ABSTRACT

Based on the Best Track Dataset from China Meteorological Administration during 1949-2014, there were 71 tropical cyclones (TCs) during the period landfall in Ningbo. According to composited analysis and t-test, the area which TC genesis with strong east-wind and the location of westerlies play an important role in TC moving. During the autumn season (September and October) of global warming hiatus epoch after the mid-to-end of 1990s, the TC number of moving to Ningbo was increased significantly. The reason may be associated with the Pacific decadal oscillation became into its negative phase. Since the sea surface temperature showing a La Nina-like pattern, which enhanced Walker Circulation and further modulated western Pacific subtropical high (WPSH), the WPSH extended westward and intensified, causing TC moving favorite to western region and favorite landing at Chinese mainland. The genesis of TC over the western North Pacific also appears interdecadal shift indicated by genesis potential index of TC. The decreasing of vertical wind shear and increasing of relative humidity play a dominant role in TC genesis increasing.

Keywords:Tropical Cyclones, Landfall at Ningbo, WPSH, Decadal Variability, Walker Circulation, GPI

入境宁波的热带气旋活动特征的气候统计 及其年代际变化

吴彦洁^1,2，黄 菲^1,2,3，许士斌^1,2

¹中国海洋大学物理海洋实验室，山东 青岛

²中国海洋大学山东省高校海洋–大气相互作用与气候重点实验室，山东 青岛

³宁波大学宁波市非线性海洋和大气灾害系统协同创新中心，浙江 宁波

收稿日期：2016年4月7日；录用日期：2016年4月26日；发布日期：2016年4月29日

摘 要

本文利用中国气象局热带气旋(TC)资料中心最佳路径数据集，对入境宁波的TC进行统计，从1949到2014年共有71个TC入境宁波，通过合成分析和显著性检验发现：TC源地强东风引导气流的存在和西风带的南北位置是影响TC路径的重要原因。在1990s中后期以来的全球变暖减缓阶段，入境宁波的TC频数在9~10月份显著增多。1990s中后期之后，整个太平洋海表面温度(SST)呈现出太平洋年代际涛动(PDO)的负位相和赤道太平洋的类拉尼娜型海温分布，Walker环流增强，调制了西太副高的加强和西伸，使得西北太平洋TC移动路径偏西，登陆我国海岸线中段的TC频数增多，造成了在9~10月份入境宁波的TC频数增多。就TC生成而言，1990s年代中期之后西北太平洋TC源地西部垂直风切变的减弱和相对湿度的增加可能造成了TC生成的增加，而较东位置则与之相反。

关键词 :热带气旋，入境宁波，西太副高，年代际变化，Walker环流，潜在生成指数

1. 引言

热带西北太平洋是全球热带气旋(TC)活动最频繁的区域之一，占全球总数的33% [1] [2] 。我国海岸线绵长，TC是影响我国东部沿岸及近海的主要灾害性天气系统，热带气旋能带来大风和暴雨，对沿海城市人民的社会生活生产以及经济带来重要影响。宁波市位于我国海岸线中段，地处浙江省东部是中国副省级城市，浙江第二大城市，浙江省三大经济中心之一。宁波市两面沿海，北接杭州湾，东临象山港。TC是对宁波市破坏性最强的气象灾害之一 [3] ，因此研究入境宁波的TC对经济生产生活有着重要意义。

李英等 [4] 对登陆我国的热带气旋进行了详细的特征统计，石蓉蓉等 [5] 对影响浙江省的热带气旋进行了灾害评估。但目前还没有研究着眼于对宁波这类小范围区域入境的TC研究工作。

近几十年来在全球变暖的大背景下，全球平均气温在上世纪90年代中后期出现了增暖减缓或停滞的现象 [6] 。在这种年代际变化的大背景下，入境宁波的TC活动会发生什么样的变化？

基于对入境宁波TC的基础统计，进一步对入境宁波的TC年代际变化进行分析，研究在近十几年全球变暖和全球变暖停滞前后，入境宁波TC的年代际变化及造成年代际变化的大尺度海洋-大气气候原因。

2. 资料与方法

根据中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集，采用了1949年~2014年的热带气旋资料。为了找出合理的预报因子，采用了NCEP/NCAR日平均位势高度场和风场再分析数据、月平均相对湿度、风场再分析资料，数据分辨率为2.5˚ × 2.5˚，以及月平均海温数据，数据分辨率为2˚ × 2˚。

本文定义影响宁波的TC为进入宁波行政区域及其周边的一个3˚ × 3˚格点范围(120˚~123˚E, 28˚~31˚N)。此类热带气旋中心位置离宁波很近或者中心进入宁波境内，对宁波的天气影响较大。

在使用副热带高压(以下称副高)来表征合成环流场时，参考文献资料 [7] [8] 采用了副高西伸指数(即采用了副高最西位置点的经度值，本文中分析副高基于500 hPa位势高度场的588线)和平均脊线(即为副高脊线位置的纬度)。

对于TC生成时间统一以TC达到热带低压等级即风速大于12 m/s时为TC生成时刻，TC的生成位置为TC达到热带低压等级时所处经纬度。

西北太平洋的TC活动主要发生在每年的5~11月，即台风季节，在对入境宁波TC的路径分类研究中，根据东亚环流的过渡和变化将台风季节划分为三个时间段：初夏(5、6月)，盛夏(7、8月)，秋季(9、10、11月)，将非台风季节的五个月份分为两个季节：冬季(12、1、2月)，春季(3、4月)。

在大尺度背景环流分析中，根据黄嘉佑 [9] 提出的合成场显著性检验，采用了T检验来判别合成场的显著性，并且根据陈广才和谢平 [10] 的传统F检验法检验合成要素差值场的显著性。

为了研究大气环境对TC生成的影响，采用了GPI指数 [11] ，这个指数是由TC活动依赖的四项大尺度环境因素(绝对涡度、700 hPa相对湿度、潜在强度 [12] 、垂直风切变)计算得到的。

3. 入境宁波TC的特征统计

3.1. 入境宁波TC的个数

从1949年至2014年，入境宁波区域的热带气旋共有71个，年均1.08个。其中八月是TC入境宁波最多的季节，共有28个TC，达到总数的三分之一，其次是七月和九月，这三个月的入境总和占全年入境宁波TC数目的三分之二。入境宁波TC的生成时间从五月到十一月，最早出现中心位置到达宁波的TC是在2006年5月8日生成的，最迟是在1972年的11月2日生成的。

3.2. 入境宁波TC的路径特征

为了研究入境宁波TC的路径特征，将入境宁波的TC分为五类路径：1、西北行登陆；2、未登陆在宁波附近海域转向；3、登陆后在陆地转向；4、从华南登陆后转向由宁波一带入海；5、异常路径(如蛇形、折线型等，此类在环流合成分析中不予考虑)。在四种正常路径中(图1)，路径3数目偏多，达到26个，路径2数目较少只有3个，路径1和路径4均有12个。通过统计结果发现，路径1和路径2的TC均生成于盛夏季节，路径3主要分布在盛夏，初夏和秋季有少数存在，路径4主要存在于初夏和秋季，盛夏仅存在2例。

3.3. 入境宁波TC的强度

对于TC强度的统计分类参见《热带气旋等级》国家标准，影响宁波时TC强度从热带低压到强台风，目前没有出现在宁波影响区域内为超强台风等级的TC。影响宁波时为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风的TC个数分别为18、14、16、13、1。从五月开始有TC影响宁波，直到十一月份结束台风季节(图2)。在初夏登陆宁波的TC强度较弱，之后逐渐加强，到盛夏强度与数目均为峰值。入境宁波的TC中，共有10个在生命史中达到超强台风等级，16个达到强台风等级，达到台风等级的占总数的三分之一，弱于台风等级的少于总数三分之一，共19个。唯一一个入境宁波强度为强台风等级的TC出现在七月。

图1. 影响宁波的TC的四种正常路径

图2. 入境宁波不同强度TC各月柱状分布图

3.4. 入境宁波TC的生成位置

入境宁波的TC大部分在西北太平洋菲律宾以东海域生成，少数在南海海域生成。通过图3可以看出TC生成位置有着西北–东南走向倾斜，并且随着季节变化南北向移动，在初夏和秋季，生成TC位置偏南，而到了盛夏，生成TC位置偏北，这可能与季风槽的移动有关 [13] 。但从TC生成位置与移动路径来看，没有明显的规律性。

4. 不同路径入境宁波TC的环流分析

根据最佳路径数据集的TC存在日期记录，来分析影响不同路径TC的实时背景环流。以下分为三种路径进行分析研究：西北行路径；在宁波附近转弯型路径(即路径2和路径3的合成)；从华南登陆后转向由宁波出海型路径。

图3. 入境宁波TC生成位置落点

4.1. 西北行路径

西北行路径TC仅生成在盛夏。从图4中看出：在500 hPa位势高度场上，相对于气候平均，副高位置偏西，西伸指数为148˚E，副高势力弱，副高西侧西北向引导气流强。在合成风场上，过显著性检验的风矢量一直从20˚N左右一直延伸到渤海(35˚N以北)才转向偏北，且中纬度西风气流存在于40˚N以北，距离TC路径较远，不利于TC的转向，所以TC以西北行路径登陆我国海岸线中段。由于此类TC在登陆宁波之前没有经过转向和登陆，登陆前在洋面移动距离长，吸收了充分的水汽和热量，发展过程长，登陆时强度强，给登陆地附近造成较大的自然灾害，对社会经济、人民生产生活影响较大。

4.2. 在宁波附近转弯路径

由于路径2和路径3的TC环流合成类似，生成活动时间类似，且路径2统计得出个数较少，所以合并成一类路径进行分析。

根据图5(a)发现，三个季节的副高都较气候态位置偏北，有利于TC的北上。在初夏，副高位置偏南，平均脊线在25˚N附近，对比路径1环流场，副高偏西，西伸脊点在125˚E。TC生成后移动至东南沿海，在30˚~40˚N一带有强的西风气流，促使TC在30˚N附近转向。盛夏(图5(b))是此路径出现最多的季节，占总数的3/5。500 hPa上副高位置较初夏偏北，平均脊线移动至30˚N，西伸脊点在130˚E，略微东移，但与西北行路径的副高脊线位置相差了18个经度，位置明显偏西，且副高范围明显偏大。从风场上看，低纬西北向引导气流较强，中纬度西风带北移至40˚N左右，在30˚N附近的沿海陆地的反气旋环流与引导气流的汇合处位于30˚N附近，TC极易在此处转向。在秋季风场过显著性检验的区域较小，但TC转向的关键区风场通过了显著性检验(图5(c))。从位势高度场来看，500 hPa副高位置较盛夏偏南，较初夏偏北，但范围比前两个季节都小，西伸脊点与盛夏基本一致，在30˚N近岸地区东南气流转为西南气流，这也许是TC在宁波附近转向的原因。

4.3. 在宁波附近出海路径

在宁波附近出海的TC是在我国华南一带登陆后再转向，此类TC占入境宁波TC总数的1/5，此类

图4. 西北行路径合成位势高度场和风场(风场通过了95%的显著性检验，蓝色等值线为合成场587线，黑色等值线为气候平均587线，以下同)

图5. 同图4，但是在宁波附近转向型路径的合成(绿色点标记区域的位势高度场通过了95%的显著性检验)

路径主要存在于初夏和秋季，盛夏少有生成。

合成环流(图6(a))显示：500 hPa副高位置偏西，西伸脊点在125˚E，副高偏南，平均脊线在20˚N，较在宁波附近转向型TC的副高偏南。从合成风场中看出，在TC生成源地上空，有强的东风气流，使得TC西行移动，到了南海后，转成偏南风，引导TC在我国华南一带登陆。在30˚~40˚N地区的西风有一定的偏南分量，这使得TC不能再登陆后继续北上。在盛夏(图6(b))，500 hPa副高位置偏西，西伸脊点达到120˚E，在西北太平洋TC源地有强东风，引导TC移向南海，在南海转为南风，使得TC在华南登陆，中纬度西风有偏南分量且西风气流位置偏南，促使TC在30˚N附近入海。到了秋季(图6(c))，副高较前两个季节偏西偏南，在TC生成源地有较强东风气流，南海上空有南风，在30˚N附近有较强西风。但对比前期风场和位势高度场均不显著，这说明在秋季，可能还有其他因素影响着TC的移动，这点值得后续研究。

5. 入境宁波TC的年代际变化

5.1. 全球变暖减缓前后TC频数的季节性差异

基于前人研究 [6] ，将1979年之后分为两个阶段：1979~1997(P1)和1998~2014(P2)。由于卫星资料在1979年后才出现，对于TC的观测更准确，因此1979年之前的TC数据有可能出现缺漏。从图7中可以看出，入境宁波的TC频数在8月最多，在其前后逐渐减少，大体上呈现出高斯准正态分布的特征。在P1阶段，入境宁波的TC最多出现在七、八月份，略呈偏态分布，入境宁波的台风时间偏早，主要在六、七月份比多年平均偏多，而在8月之后则相比于多年平均出现偏少。而在全球变暖减缓停滞的P2阶段，入境宁波数目异常偏多，而盛夏入境宁波的TC频数分布呈显著的偏态分布，最大值出现在9月，且峰度系数下降，特别是春夏之交的4~6月和秋季的9~10月，即春、秋过渡季节入境宁波的TC均比多年平均异常偏多，而盛夏季节的7~8月则异常偏少，这说明宁波地区的台风季节向春季和秋季扩张。五月、九月、十月入境宁波的TC频数显著增多，通过了95%的置信度检验，尤其是九月份入境宁波的台风频数达到了峰值，远远多于气候平均值。春季频数的变化，可能与东亚夏季风爆发的年代际变化有关 [14] ，而秋季为什么登陆影响宁波的TC大幅度增加？下文将重点研究其可能的原因。

图6. 同图4，但指在宁波附近入海型路径的合成场

图7. 台风季节三个年代段宁波TC频数季节变化曲线(红色十字标记是通过95%置信度检验的月份)

5.2. TC生成位置和路径的年代际变化

由于南海TC活动的季节变化与西北太平洋海域不同，且九、十月份(SO)没有南海TC入境宁波，所以仅分析西北太平洋海域的TC活动。下面将通过对比P1和P2两个年代段在西北太平洋TC的生成位置和路径来研究入境宁波TC频数在P2阶段增多(图7)的原因。我们发现：1998年后西北太平洋TC在SO生成的位置较为偏西，165˚E以东范围较少有TC生成，生成范围由120˚E~170˚E变为120˚E~160˚E (图8)。且从移动路径上来看(图8)，整体TC路径偏西，160°E以东少有TC活动，转向型路径TC活动范围偏西，这使得我国海岸线中段在SO月份仍有较多的TC入境。而TC的生成纬度均在5˚~20˚N之间。通过以上分析，得出：在1998年后SO西北太平洋TC生成位置偏西以及活动路径偏西是造成入境宁波TC频数增多的原因。

6. 海洋–大气大尺度背景环流的年代际差异

6.1. 海表面温度(SST)

为了研究西北太平洋SO月份TC活动整体位置偏西的原因，对P1和P2两个年代段的海温差值场进行分析。从图9中可以看出：整个太平洋呈现出太平洋年代际涛动(PDO)负位相的分布特征 [15] ，热带太平洋则呈现出La Nina-Like的分布特征，东太平洋和中太平洋偏冷，西太平洋温度偏高，且较大区域通过了95%的显著性检验。根据前人文献 [16] ，在PDO负位相阶段，会使得西北太平洋TC个数偏多，135˚E以西生成TC偏多。

6.2. 西太平洋副热带高压及引导气流

从图10(a)和图10(b)来看，通常定义的副高区域(588线)没有明显的西伸，但是通过副高指数的计算，P1段(图10(a))的西伸脊点为140˚E，而P2段(图10(b))的西伸脊点为137˚E，通过了95%的显著性检验。且587线的表现更为明显，P2阶段587线西伸进入了东亚大陆范围，且西伸区域显著。这一结论与Zhou

图8. P1和P2阶段西北太平洋TC生成位置及其路径

图9. P1和P2段SO月份SST差值场(黑色虚线区域表示通过了95%的显著性检验)

图10. P1和P2阶段SO月份的500 hPa位势高度场及差值场和风场差值场(黑色虚线为通过90%显著性检验的区域)

等 [17] 的研究结论相符，Walker环流的加强会促使西太副高西伸。西太副高的位置与TC移动路径相关，西伸的西太副高引导TC沿着副高边缘移动，使得TC移动偏西。且依据气候统计特征发现，在SO月份入境宁波的TC均为转向型，则副高的西伸程度影响了TC的转向位置。副高西伸入内陆，则TC易在我国陆地或沿岸转向。

由于P1和P2的风场分布大体一致，所以只给出了风场差值场(图10(c))。在TC生成源地范围内，没有明显的风场异常，当TC在源地生成后，在引导气流作用下向西北移动。到了中纬度地区，异常东风的存在使得TC更易移向我国沿海，在我国登陆。

6.3. 沃克(Walker)环流

Walker环流 [18] 是热带太平洋海气相互作用的重要大气环流。1998年后西太平洋增暖，东太平洋变冷，热带太平洋纬向SST梯度变大，Walker环流增强。在Dong和Lu [19] 的研究中，有与此一致的结论。由于Walker环流的上升支在160˚E左右，通过分析秋季P1和P2垂直速度差值的经度–高度剖面图(图11)发现：在1998年后，在160˚E上升支附近上升运动显著增强。Walker环流上升支从低层到高层均有加强，而在100˚W附近的下沉支仅有低层下沉加强。

根据前人研究 [17] ，副高西伸可能有诸多原因。可能是中、东太平洋的变冷和赤道西太平洋变暖影响了Walker环流，随后减弱了热带中、东太平洋的对流，在这之后强迫一个ENSO/Gill型响应去调制西太副高，促使西太平流副热带高压西伸；也可能副高对印太暖池的增暖的响应；也可能是季风绝热加热机制 [20] 在副高的西伸过程中扮演二次强迫的作用。

6.4. 台风潜在生成指数GPI

在1998年后，西太TC的生成位置较为偏西，在前人研究 [21] [22] 中指出，在年际和年代际尺度上，大气环流的因素对TC生成的影响比SST重要。从图12看出：TC主要生成在5˚~20˚N，120˚~170˚E范围，在15˚附近有一生成中心，这一中心位置在P2阶段有扩大并西移。

差值场(图12(c))上这种分布表现的更为明显，150˚E以西GPI为正异常，150˚E以东GPI为负异常，这说明在1998年后大尺度环境因素的改变使得西北太平洋TC生成向西移动。

GPI指数有四个影响因素 [11] ：绝对涡度、700 hPa相对湿度、潜在强度以及垂直风切变。将两个阶段的以上四项因素合成对比发现，700 hPa相对湿度和垂直风切变在年代际变化上与GPI变化类似，这两者可能是导致TC生成偏西的环境因素。从图13可以看出，GPI正异常区域内，垂直风切变减少，相对湿度增加；而在GPI负异常区域，垂直风切变是增加，相对湿度减小。这与垂直风切变和相对湿度在TC生

图11. P1和P2阶段SO月份沃克环流及热带地区(5˚S-5˚N)垂直速度差值的经度–高度剖面图(图中黑色虚线表示通过了90%的显著性检验)

图12. P1和P2阶段在SO月份GPI指数及其差值场(黑点为过90%置信度检验，以下同)

图13. P1和P2阶段的VWS和700 hPa相对湿度差值场

成发展过程中的作用相符。弱的垂直风切变和大的相对湿度有利于TC生成和发展。

综上可知，在SO月份西北太平洋TC路径生成位置受到副高和大尺度环境因素的影响而西移，造成了在SO月份入境宁波TC频数的增多。

7. 结论

1) 入境宁波的TC在66年间共有71个，影响宁波时为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风的TC个数分别为18、14、16、13、1。共有10个在生命史中达到超强台风等级，16个达到强台风等级，达到台风等级的占总数的三分之一，弱于台风等级的少于总数三分之一，共19个。

2) 从四类正常路径来分析，除了TC生成源地有强的东风气流，使得TC生成后移向我国，另外，中纬度西风带的位置也是TC入境宁波的重要因素。

3) 1990 s中期后全球变暖停滞，西北太平洋TC生成位置和移动路径均较之前偏西。通过分析SST发现，整个太平洋呈现出PDO负位相的分布特征，热带太平洋则呈现出La Nina-Like的分布特征，东太平洋和中太平洋偏冷，西北太平洋温度偏高。1990 s中期后，SST的异常分布可能导致Walker环流加强，Walker环流的变化调制西太副高，使得西太副高西伸，从而影响了西北太平洋TC活动整体偏西。

4) 通过对GPI的分析发现：TC生成源地西部垂直风切变的减弱和相对湿度的增加有利于TC生成位置偏西。

基金项目

全球变化研究国家重大科学研究计划项目(2012CB955604, 2015CB953904)和国家自然科学基金项目(41575067)。

文章引用

吴彦洁,黄 菲,许士斌. 入境宁波的热带气旋活动特征的气候统计及其年代际变化
Characteristics of Tropical Cyclone Landfall in Ningbo: Climatological Statistics and Decadal Variability[J]. 气候变化研究快报, 2016, 05(02): 126-138. http://dx.doi.org/10.12677/CCRL.2016.52016

参考文献 (References)