热带对流层上部槽的年际变化及其对西北太平洋热带气旋生成的影响外文翻译资料

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热带对流层上部槽的年际变化及其对西北太平洋热带气旋生成的影响

CHAO WANG,LIGUANG WU

中国，南京，南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室，气候与环境变化联合国际研究实验室，气象灾害预测评价协同创新中心，太平洋台风研究中心

摘要：本文研究了热带对流层上部槽（TUTT）在年际尺度上的东西移动及其对西北太平洋（WNP）上热带气旋（TC）生成的影响。气候学上，TUTT在100-400hPa都能够识别，在150-200hPa之间有相对涡度大值区。本研究还表明，除了TUTT南侧的强西风垂直切变，冷核系统还与低相对湿度以及槽线以东的下沉气流有关。因此，当TUTT在年际尺度东移（西移）时，WNP东部的TC生成加强（减弱）。TUTT的年际移动和中东部热带太平洋SST异常或ENSO位相密切相关。ENSO暖（冷）位相与TUTT的东（西）移相关。已经找到物理原因来解释ENSO对于TC生成的影响，这些因素是与TUTT的东西向移动相关的。研究表明，WNP东部海域TC生成的年际变化与由相关环境条件造成的TUTT东西向移动是密切相关的，这些条件往往不利于TC生成。

1. 简介

众所周知，西北太平洋（WNP）上空热带气旋（TC）的年际变化与南方涛动（ENSO）有关 （Chan 1985, 2000; Lander 1994; Landsea 2000; Wang 和 Chan 2002; Camargo 和 Sobel 2005; Zhao 等 2011; Wang 等2013）。在ENSO对台风生成、移动路径、强度变化、生命周期、登陆的影响中，人们发现ENSO暖位相中TC生成的平均位置有明显的南移，在WNP东部海域有TC生成增强的特征（Chan 2000; Wang and Chan 2002; Wang 等 2013）。但是，造成WNP海域TC生成平均位置东南方向移动的物理因素还不清楚，包括海表面温度（SST）的变化（Li 1988），沃克环流（Chan 1985）,季风槽 （Lander 1994; Chen 等 1998; Clark 和 Chu 2002; Chen 等 2006），垂直风切变和中层相对湿度（Clark 和 Chu 2002; Camargo 等 2007），低层切变涡度和高层辐合（Chan 2000; Wang 和 Chan 2002），以及从大尺度流动到斜压扰动的正压能量转换（Sobel 和 Maloney 2000; Zhan等 2011）。考虑到ENSO是TC活动年际变化的一个重要驱动，有必要进一步调查ENSO对TC生成的移动的影响，因为季节性TC预报在世界上每一片海域都很重要。

我们注意到现在存在的几种解释并不是没有关联的。这些在先前的研究中确定的变化可能和WNP上空大尺度环流模式与ENSO的系统响应是相关的。WNP上空与TC生成有关的大尺度系统包括从北印度支那半岛延伸到菲律宾海的低层季风槽、北太平洋副热带高压、中心位于青藏高原上空的南亚高压（SAH）和北太平洋上空东北-西南走向的热带对流层上部槽（TUTT）。低层季风槽和副热带高压的影响已为人熟知 （例如 Briegel 和 Frank 1997; Chen 等 2004; Ritchie 和 Holland 1999），然而人们对高层SAH和TUTT的作用却关注得相对较少。

TUTT位于南亚高压以东，也叫洋中槽 （Sadler 1967），是北太平洋上空夏季200hPa风场的一个半永久活动系统（图一）。先前的研究发现TUTT能够在风暴中心附近提供额外的上升运动，或（和）在对流层上部提供一条有效的出流通道，从而有利于TC的生成和加强 （Sadler 1976）。由于存在和延伸到副热带的中纬度槽相关的正压不稳定，一些冷中心的气旋性涡旋（TUTT单体）通常在TUTT内出现 （例如, Colton 1973; Thorncroft 等 1993）。TUTT单体附近的中尺度辐合能通过柱状加热和加湿促使TC生成 （例如, Sadler 1978; Kelley 和 Mock 1982; Pfeffer 和 Challa 1992; Whitfield 和 Lyons 1992; Montgomery 和 Farrell 1993; Chen 和 Chou 1994; Molinari 等 1995; Fitzpatrick 等1995; Patla 等 2009; Wang 等 2012）。 Lander （1994）提出WNP东北部（20°N以北，160°E以东）的TC生成和这一区域常常出现的TUTT单体是有关的。

由于西风气流中垂直风切变较大，尤其是在年际尺度和更长的时间尺度上，所以到目前为止，几乎没有人关注到TUTT对TC生成的抑制作用。最近，Wu等（2015）发现北太平洋上空的TUTT在1979年到2012年间经历了一个显著的西移过程。因此，通过抑制WNP东部的TC生成，TC生成的年平均位置显著地向西移动了。研究的目标是检验TUTT平均位置的年际变化及其与TC生成之间的联系。

论文余下的部分概括如下。第二部分描述了此研究中应用的数据，接下来的第三部分是TUTT的气候学平均结构。TUTT东西移动的年际变化及其与TC生成的移动的关系将分别在第四、第五部分讨论。第六部分将讨论TUTT的年际变化和ENSO的之间关系，第七部分是一个简单的总结。

2.数据

本研究中TC生成的信息建立在来自联合台风警报中心（JTWC）的最佳路径数据集。TC定义为在数据集中最大风速超过热带风暴强度（17.2m/s）的热带气旋。TC生成位置定义为当TC第一次达到热带风暴强度时它的经纬度。本研究中还用到从美国国家航空航天局（NASA）现代再分析的研究与应用（MERRA）数据集（Rienecker 等 2011）和扩展重建海面温度（ERSST）第三版获取的逐月风场、相对湿度和气温数据。也用到了Hennon等人的研究中描述的热带云团（TCC）数据。本研究中我们关注是1979-2013期间的峰值季节（七月到十月（JASO））。

3.TUTT的平均结构

图1 西北太平洋海域与TC相关的七到十月（JASO）200hPa平均流线与纬向垂直风切变（200hpa与800hpa纬向风之差；阴影部分，m·s^-1），蓝色点表示TC生成位置。黑色粗线表示了TUTT的槽线，而红线表示纬向风速零线。绿色虚线表示图二和图三中相交部分的轴线。

我们首先检验了TUTT的气候平均结构。图一显示了七月到十月200hPa的平均流线和1979到2013年间相关的TC生成位置。气候平均TUTT是东北-西南向的，从北美洲以西的副热带延伸到热带北太平洋160°E附近。TUTT的西端正好位于南亚高压以东，南亚高压的中心大致位于25°N，90°E。正如先前的研究发现的（例如， Kelley 和 Mock 1982; Fitzpatrick 等人1995），在槽线的东南部可以看到强的西风垂直切变，即200hPa和850hPa之间纬向风之差。结果是几乎所有的TC都生成于18m/s的垂直风切变等值线以西，大多数位于5°-20°N，115°-160°E菲律宾海和南中国海上空。注意TC生成的南北边界也受热带东风切变和中纬度西风切变控制。这表明TC生成的气候平均区域大致是由TUTT的纬向位置决定的。

图2 沿着气压-纬度交叉部分的分界线的(a)JASO平均纬向风（有色阴影部分，m·s^-1）和压力垂直速度（黑色等高线，hPa·s^-1），(b)JASO平均经向风（有色阴影，m·s^-1）和相对湿度（黑色等高线，%）。白色等高线（10⁶s^-1）代表正的垂直相对涡度。黑色等高线的变化范围（a）从-3.6到2，间隔为0.4hPa·s^-1，（b）从80%到10%，间隔为10%。（a）和（b）中的白色等高线变化范围都是从2.5到12.5，间隔为2.5times;10⁶s^-1。白色粗线表示TUTT轴线，定义为每一层上正相对涡度最大值。图（a）中的红色空心矢量代表垂直运动的方向。

为了检验北太平洋TUTT的平均垂直结构，沿着图一中绿色的线绘制了TUTT南北方向和东西方向的截面图。图2a显示了沿着界限的纬向风速和垂直压力速度。TUTT的轴线定义沿用了 Fitzpatrick等人（1995） 以及Nese 和Grenci （1996）的方法，定义为最大正垂直相对涡度（细白色等值线）。TUTT在100hPa到400hPa都能够辨识，在150hPa到200hPa之间有一个相对涡度最大值区。与TUTT有关的西风在槽线南部100hPa到400hPa之间都存在。如图一所示，高层西风和低层偏东信风造成了强垂直风切变。在40°N上200hPa到300hPa之间有最大值的显著西风为副热带西风气流。200hPa下的下沉运动发生在槽线北侧，600hPa以下的则向南延伸到10°N，然而上升运动最大值发生在700hPa，随高度向北倾斜，200hPa以下主要发生在槽线以南。北赤道地区上空强烈的上升运动和600hPa以下的下沉运动分别与热带辐合带（ITCZ）和副热带高压有联系。

图2b进一步显示了经向风速的垂直分布和沿着分界线的相对湿度。正如所预期的一样，偏北（南）风吹向槽线以北（南）。如图2a和2b所示，最大相对涡度实际上在西北气流中，与气流的最大曲率相一致，槽线就定义于此。图2b中，TUTT正下方有明显的低相对湿度区（小于40%）。

图3 沿着北纬22.58°气压-经度交叉部分(a)JASO平均气温异常（黑色等高线，K）和气压垂直速度（有色阴影，hPa·s^-1），(b)JASO平均纬向风（有色阴影，m·s^-1）和相对湿度异常（黑色等高线，%）。白色等高线（10⁶s^-1）代表正的垂直相对涡度。黑色等高线的变化范围（a）从-2.4到2.4，间隔为0.4K，（b）从-2.8%到10%，间隔为4%。（a）和（b）中的白色等高线变化范围都是从2.5到14，间隔为2times;10⁶s^-1。为了突出经向差异，已消除纬向平均相对湿度和温度影响。白色粗线表示TUTT轴线，定义为每一层上正相对涡度最大值。图（a）中的红色空心矢量代表垂直运动的方向。

图3显示了沿着22.5°N的气温异常（已减去全球纬向平均）和垂直压力速度。150hPa上有一个暖中心（大约3°C）150hPa以下有两个冷中心。其中和TUTT相关的一个在300hPa上有异常偏冷的最大值。另一个冷中心（大约4°C）在700hPa以下，在850hPa附近有最大负温度异常。先前的研究表明对流层中部的冷中心是辐射冷却的结果，和TUTT东侧的下沉有关（Fitzpatrick 等 1995; Nese 和 Grenci 1996）。上升（下沉）运动主要发生于槽线的东侧（西侧）。槽线以东的强西风气流里，相对湿度相对较低（图3b）。

总之，TUTT南侧的强西风垂直切变和下沉气流有关。TUTT是一个位于槽线正下方的低相对湿度的冷心系统。这些与TUTT相关的环境因素总体上不利于TC生成 （Gray 1968） ，因此TUTT的东西移动能影响TC生成的平均位置。

4.TUTT经度的年际变化

图4 TUTT和TC生成年平均经度的去趋势时间序列（点折线）。挑选得到做合成分析的偏东（西）年用红（蓝）色条形表示。

沿用吴等人的研究结论（2015），TUTT的年际平均经度定义为槽内东西风的划分边界（5°-20°N区域中纬向风速的零等值线）。我们也通过用最大涡度来定义TUTT从而检验了TUTT经度的变化，如最后一部分所讨论的。除了不同的定义，TUTT的经度变化都非常相似。TUTT和TC经度的线性趋势从时间序列中移除，从而重点关注年际变化。图4显示了1979-2013年间去趋势的TUTT平均经度时间序列。TUTT的平均经度大约是160°E，标准偏差为6.2，年际时间尺度上有较大的变化。例如，1982年TUTT位于173°E，而2010年则位于148°E。最大相差25个经度。为了更好地说明TUTT的东西移动对TC生成位置的影响，选取了TUTT平均经度正（负）异常的六年，这些年的异常比标准偏差0.8还要大。简便起见，我们称这些年份为TUTT的偏东和偏西年。六年偏东年分别为1982，1986,1994,1997,2002和2004，六年偏西年为1979,1983,1988,1995,1998,2010。

图5 TUTT（a）偏东年和（b）偏西年的200hPa合成风（矢量，m·s^-1）和对应的TC生成位置（红色点）。TUTT槽线用绿色粗线表示。

图5表现了偏东年和偏西年的200hPa综合风场和相应的TC生成位置。TUTT底部的平均位置在偏西年位于150°E，在偏东年移到大约170°E。在偏东年，南亚高压向东延伸，在140°E附近能够辨识出一个反气旋。TUTT的移动伴随着TC生成的位置移动。另外，如图6所示，850hPa上的季风槽（MT）也经历了一个相似的移动过程。特别地，在偏西年平均季风槽只能在120°E辨识出来（在南中国海），而在偏东年它能延伸到170°E。

图6 TUTT（a）偏东年和（b）偏西年850hPa综合流线和对应TC生成位置（红色点）。季风槽的槽线用绿色粗线表示。WNP的西北、西南、东南、西北部以及南中国海分别表示为NW，SW，SE，NE，和SCS。

图7 TUTT在偏东年和偏西年在（a）200hPa和850hPa之间纬向风垂直切变（有色阴影，m·s^-1）和200hPa风场（矢量，m·s^-1），（b）850hPa相对涡

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