低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系

劉 寧

（民航河南空管分局，河南 鄭州 450000）

低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系

劉 寧

（民航河南空管分局，河南 鄭州 450000）

基于1979～2010年的NCEP/NCAR再分析風場資料和美國聯合臺風預警中心（JTWC）熱帶氣旋資料，文章通過研究越赤道氣流準雙周振蕩對東風波、赤道輻合帶等的影響進而揭示低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系。傳統意義上，西北太平洋臺風路徑可劃分為：西行路徑、西北行路徑、轉向路徑和異常路徑，文章的主要研究對象為西行路徑和西北行路徑。首先利用風場資料對低空（925hPa）經向風進行低頻（10～20天）濾波并對濾波后低頻經向風場進行EOF分解，分析表明低空越赤道氣流及與其相聯系的經向風存在明顯的準雙周（10～20天）振蕩現象。研究表明，越赤道氣流對西北太平洋臺風路徑預報有一定的指示作用，較大的低頻越赤道氣流經向分量使得季風槽位置北抬，從而影響臺風移動路徑偏北，相反，較小的低頻越赤道氣流經向分量或負的分量不易使臺風轉向。

低空越赤道氣流；準雙周振蕩；經向風；臺風路徑；低頻氣旋

西北太平洋為臺風高頻活動區，據統計，平均每年在西北太平洋區域生成的臺風為全球熱帶氣旋總數的 30%。由于在西北太平洋生成的臺風（或者在此區域發展為臺風）有可能會登陸我國，對我國的經濟造成重大損失，甚至造成人員傷亡。所以有許多學者專家對西北太平洋臺風的發生發展、演變規律及其影響機制等做過系統性研究。在眾多有關臺風的研究課題中，臺風路徑的研究是較為重要、難度較大的一個。正因為如此，臺風移動路徑的研究也吸引了越來越多中外研究者的關注。例如姜麗萍，夏冠聰，尤紅等于2008年發表的《“珍珠”臺風強度及路徑異常的分析》［1］。從影響臺風移動路徑的因素看，赤道輻合帶（ITCZ）、季風槽、副熱帶高壓、東風波一直都是大家關注的重點，然而近些年來，越來越多的學者逐漸開始注意到越赤道氣流對臺風的重要影響。

越赤道氣流（cross-equatorial flow，CEF），又稱為過赤道氣流、跨赤道氣流或者跨半球旋轉環流，1921年Simpson最先提出越赤道氣流的概念，他認為南半球東南信風越過赤道而形成印度西南季風［2］。何金海和韓慎友等氣象專家一致認為，越赤道氣流是南北兩半球大氣相互聯系相互作用的紐帶，它可以通過交換和輸送南北半球的物質、能量和水汽等來影響南北半球天氣、氣候［3］。國內、外許多氣象學者對越赤道氣流與臺風關系進行了大量的研究，并取得了一系列成果。例如，1997年黃江玲指出，越赤道氣流的水汽輸送量和氣流流量指數與臺風生成之間存在著相關關系［4］。還有學者做過關于越赤道氣流強弱程度與臺風活躍程度之間關系的研究［5］。但是，有關越赤道氣流與臺風移動路徑之間關系的研究很少被涉及。

夏季越赤道氣流在東半球有五條顯著地通道，分別位于45°E、85°E、105°E、125°E及150°E附近。越赤道氣流在925hPa低空和150hPa高空表現較為突出，本文的研究重點就是低空（925hPa）越赤道氣流。有研究結果表明，越赤道氣流存在明顯的季節內振蕩，主要表現為30～60天振蕩（ISO）和10～20天振蕩（QBWO）。本文的研究對象是10～20天振蕩（準雙周振蕩，QBWO）。近來，許多氣象學者開始關注準雙周振蕩（QBWO）與臺風生成發展、活躍程度及臺風移動路徑的關系。例如，王磊、陳光華等通過對西北太平洋上空10～20天大氣準雙周振蕩（QBWO）不同位相的劃分， 深入分析了QBWO對西北太平洋區域生成臺風的調制作用［6］。揭示出：QBWO對西北太平洋是上空的季風槽季內變化具有重要的影響作用。本文以這些研究結果為基礎，通過研究低空（925hPa）越赤道氣流準雙周振蕩的時空變化特征，分析低頻越赤道氣流形勢及其形勢演變過程來揭示低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系。

1 研究資料與方法

1.1 資料說明

本文所研究的時間段為1979～2010年的6～10月，與臺風活動的時間區間基本一致。文中用到的數據資料來自：

（1）美國聯合臺風預警中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC），1979～2010年6～10月TC生成位置、強度和移動路徑的資料，時間間隔為 6小時。由于本文主要研究對象為具有一定強度的熱帶氣旋，所以定義熱帶氣旋最大風速首次達到 64KT及以上的時間、位置為臺風生成時間和位置。

（2）1979～2010年6～10月NCEP/NCAR的風場再分析資料，資料的水平分辨率2.5°×2.5°，時間間隔為6小時。

1.2 方法簡介

本文最突出的方法就是對比與比較，原始越赤道氣流形勢場對臺風路徑的影響與濾波后低頻越赤道氣流對臺風路徑的影響相對比，越赤道氣流對西行路徑與西北行路徑的不同作用機制相比較通過對比與比較的方法揭示出低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系。

除此之外，本文還使用了統計方法、EOF分解方法和超前滯后回歸方法等。值得說明的是，在研究過程中，本文主要選取了西行路徑和西北行路徑臺風進行對比分析。

2 西北太平洋臺風路徑的劃分

為了研究低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系，本文首先將 1979～2010年（6～10月）期間發生在西北太平洋的臺風移動路徑進行分類，按照傳統劃分方法分為四類，分別是：西行路徑、西北路徑、轉向路徑與異常路徑。本文的研究對象為西行路徑和西北行路徑。

西行路徑（圖 1a）——臺風一般從菲律賓以東洋面一直向西移動，經過我國南海，在華南沿海、海南島或者越南一帶登陸。西行路徑的緯度隨季節南北移動。

西北路徑（圖 1b）——臺風從菲律賓以東向西北偏西方向移動，在臺灣、福建一帶登陸；或者從菲律賓以東向西北方向移動， 穿過琉球禽群島， 在浙江一帶登陸，然后消失。

本文通過對西行和西北行兩種路徑臺風的低頻環流場進行合成，并分析不同路徑臺風的低頻環流演變過程，揭示越赤道氣流低頻經向風與臺風移動路徑之間的關系。

圖1 臺風路徑分類(a：西行路徑；b：西北行路徑)

3 低空越赤道氣流對臺風路徑的影響

夏季東半球越赤道氣流在925hPa低空和150hPa高空最為顯著，本文的研究對象為低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑的關系，所以文章只分析了不同路徑臺風的低空（925hPa）環流場。本文利用NCEP/NCAR的風場再分析資料畫出西行和西北行兩種路徑臺風的原始低空（925hPa）環流場（圖2），對西行路徑臺風環流形勢（圖2a）和西北行路徑臺風環流形勢（圖2b）進行對比分析，發現這兩類路徑臺風對應的越赤道氣流經向風特征。

圖2 原始低空（925hPa）越赤道氣流形勢場

對于西行路徑臺風（圖2a）， 125°E、140°E～150°E區間存在較弱的越赤道氣流，圖中的赤道輻合帶位置偏南。

對于西北行路徑臺風（圖2b）， 125°E、140°E～150°E區間存在較強的越赤道氣流，圖中的赤道輻合帶位置偏北。

兩圖對比分析可知，越赤道氣流的強弱程度可以影響到赤道輻合帶的位置，而赤道輻合帶和西太平洋副熱帶高壓的位置和強度可以影響到西北太平洋臺風的移動路徑。同時，越赤道氣流為臺風的生成和發展提供了有利的水汽、物質和能量條件。

4 準雙周振蕩時空變化特征

在研究低空越赤道氣流及其與西北太平洋臺風路徑之間關系時，越赤道氣流經向風尤為重要。所以本文先對越赤道氣流經向風進行低頻濾波，得到越赤道氣流經向風的準雙周振蕩信號。繼而對所得到的經向風準雙周振蕩的時間和空間變化進行詳細分析，最終得到低空越赤道氣流準雙周（10～20天）振蕩的特征。

目前為止，已經有許多關于大氣準雙周振蕩時間和空間變化特征方面的研究。本文在借鑒各種研究資料和方法的基礎上，以1979～2010年6～10月NCEP/NCAR的風場再分析資料為研究資料，并對925hPa經向風進行低頻（10～20天）濾波，并對濾波后的低頻越赤道氣流經向分量做EOF分解。為了更加清楚地表現低空越赤道氣流的準雙周振蕩特征，本文詳細地對比分析了西北太平洋地區經向風分量的準雙周振蕩的時間和空間變化。

對低頻經向風場進行EOF分解后結果見圖3，圖3a和圖3b分別為第一模態和第二模態空間分布特征。在這兩張圖上，正值區代表該地區的低頻經向風是增強的，相反，負值區代表該地區的低頻經向風是減弱的。由EOF1（圖3a）可以看出，在30°N附近，日本及日本南部為負值區，而日本以東的洋面上為顯著的正值區，我國的華北地區也存在較弱的正值，我國其余大部地區為負值區。由 EOF2（圖 3b）可以看出，在30°N附近，日本及日本南部為正值區，日本以東的洋面上為顯著的負值區，我國內北方大部分地區為正值區，西南方向地區為負值區。兩圖相比發現，在副熱帶地區，EOF1中的正值區在 EOF2中表現為負值區，相反，EOF1中的負值區在EOF2中表現為正值區。低緯度地區同樣存在這種正負區域發生明顯變化的特征。從整體來看低頻經向風發生了從東向西傳播的現象。圖3c為第一模態和第二模態的時間系數序列。虛線（PC1）為與EOF1對應的時間系數序列，實線（PC2）為與 EOF2對應的時間系數序列。由于研究的時間序列長度太長，本文只能給出部分時間段的EOF分解時間系數序列。圖3c中給出的時間系數序列為2000年夏季的。其余31年的時間系數具有類似特征。由圖可知，EOF2落后于EOF1約有1/4周期。筆者再對時間系數序列進一步研究分析，結果見圖3d。筆者采用的分析方法為時間超前滯后相關分析法，分析結果表明，低空越赤道氣流存在明顯的周期振蕩，其振蕩周期為兩周左右。故本文通過對準雙周振蕩特性的研究來揭示低空越赤道氣流及相聯系的徑經向風準雙周振蕩特征與西北太平洋臺風路徑的之間的關系。

圖3 10～20天濾波后經向風場EOF分析結果

5 低頻越赤道氣流形勢分析

有研究結論指出，越赤道氣流具有顯著的準雙周（10～20）變化特征（劉興中等，1988）。并且陳光華和黃榮輝于2006研究發現，低頻氣旋與季風槽的耦合有利于緯向風強輻合帶的產生，強輻合帶易于臺風的生成。本文基于這些研究結果之上，對西行和西北行兩種路徑臺風在其生成時刻進行低頻流場合成。通過分析兩種路徑臺風在生成時刻的低空（925hPa）越赤道氣流低頻環流形勢來揭示其與臺風路徑之間的關系，分析結果見圖4。

圖4 臺風生成時刻925hPa低頻(10～20天)流場合成圖

陰影區表示信度檢驗通過 95%的區域，等值線為合成經向風，實線為正值，虛線為負值，圖注順序如圖1。

圖4a為西行路徑臺風生成時刻925hPa低頻（10～20天）流場合成圖，由圖可以看出，在15°N，105°E～145°E區間從西向東依次存在氣旋、反氣旋和氣旋，形成低頻氣旋和反氣旋波列。且圖4a中赤道地區附近125°E、140°E～150°E區間存在著經向風正值區。正的經向風意味著低頻越赤道氣流經向風分量為南風。這個由南向北的經向風使得能量、動量及水汽等的由南半球向北半球輸送。不容忽視的是，在同一經度區間內較高緯度地區（即25°N，125°E、140°E～150°附近）為較強的經向風負值區，由圖可以看出負值區的強度明顯大于正值區。所以整體而言，125°E、140°E～150°E附近的低空越赤道氣流較弱。

圖4b為西北行路徑臺風生成時刻925hPa低頻（10～20天）流場合成圖，由圖可以看出，對于西北行路徑的臺風，其低頻氣旋出現的位置在17°N，130°E附近。圖4b中的正值區仍然在 125°E、140°E～150°E附近，但其強度明顯比西行路徑強。這說明西北行路徑臺風的低空越赤道氣流較強。

有研究指出，低頻越赤道氣流經向分量與越赤道氣流的強度呈正相關，由南向北的經向風加強意味著與赤道氣流的強度增強，強的與赤道氣流進一步有利于季風槽的強度加強、位置偏北。反之，較弱的向北經向風甚至是向南的經向風意味著弱的越赤道氣流，弱的越赤道氣流則使季風槽強度減弱、位置偏南。所以西行路徑中較弱的低空越赤道氣流導致季風槽位置偏南，同時使得副熱帶高壓脊線位置也向南偏移。所以這樣的風場和氣壓場更有利于臺風于生成后沿著季風槽與副熱帶高壓南側的偏東氣流向西移動。然而對于西北行路徑的臺風，其低空越赤道氣流強度較強，季風槽和副熱帶高壓脊線的位置偏北。這種形勢更有利于臺風于生成后向西北偏北方向移動。

由上述分析可知，西北太平洋臺風移動路徑與臺風生成時刻低頻越赤道氣流經向風分量的強度和分布有著密不可分的聯系。較強的向北低頻越赤道氣流經向風分量有利于低頻氣旋加強發展，進而有利于臺風的生成發展，并通過其對季風槽和副熱帶高壓強度和位置的影響來調制臺風的移動路徑。

6 結論

為了能夠清楚地揭示低頻越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風移動路徑之間的關系，本文運用了對比分析方法來研究低頻越赤道氣流的環流形勢及其演變發展過程。由研究結果可知，低空越赤道氣流準雙周振蕩與西北太平洋臺風路徑之間存在著密切聯系。

（1）利用風場資料對低頻越赤道氣流經向風進行 EOF分解，并取前兩個模態進行分析，分析結果表明低頻越赤道氣流經向風分量具有準雙周（10～20天）振蕩特征，空間存在著波動特性，傳播方向為由東向西。

（2）由于低頻越赤道氣流擔任著交換南北半球水汽、物質及能量等的任務，所以其對臺風生成和發展具有重要的意義。低空越赤道氣流低頻經向風分量的強弱程度和所在位置影響著太平洋副高與季風槽的強弱程度和所在位置，進而通過太平洋副高脊線和季風槽的位置來影響太平洋臺風的移動路徑。

（3）由南指向北的低頻越赤道氣流經向風分量強度增加時，有利于相應區域的低頻氣旋位置偏北，進而影響到太平洋副高脊線和季風槽位置偏北，引導太平洋臺風沿著季風槽向西偏北方向移動。由南指向北的低頻越赤道氣流經向風分量較弱時或者為由北指向南的低頻越赤道氣流經向風分量，有利于相應區域的低頻氣旋位置偏南，進而影響到太平洋副高脊線和季風槽位置偏南，引導太平洋臺風沿著季風槽向西方向移動。

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The relationship between the low level quasi-biweekly oscillation of cross-equatorial flow and typhoon tracks over the Western North Pacific

Based on 1979 to 2010， reanalysis wind data by NCEP/NCAR and Tropical cyclones （TC） data from the American joint typhoon warning center （JTWC）. This paper studies the cross-equatorial airflow quasi-biweekly oscillation’s influence on the easterly waves and the equatorial convergence zone， and then reveals the relationship between the low-level cross-equatorial flow quasi-biweekly oscillation and the tracks of Northwest Pacific typhoon. Traditionally， the Northwest Pacific typhoon path can be divided as follows: straight west-moving， northwest-moving， typhoons with recurvature track and typhoons with unusual track， the main object of study is west line path and northwest line path. First use the wind data filtered radial wind at low altitude （925hPa） low frequency （10 ～ 20 days）.and then EOF analysis the filtered low-frequency radial wind. The results show that the radial wind and cross-equatorial flow in 925hPa have the characteristics of periodic oscillations of 10 to 20 days. Studies have shown that cross-equatorial flow has prediction instructions on the western North Pacific typhoon track， larger low-frequency cross-equatorial flow makes the ITCZ position northward，thus affecting the typhoon moving path more north. On the contrary， smaller or the negative low-frequency cross-equatorial flow is not easy to make the track of typhoon steering

Low level cross-equatorial flow； quasi-biweekly oscillation； radial wind； typhoon tracks； low-frequency cyclone

P425

A

1008-1151（2016）08-0034-04

2016-07-12

劉寧（1988-），民航河南空管分局助理工程師。