP-EP再發(fā)現(xiàn)顯著冷SSTA,這支持拉尼娜事件有助于增加TCG緯度的觀點。P1期間,隨著熱帶CP-EP的冷SSTA,熱帶北印度洋也出現(xiàn)冷SSTA,熱帶WNP出現(xiàn)暖SSTA。該SST配置可在WP上空15°N以南誘發(fā)反氣旋環(huán)流異常(抑制TC生成),在15°N以北誘發(fā)氣旋性環(huán)流異常(增加TC生成)。因此,15°N以北TC數(shù)的增加與以南TC數(shù)的減少導(dǎo)致了更高的平均TCG緯度。相反,P2期間觀察到了不同的SSTA配置,冷SSTA集中在熱帶CP,導(dǎo)致P2期間TCG平均緯度的變化更受熱帶CP型ENSO的影響,這與Fig6的結(jié)論一致。

此外,熱帶北印度洋的冷SSTA和熱帶WP的暖SSTA在P1時期非常明顯,而在P2時期產(chǎn)生了大幅衰減。值得注意的是,P2時期,熱帶北大西洋出現(xiàn)了顯著暖SSTA,這在P1是沒有的。這些結(jié)果表明,在P1期間,TCG平均緯度的變化主要受到熱帶CP-EP型ENSO及熱帶北印度洋夏季SSTA異常的調(diào)制,但到了P2,調(diào)制因素變更為了CP-ENSO及北大西洋夏季SSTA異常。(Fig8)


Fig8.主要區(qū)域6-8月SSTA與兩個時期WNP TC特征的相關(guān)系數(shù)的比較。a. 平均TCG 緯度b. 15°N以北的平均TC數(shù) c. 15°N以南的平均TC數(shù) ?橫軸分別三個主要區(qū)域(nino3.4區(qū),熱帶北大西洋和熱帶北印度洋),虛線為95%的顯著性水平。

這些觀測到SSTA結(jié)構(gòu)的年代際變化被認為與近幾十年來ENSO條件從EP->CP的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。以往的研究表明,近幾十年以來CP ENSO發(fā)生頻率的上升可能與大西洋SST對太平洋的影響增加有關(guān)。最近的研究也提出1990s以來熱帶大西洋影響的上升。因此,在P2期間可以觀察到大西洋海溫異常的增強信號,伴隨著CP型ENSO出現(xiàn)頻率的增加,這是很自然的。相比之下,熱帶印度洋SSTA與EP-ENSO的關(guān)聯(lián)則更強。

因此,在P1期間,EP-ENSO占主導(dǎo)地位,可以在印度洋觀察到更顯著的信號;然而到了P2時期,CP-ENSO變?yōu)橹鲗?dǎo)時,熱帶印度洋SSTA傾向于大幅衰減。

總之,6-8月熱帶SSTA影響的顯著年代際變化被認為是近期南北TC蹺蹺板結(jié)構(gòu)和平均TCG緯度年際變化強度減弱的主要原因。1990s以前,與ENSO有關(guān)的熱帶中東部夏季SSTA往往伴隨著熱帶北印度洋的夏季SSTA。熱帶太平洋-北印度洋的夏季SSTA可以調(diào)節(jié)15°N以南和以北的TC生成數(shù)(影響相反)。因此,南北TC數(shù)蹺蹺板現(xiàn)象和偶極子結(jié)構(gòu)在P1時期是很強的,它支持著很大的平均TCG緯度IIV。在1990s之后(P2時期),與ENSO有關(guān)的夏季太平洋SSTA趨于伴隨夏季熱帶北大西洋SSTA出現(xiàn)。因此,夏季SSTA的主導(dǎo)效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱藷釒P和熱帶北大西洋SSTA的綜合效益。熱帶太平洋-北大西洋夏季SSTA只能調(diào)節(jié)15°N以南的TC生成數(shù),而對15°N以北地區(qū)影響不大。因此,在P2期間,南北TC蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)變的很弱,這也導(dǎo)致了平均TCG緯度的IIV較小。

5.2影響TCG的大尺度環(huán)境因素

接著,我們使用GPI來確定不同的環(huán)境場如何影響觀測到的南北部TC蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)。上文中提到的SST的年代際變化可能會影響WNP上空的大尺度環(huán)境背景場(如GPI中的因子),從而調(diào)節(jié)WNP TC活動和特征的年代際變化。

GPI中有四個環(huán)境因素(低層大氣相對渦度、垂直風(fēng)切變、相對濕度和潛在強度)來評估大尺度環(huán)境因素對熱帶氣旋生成的影響。這些大尺度背景環(huán)境因素被認為對TC的生成有著很大的影響。低層大氣相對渦度和垂直風(fēng)切變是動力因素,相對濕度和潛在強度是熱力學(xué)因素。15°N以北和以南地區(qū)的區(qū)域平均GPI趨于異相變化(Fig9a)。


Fig9.(a) 1970-2016年15°N北部(黑線)和南部(紅線)區(qū)域平均GPI年際變化的時間序列。(b) 15°N北部和南部平均GPI異常之間的21年滑動相關(guān)系數(shù)。(b)中的紅點表示相關(guān)性在95%置信水平下顯著。

負的相關(guān)系數(shù)證實了北部和南部GPI之間的異相關(guān)系(Fig9b),這也證實了圖三圖四所述的南北TC蹺蹺板和偶極子結(jié)構(gòu)。近幾十年來,南北部GPI之間的異相關(guān)系有減弱的趨勢,這與15°N以北和以南的TC生成數(shù)之間異相關(guān)系的減弱是相一致的(Fig4b)。因此,GPI的變化也可以解釋近期南北TC蹺蹺板現(xiàn)象和偶極子結(jié)構(gòu)的變化。

我們進一步研究GPI指數(shù)中的四個環(huán)境因素,以確定它們對TC生成和活動變化的相對貢獻。

將這四個環(huán)境因子分別回歸到TCG平均緯度上,并對結(jié)果進行比較(Fig10)。


Fig10.用兩段時間的TCG平均緯度回歸得到的大尺度環(huán)境因子。90顯著性水平。

在850hPa相對渦度的回歸中可以觀察到一個明顯的偶極子結(jié)構(gòu)(Fig10a,e),在15°N以北(南)有明顯的正(負)異常。如圖七所示,850hPa相對渦度的這些信號與大氣環(huán)流異常一致(與15°N以北和以南的氣旋/反氣旋環(huán)流異常符號相反)。

而對于其他三個因子,并未發(fā)現(xiàn)有顯著連續(xù)的南北偶極子結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果表明,低層大氣相對渦度對觀測到TC數(shù)的蹺蹺板和平均生成緯度的變化貢獻最大。我們進一步計算了15°N以北和以南的850hPa相對渦度的區(qū)域平均時間序列(Fig11a)。


a. 1970-2016年15°N南(紅)北(黑)區(qū)域平均850hPa相對渦度年際變化的時間序列 b.15°N南北850hPa相對渦度異常的21年滑動相關(guān)系數(shù)。紅點為95%的顯著性檢驗。

可以觀察到負相關(guān)的存在(Fig11b),與圖10a、e所示的南北偶極結(jié)構(gòu)一致。1990s末以后,850hPa相對渦度的負相關(guān)有大幅減弱的趨勢,這與近幾十年來觀察到的15°N以北和以南TC數(shù)的負相關(guān)減弱是一致的(Fig4b)。在P1期間,北緯15°N以北和以南的850hPa相對渦度的相關(guān)系數(shù)為-0.48,但在P2期間這個值下降到了-0.27。

通過對GPI中四個環(huán)境因子的研究,發(fā)現(xiàn)低層大氣相對渦度是貢獻最大的一個因子。在1990s末之前,熱帶CP-EP和熱帶北印度洋SSTA的共同影響占主導(dǎo)地位,這使得底層大氣環(huán)流異常呈現(xiàn)南北偶極子結(jié)構(gòu)(15°N以北和以南的氣旋/反氣旋環(huán)流異常符號相反)。850hPa相對渦度也可以觀察到明顯的偶極子結(jié)構(gòu),北緯15°N以北和以南的異常符號相反。相應(yīng)的,在1990s末之前你,發(fā)現(xiàn)了更強的南北TC蹺蹺板和更大的平均TCG緯度的IIV。1990s末之后,夏季SSTA的主要作用轉(zhuǎn)變?yōu)榱藷釒P和北大西洋熱帶SSTA的共同作用,這可能削弱了低層大氣環(huán)流異常的南北偶極結(jié)構(gòu)。850hPa相對渦度的偶極結(jié)構(gòu)也大大減弱。相應(yīng)的,在1990s末之后,可以觀察到南北TC蹺蹺板和平均TCG緯度IIV的減弱和降低。

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