南海-西北太平洋季風(fēng)槽及其與熱帶氣旋的關(guān)系：不同再分析資料對(duì)比

邢彩盈，吳勝安，朱晶晶，胡德強(qiáng)

（1.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南海口 570203；2.海南省氣候中心，海南海口 570203）

0 引言

季風(fēng)槽是指對(duì)流層低層西南季風(fēng)與東南信風(fēng)輻合形成的大尺度環(huán)流系統(tǒng)，它提供了熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）生成所需要的熱力和動(dòng)力條件[1-2]，全球約75%以上的TC 生成于季風(fēng)槽。南海和西北太平洋上空是TC 生成最活躍的區(qū)域[3]，這與南海-西北太平洋季風(fēng)槽的活動(dòng)密切相關(guān)[4]，西北太平洋上空生成的TC 中有80%以上是在季風(fēng)槽中生成[5]。隨著數(shù)值模式的快速發(fā)展，從20 世紀(jì)90 年代中期開始，美國(guó)、歐洲和日本等先后實(shí)施了全球大氣資料再分析計(jì)劃，并研制出一系列全球大氣再分析產(chǎn)品。基于大氣再分析資料表征季風(fēng)槽特征及其與TC 活動(dòng)的關(guān)系方面已有大量的成果。研究表明，西北太平洋上空對(duì)流層低層有利于TC 生成的5類大尺度環(huán)流型中，有3 類都與季風(fēng)槽有關(guān)[6-7]。季風(fēng)槽是南海-西北太平洋影響TC 活動(dòng)最主要的支配因素，這與其所提供的強(qiáng)低層氣旋式渦度、充足的中低層水汽、較小的垂直風(fēng)切變以及強(qiáng)高層輻散等大尺度環(huán)境因子的變化有關(guān)[5，8-9]。季風(fēng)槽可能通過與先兆擾動(dòng)的相互作用或自身發(fā)生多次斷裂的方式為TC 的生成提供所需的初始擾動(dòng)[10-11]，也可能通過季風(fēng)槽內(nèi)低層輻合和氣旋式渦度的加強(qiáng)而形成TC[12-13]，與季風(fēng)槽有關(guān)的正壓轉(zhuǎn)換過程也是熱帶擾動(dòng)加強(qiáng)的主要能量源[14]。南海-西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度、位置等都存在明顯的年際、年代際變化特征[15-16]和季節(jié)內(nèi)振蕩特征[17]，這些特征對(duì)TC 的生成位置、頻數(shù)、強(qiáng)度、路徑等都具有很大的影響[18-20]。總體上，季風(fēng)槽東擴(kuò)并與西北太平洋東南部暖海溫區(qū)相連時(shí)，TC 的生成位置偏東、偏南，強(qiáng)度更大，并易于在130°E 轉(zhuǎn)向；而當(dāng)季風(fēng)槽位置偏西、偏北時(shí)，西北太平洋上空TC 的生成位置和移動(dòng)路徑以偏西、偏北為主，易于影響中國(guó)東南沿海地區(qū)。

2013 年11 月中國(guó)氣象局（China Meteorological Administration，CMA）成功研制了中國(guó)第一代全球大氣/陸面再分析系統(tǒng)和產(chǎn)品（CMA's Global Atmospheric/Land Reanalysis，CMA-RA），打破了相關(guān)業(yè)務(wù)、科研對(duì)國(guó)外再分析產(chǎn)品依賴的局面[21]。CMA-RA 融合了更多東亞地區(qū)的常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)研究東亞天氣氣候具有重要的價(jià)值[22]，多家單位綜合評(píng)估顯示該產(chǎn)品質(zhì)量總體上優(yōu)于國(guó)際第一、二代全球大氣再分析產(chǎn)品，與國(guó)際第三代大氣再分析產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)[23]。目前有不少研究對(duì)比評(píng)估了CMA-RA 氣象要素產(chǎn)品在中國(guó)的適用性。總體來看，CMA-RA 資料能很好反映中國(guó)陸地氣溫、降水的時(shí)空分布特征，其月降水產(chǎn)品在中國(guó)的適用性最高，整體明顯優(yōu)于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第5 版大氣再分析資料（the Fifth Generation Reanalysis，ERA5）和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心（National Center for Environmental Prediction，NCEP）的 氣 候 預(yù) 測(cè) 系 統(tǒng) 再 分 析（Climate Forecast System Reanalysis，CFSR）資 料[24]，而 且CMA-RA 的極端降水總量模擬與觀測(cè)值的偏差更小，變化趨勢(shì)更相似[25]；在青藏高原地表氣溫變化特征方面的表現(xiàn)也優(yōu)于ERA-interim 資料[26]。CMARA 也能較好地描述出中國(guó)地表相對(duì)濕度的長(zhǎng)期變化特征[27]，對(duì)北方不同季節(jié)土壤濕度的模擬總體上與觀測(cè)值的相關(guān)性最好[28]；其總云量產(chǎn)品在中國(guó)東北、華北及江淮地區(qū)與地面觀測(cè)偏差較小[29]。另外，也有少數(shù)研究評(píng)估了CMA-RA 對(duì)東亞地區(qū)大氣環(huán)流特征的刻畫能力，指出由于其同化了東亞地區(qū)更多觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此對(duì)亞洲副熱帶西風(fēng)急流的刻畫更為可靠，并具有與ERA5 和CFSR 相當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)能力[30]。

目前尚未有研究評(píng)估CMA-RA 在季風(fēng)槽中的適用性，由于所用數(shù)值模式、同化方法、質(zhì)量控制方法不同，不同再分析資料間存在一定差異，亟需了解它們的優(yōu)點(diǎn)和局限性。因此，本文旨在深入把握南海-西北太平洋季風(fēng)槽特征及其與南海TC 活動(dòng)的關(guān)系，同時(shí)通過對(duì)比評(píng)估CMA-RA 與ERA5、NCEP 和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）的再分析 資 料（NCEP-Ⅰ）對(duì)季風(fēng)槽的表現(xiàn)能力，探討CMA-RA 的適用性和應(yīng)用效果，為相關(guān)研究工作提供可替換的、高質(zhì)量的大氣再分析數(shù)據(jù)集。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所用資料包括：①TC 資料來源于CMA 上海臺(tái)風(fēng)研究所的CMA-STI 熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集[31]，該數(shù)據(jù)集包含TC 每6 h 的中心經(jīng)緯度、強(qiáng)度標(biāo)記、近中心最大風(fēng)速、中心最低氣壓等要素。②CMA-RA 全球逐月大氣再分析資料，來源于國(guó)家氣象信息中心，它是基于NCEP 全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)的全球系統(tǒng)模型和GSI（Gridpoint Statistical Interpolation）三維變分同化系統(tǒng)研制的，與其他大氣再分析資料相比，它同化了更多常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)和風(fēng)云衛(wèi)星資料，尤其在東亞地區(qū)。③ERA5 全球大氣再分析資料。（4）NCEP-I 全球大氣逐月再分析資料。各再分析資料的簡(jiǎn)要介紹見表1。

表1 不同再分析數(shù)據(jù)集基本參數(shù)介紹Tab.1 Brief introduction of the basic parameters of different reanalysis datasets

研究序列為1981—2020 年，時(shí)段為每年7—10月，即南海TC 活動(dòng)活躍期，以1991—2020年表示常年氣候平均態(tài)。為保證資料對(duì)比分析的一致性，利用雙線性插值方法將不同再分析資料插值至0.5°×0.5°水平分辨率。

1.2 季風(fēng)槽指數(shù)定義

參考高建蕓等[17]關(guān)于南海-西北太平洋季風(fēng)槽及不同區(qū)域的界定，將其分為南海槽區(qū)（105°～120°E，5°～20°N）、西北太平洋槽區(qū)（120°～160°E，5°～20°N），其中西北太平洋槽區(qū)又分為西段（120°～140°E，5°～20°N）和東段（140°～160°E，5°～20°N）。定義季風(fēng)槽強(qiáng)度指數(shù)為界定區(qū)域內(nèi)850 hPa 正相對(duì)渦度值的平均值。季風(fēng)槽東伸點(diǎn)指數(shù)為（105°～160°E，5°～20°N）范圍內(nèi)850 hPa 層上槽線（東西風(fēng)交界線）最東邊所在經(jīng)度。季風(fēng)槽南北位置指數(shù)為（105°～160°E，5°～20°N）范圍內(nèi)各個(gè)經(jīng)度上正相對(duì)渦度最大值所在緯度的平均值。

1.3 TC相關(guān)定義

定義影響南海TC 頻數(shù)為TC 中心進(jìn)入南海TC影響區(qū)域（海南省陸地和所管轄海域）[32]達(dá)2 個(gè)時(shí)次的TC 數(shù)量累加，包括熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；影響海南島TC 頻數(shù)為TC中心進(jìn)入（106°～114°E，15°～23°N）范圍達(dá)2個(gè)時(shí)次的TC數(shù)量累加。

TC 累 積 動(dòng) 能（Accumulated Cyclone Energy，ACE）是一個(gè)量化表征整個(gè)影響期間TC 活動(dòng)強(qiáng)度的物理量，本文以ACE 表征影響區(qū)域內(nèi)TC 的活動(dòng)強(qiáng)度。單個(gè)TC 的ACE定義為進(jìn)入影響區(qū)域后強(qiáng)度達(dá)熱帶風(fēng)暴或以上等級(jí)（風(fēng)速≥17.2 m/s）的TC，其持續(xù)時(shí)間內(nèi)每6 h最大風(fēng)速平方和的累積。為避免TC頻次的總體下降趨勢(shì)以及由于多個(gè)弱TC 的影響造成ACE 偏大等的情況，定義影響區(qū)域的ACE 為某年某時(shí)段進(jìn)入影響區(qū)域內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到熱帶風(fēng)暴或以上等級(jí)的所有TC的ACE平均值。公式為：

式中：N為某年某時(shí)段進(jìn)入影響區(qū)域的TC 頻數(shù)，T為某個(gè)TC 在影響區(qū)域內(nèi)最大風(fēng)速≥17.2 m/s 的觀測(cè)數(shù)，Vij為影響區(qū)域內(nèi)某個(gè)TC不同時(shí)刻的最大風(fēng)速，i和j分別為觀測(cè)數(shù)和TC頻數(shù)的數(shù)據(jù)編號(hào)。

利用空間相關(guān)系數(shù)、Pearson 時(shí)間相關(guān)系數(shù)、均方根誤差（Root Mean Square Error，RMSE）、差值等統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)參數(shù)定量評(píng)估不同資料表征季風(fēng)槽特征的性能。

2 結(jié)果分析

2.1 季風(fēng)槽空間分布特征

從不同資料7—10 月南海-西北太平洋季風(fēng)槽的常年氣候態(tài)分布（見圖1）可看出，它們都揭示出南海-西北太平洋季風(fēng)槽的基本空間分布特征。南海—西北太平洋地區(qū)存在一個(gè)東西帶狀的氣旋式渦旋流場(chǎng)，其中南海和西北太平洋西段的氣旋式渦旋特征較明顯，在南海中部和東部海域、菲律賓以東海域存在正相對(duì)渦度的相對(duì)高值區(qū)，西北太平洋東段低層相對(duì)渦度分布較均勻；常年0 m/s緯向風(fēng)線東伸至西北太平洋東段區(qū)域。不同之處在于，CMA-RA和ERA5的南海槽區(qū)和西北太平洋西段槽區(qū)氣旋式渦旋特征較NCEP-I 明顯，南海中部和東部海域、菲律賓以東海域兩個(gè)正相對(duì)渦度高值區(qū)的中心值明顯大于NCEP-I，北部灣附近也存在明顯的正渦度高值區(qū)，但在NCEP-I 環(huán)流場(chǎng)上并未體現(xiàn)出這一特征；CMA-RA 資料0 m/s 緯向風(fēng)線東伸點(diǎn)大致位于145°E附近，而ERA5和NCEP均東伸至150°E附近，較CMA-RA偏東約5個(gè)經(jīng)度。

從不同資料常年850 hPa風(fēng)場(chǎng)的差值場(chǎng)來看（見圖2a、2c、2e），整個(gè)區(qū)域上不同資料兩兩之間850 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)的空間相關(guān)系數(shù)大于0.98，850 hPa經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)的空間相關(guān)性有所下降，CMA-RA 與ERA5 較高（相關(guān)系數(shù)為0.95），CMA-RA、ERA5與NCEP-I的空間相關(guān)系數(shù)均為0.84；它們?cè)诓钪祱?chǎng)上超過1 m/s 的區(qū)域主要集中在菲律賓南部及以南海域、赤道以南地區(qū)和中南半島附近，總體上CMA-RA 與ERA5 差異較小。在季風(fēng)槽區(qū)內(nèi)，兩兩之間850 hPa 緯向風(fēng)場(chǎng)的空間相關(guān)系數(shù)均大于0.98，但經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)差異較大，其中CMA-RA 與ERA5 的空間相關(guān)系數(shù)（0.89）最大。CMA-RA 與ERA5 的差值大部分處于±1 m/s之間，RMSE 為0.52 m/s；CMA-RA 與NC-EP-I 的差異較大，RMSE 為0.63 m/s；ERA5 與NCEP-I 的差值最小，RMSE僅為0.45 m/s。

圖2 不同資料間常年7—10月850 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)矢量：箭頭，風(fēng)速差值：陰影，單位：m/s）、850 hPa相對(duì)渦度場(chǎng)（單位：10-5/s）的差值場(chǎng)Fig.2 Deviations in climatological 850 hPa wind field(wind vector:arrow,wind speed difference:shaded area，unit:m/s)and 850 hPa relative vorticity field(unit:10-5/s)from July to October among different datasets

從不同資料850 hPa 相對(duì)渦度差值場(chǎng)來看（見圖2b、2d、2f），無論是整個(gè)區(qū)域還是季風(fēng)槽范圍，CMA-RA與ERA5的差異最小、CMA-RA與NCEP-I的差異最大，差異大值區(qū)主要集中在中南半島、印尼—澳大利亞北部的海陸分界處附近。在季風(fēng)槽范圍內(nèi)，CMA-RA與ERA5的850 hPa相對(duì)渦度場(chǎng)的空間相關(guān)系數(shù)為0.86，大部分地區(qū)差值處于±1×10-5/s 之間，RMSE 為0.38×10-5/s；CMA-RA、ERA5與NCEP-I 的空間相關(guān)系數(shù)分別為0.51、0.64，較CMA-RA 與ERA5 的空間相關(guān)系數(shù)明顯偏小，RMSE分別為0.63×10-5/s、0.44×10-5/s。

2.2 季風(fēng)槽指數(shù)變化特征

為了進(jìn)一步客觀比較不同資料在表征南海-西北太平洋季風(fēng)槽主要特征方面的能力，給出不同季風(fēng)槽區(qū)各個(gè)特征指數(shù)之間相關(guān)系數(shù)和均方根誤差的對(duì)比（見表2），時(shí)間相關(guān)系數(shù)均通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

表2 不同資料7—10月南海-西北太平洋季風(fēng)槽各項(xiàng)特征指數(shù)之間關(guān)系的對(duì)比Tab.2 Comparisons of the characteristic indices of the South China Sea-Western North Pacific monsoon trough from July to October among different datasets

2.2.1 季風(fēng)槽強(qiáng)度

從南海-西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度指數(shù)的逐年變化來看（見圖3a），不同資料都呈現(xiàn)出相似的年際波動(dòng)變化特征。資料兩兩之間的時(shí)間相關(guān)系數(shù)相差不大，均大于0.92，且通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)；其強(qiáng)度呈現(xiàn)出CMA-RA>ERA5>NCEP-I 的分布特征，ERA5 與NCEP-I 較接近，二者RMSE 為0.06×10-5/s；CMA-RA 與NCEP-I 差 異 較 大，RMSE 達(dá)0.14×10-5/s。

圖3 不同資料7—10月南海-西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度逐年變化的對(duì)比Fig.3 Comparisons of annual intensity of the South China Sea-Western North Pacific monsoon trough from July to October among different datasets

分區(qū)域來看，不同資料反映出的南海季風(fēng)槽強(qiáng)度呈相似的演變特征，但各個(gè)資料之間差值較大。兩兩之間的時(shí)間相關(guān)系數(shù)均通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)，其中CMA-RA 與ERA5、ERA5 與NCEP-I的時(shí)間相關(guān)系數(shù)較大，均大于0.93，CMA-RA 與NCEP-I 的時(shí)間相關(guān)系數(shù)相對(duì)較小，僅為0.87；南海季風(fēng)槽強(qiáng)度也呈現(xiàn)出CMA-RA>ERA5>NCEP-I 的特征，且兩兩之間RMSE 值較大，CMA-RA 與NCEP-I的差異最大，RMSE 高達(dá)0.35×10-5/s。相比之下，不同資料反映的西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度指數(shù)的變化特征具有較高的一致性，兩兩之間的時(shí)間相關(guān)系數(shù)大于0.95，均通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)；它們之間RMSE 值相差不大，較南海季風(fēng)槽強(qiáng)度差值明顯偏小。另外，兩兩之間反映的南海季風(fēng)槽強(qiáng)度的差異隨時(shí)間總體呈減小的變化特征，即不同資料對(duì)南海季風(fēng)槽強(qiáng)度的刻畫呈趨于接近的年代際變化特征。

2.2.2 季風(fēng)槽東伸點(diǎn)

從1981—2020 年7—10 月南海-西北太平洋季風(fēng)槽東伸點(diǎn)的逐年變化來看（見圖4a），不同資料所表征的季風(fēng)槽東伸點(diǎn)隨時(shí)間的變化特征具有較高的一致性，兩兩之間的時(shí)間相關(guān)系數(shù)大于0.95，均通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)，CMA-RA 與ERA5 的相關(guān)性最高（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98）；它們之間的RMSE 不超過4.8°，其中ERA5 和NCEP-I的差異最小，RMSE僅為2.9°，CMA-RA 與NCEP-I 的差異較大，RMSE達(dá)4.8°。CMA-RA 逐年季風(fēng)槽東伸點(diǎn)總體較ERA5和NCEP-I 略偏西，在常年低層0 m/s 緯向風(fēng)速線的空間分布上也表現(xiàn)出這個(gè)特征。與南海季風(fēng)槽強(qiáng)度類似，不同資料之間季風(fēng)槽東伸點(diǎn)的差異也呈減小的年代際變化特征。

圖4 不同資料7—10月南海—西北太平洋季風(fēng)槽東伸點(diǎn)和南北位置逐年變化的對(duì)比Fig.4 Comparisons of annual east ridge point and north-south position of the South China Sea-Western North Pacific monsoon trough from July to October among different datasets

2.2.3 季風(fēng)槽南北位置

相對(duì)于季風(fēng)槽強(qiáng)度和東伸點(diǎn)，不同資料刻畫的南海-西北太平洋季風(fēng)槽南北位置隨時(shí)間的變化特征的一致性相對(duì)較差（見圖4b）。CMA-RA與ERA5季風(fēng)槽南北位置隨時(shí)間呈明顯波動(dòng)變化特征，二者的時(shí)間相關(guān)系數(shù)為0.85，通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)。CMA-RA 總體較ERA5 偏南，RMSE 為0.5°。NCEP-I 描述的季風(fēng)槽南北位置隨時(shí)間的波動(dòng)幅度較小，它與CMA-RA 和ERA5 刻畫的南北位置差異較大，與CMA-RA、ERA5 的時(shí)間相關(guān)系數(shù)分別為0.53、0.64，均通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)。總體上NCEP-I 所刻畫的季風(fēng)槽較CMA-RA、ERA5 偏北，其RMSE均超過0.8°。

2.3 季風(fēng)槽垂直結(jié)構(gòu)

從常年7—10 月相對(duì)渦度沿5°～20°N 平均的經(jīng)向-高度剖面圖來看（見圖5a），南海-西北太平洋上空500 hPa 以下的對(duì)流層中、低層以正相對(duì)渦度為主，對(duì)應(yīng)季風(fēng)槽區(qū)上空中、低層強(qiáng)的氣旋式輻合，正相對(duì)渦度大值區(qū)集中在700 hPa 以下，兩個(gè)正相對(duì)渦度高值區(qū)（≥0.6×10-5/s）主要分布在110°E 和125°E附近，僅在120°E附近狹小區(qū)存在負(fù)相對(duì)渦度區(qū)；500 hPa 以上的對(duì)流層高層為負(fù)相對(duì)渦度，對(duì)應(yīng)于季風(fēng)槽區(qū)高層強(qiáng)的輻散。從相對(duì)渦度沿105°～160°E平均的緯向-高度剖面圖來看（見圖5b），對(duì)流層中、低層的正相對(duì)渦度區(qū)集中在8°～20°N，正相對(duì)渦度≥0.4×10-5/s 的區(qū)域主要分布在10°～17°N。CMA-RA 表征出季風(fēng)槽區(qū)對(duì)流層中、低層輻合、高層輻散的分布特征，ERA5、NCEP-Ⅰ也呈類似的垂直分布特征（圖略）。

圖5 常年7—10月CMA-RA相對(duì)渦度平均的垂直剖面及不同資料間垂直剖面的差值場(chǎng)（單位：10-5/s）Fig.5 The mean vertical cross sections of relative vorticity from July to October from CMA-RA and its deviations between different datasets(unit:10-5/s)

從不同資料之間相對(duì)渦度沿5°～20°N 平均的經(jīng)向-高度剖面差值場(chǎng)可看出（見圖5a），不同資料之間的差值絕對(duì)值以小于0.3×10-5/s 為主。對(duì)于對(duì)流層中、低層，CMA-RA與ERA5的差值絕對(duì)值大于0.4×10-5/s的區(qū)域主要分布在134°E 附近，CMA-RA與NCEP-I 的差值絕對(duì)值大區(qū)集中在南海槽區(qū)和134°E 附近；對(duì)于高層，CMA-RA、ERA5 與NCEP-I差值絕對(duì)值大于0.4×10-5/s 的區(qū)域主要分布在250 hPa 以上高層，其中心數(shù)值從大到小依次為ERA5、CMA-RA、NCEP-I；另外，對(duì)流層低層的兩個(gè)正相對(duì)渦度高值區(qū)總體呈CMA-RA>ERA5>NCEP-I 的特征。從不同資料之間相對(duì)渦度沿105°～160°E 平均的緯向-高度剖面差值場(chǎng)可看出（見圖5b），不同資料對(duì)對(duì)流層中、低層8°～20°N 正相對(duì)渦度分布的刻畫較接近，兩兩之間的差值絕對(duì)值以小于0.1×10-5/s 為主；總體上CMA-RA 與ERA5 的差值最小、CMA-RA與NCEP-I的差值最大。

2.4 與TC活動(dòng)的關(guān)系對(duì)比

研究表明，南海-西北太平洋季風(fēng)槽與TC 活動(dòng)具有密切關(guān)系。下面將客觀評(píng)估不同資料對(duì)兩者關(guān)系的表征能力，對(duì)比分析季風(fēng)槽不同特征指數(shù)與影響南海、海南島TC活動(dòng)的關(guān)系。

2.4.1 與TC頻數(shù)的關(guān)系

通過分析不同區(qū)域季風(fēng)槽強(qiáng)度與7—10 月影響南海、海南島TC 活動(dòng)頻數(shù)的相關(guān)關(guān)系（見表3，表中僅給出通過顯著性檢驗(yàn)的特征指數(shù)情況）發(fā)現(xiàn)，不同資料刻畫的西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度尤其是東段槽強(qiáng)度及季風(fēng)槽東伸點(diǎn)與影響南海、海南島的TC頻數(shù)均呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。即季風(fēng)槽偏弱時(shí)，其往往向西收縮至135°E 附近的對(duì)流層低層上空，強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)主要分布在南海—西北太平洋西側(cè)上空[19]，使得西北太平洋TC主要生成于西北太平洋偏西、偏北側(cè)上空，南海、海南島地區(qū)的TC活動(dòng)較活躍。

表3 不同資料7—10月南海-西北太平洋季風(fēng)槽特征指數(shù)與影響南海和海南島TC頻數(shù)關(guān)系的比較Tab.3 Comparisons of the characteristic indices of the South China Sea-Western North Pacific monsoon trough and TC frequency affecting the South China Sea，Hainan Island from July to October among different datasets

從表3 可看出，CMA-RA 西北太平洋季風(fēng)槽及其東段的強(qiáng)度與影響南海、海南島TC 頻數(shù)的時(shí)間相關(guān)系數(shù)均大于ERA5 和NCEP-I，并通過顯著性檢驗(yàn)；ERA5 和NCEP-I 季風(fēng)槽強(qiáng)度與影響南海、海南島TC 頻數(shù)的相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)不一。CMA-RA 和ERA5 季風(fēng)槽東伸點(diǎn)與影響南海、海南島TC 頻數(shù)的關(guān)系較密切，其時(shí)間相關(guān)系數(shù)極接近，并通過顯著性檢驗(yàn)，而NCEP-I 季風(fēng)槽東伸點(diǎn)與TC 頻數(shù)的相關(guān)關(guān)系均未通過顯著性檢驗(yàn)。可見，CMA-RA 所刻畫的季風(fēng)槽特征與TC頻數(shù)的關(guān)系最密切。

2.4.2 與TC活動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系

從季風(fēng)槽各特征指數(shù)與影響南海、海南島TC活動(dòng)強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系可以看出（見表4），南海TC 活動(dòng)強(qiáng)度主要與西北太平洋季風(fēng)槽、西段槽的強(qiáng)度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；影響海南島防區(qū)的TC 活動(dòng)強(qiáng)度與整個(gè)南海-西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度、東伸點(diǎn)也呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中與西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度的關(guān)系最密切。當(dāng)西北太平洋季風(fēng)槽偏強(qiáng)時(shí)，槽區(qū)內(nèi)對(duì)流層中、低層偏強(qiáng)的氣旋式相對(duì)渦度有利于該區(qū)域內(nèi)TC的發(fā)展，對(duì)應(yīng)地影響南海、海南島的TC活動(dòng)強(qiáng)度往往偏強(qiáng)。研究也表明強(qiáng)季風(fēng)槽型式下熱帶擾動(dòng)的發(fā)展強(qiáng)度比弱季風(fēng)槽更大[20]。

表4 不同資料7—10月南海-西北太平洋季風(fēng)槽特征指數(shù)與影響南海和海南島TC活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系的比較Tab.4 Comparisons of the characteristic indices of the South China Sea-Western North Pacific monsoon trough and TC activity intensity affecting the South China Sea，Hainan Island from July to October among different datasets

不同資料總體上都刻畫出與影響南海、海南島TC 活動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)的季風(fēng)槽異常變化特征。ERA5 對(duì)季風(fēng)槽強(qiáng)度與影響南海、海南島TC 活動(dòng)強(qiáng)度正相關(guān)關(guān)系的刻畫較優(yōu)；對(duì)于不同的影響區(qū)域，CMA-RA 與NCEP-I 對(duì)這種正相關(guān)關(guān)系的刻畫不同，NCEP-I 季風(fēng)槽強(qiáng)度與南海TC 強(qiáng)度的關(guān)系較CMA-RA密切，而CMA-RA季風(fēng)槽強(qiáng)度與影響海南島TC 強(qiáng)度的關(guān)系較NCEP-I 密切；ERA5 與CMARA 對(duì)季風(fēng)槽東伸點(diǎn)與TC 活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系的刻畫能力明顯高于NCEP-I。

3 結(jié)論

本文利用1981—2020 年CMA-STI 熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集、CMA-RA、ERA5 及NCEP-I 逐月大氣再分析資料，對(duì)比分析不同資料對(duì)南海-西北太平洋季風(fēng)槽及其與南海TC 活動(dòng)關(guān)系的表現(xiàn)能力，探討CMA-RA的應(yīng)用效果。結(jié)論如下：

①不同資料都揭示了相似的南海-西北太平洋季風(fēng)槽空間分布特征，南海—西北太平洋上空存在帶狀氣旋式渦旋場(chǎng)，南海和西北太平洋西段渦旋特征明顯，東段分布均勻。CMA-RA 和ERA5 對(duì)低層渦度場(chǎng)的描述差異較小，空間相關(guān)系數(shù)為0.86，RMSE 為0.38×10-5/s，它們的低層正渦度均較NCEP-I偏大。

②不同資料都表征出相似的季風(fēng)槽年際變化特征。兩兩之間季風(fēng)槽強(qiáng)度的時(shí)間相關(guān)系數(shù)幾乎都 超過0.92，強(qiáng)度呈CMA-RA>ERA5>NCEP-I 特征，對(duì)南海季風(fēng)槽強(qiáng)度的刻畫差異最大；對(duì)東伸點(diǎn)演變特征的刻畫具有較高一致性，兩兩之間東伸點(diǎn)的時(shí)間相關(guān)系數(shù)大于0.95，CMA-RA 東伸點(diǎn)較ERA5 和NCEP-I 均偏西；對(duì)南北位置的刻畫一致性較差，CMA-RA與ERA5的差異較小，時(shí)間相關(guān)系數(shù)達(dá)0.86。不同資料之間反映出的南海季風(fēng)槽強(qiáng)度、東伸點(diǎn)的差異呈減小的年代際變化特征。

③不同資料都刻畫出季風(fēng)槽區(qū)對(duì)流層中、低層強(qiáng)輻合、高層強(qiáng)輻散的垂直結(jié)構(gòu)。兩兩之間相對(duì)渦度沿5°～20°N 平均的經(jīng)向-高度剖面的差值絕對(duì)值以小于0.3×10-5/s 為主，低層兩個(gè)正相對(duì)渦度高值區(qū)數(shù)值呈CMA-RA>ERA5>NCEP-I 的特征；相對(duì)渦度沿105°～160°E 平均的緯向-高度剖面差異以CMA-RA與ERA5最小、CMA-RA與NCEP-I最大。

④不同資料基本刻畫出不同區(qū)域季風(fēng)槽強(qiáng)度、東伸點(diǎn)與影響南海、海南島TC 活動(dòng)的關(guān)系。CMARA 對(duì)季風(fēng)槽與TC 頻數(shù)關(guān)系的刻畫最密切，ERA5次之；ERA5 對(duì)季風(fēng)槽強(qiáng)度與TC 活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系的刻畫最優(yōu)，ERA5與CMA-RA對(duì)季風(fēng)槽東伸點(diǎn)與TC活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系的刻畫明顯優(yōu)于NCEP-I。

總體上，CMA-RA 較好地表征出季風(fēng)槽的特征及其與南海TC活動(dòng)的關(guān)系，具有與ERA5和NCEPI 相當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)能力，并且與ERA5 一致性高，可為相關(guān)工作提供可替換的、高質(zhì)量的大氣再分析數(shù)據(jù)集。下一步有必要對(duì)不同資料之間季風(fēng)槽差異的年代際變化特征及其可能原因進(jìn)行全面、深入的分析。