引言

北上热带气旋通常是指经过黄海、渤海在华北、东北区域沿海登陆的热带气旋, 或是在我国东南沿海登陆后进入华北、东北区域的热带气旋, 或是经过日本海从亚洲大陆东岸进入东北的热带气旋。北上热带气旋是造成我国东北区和黄渤海沿海诸省大范围洪涝灾害和强风、风暴潮的重要天气系统。虽然北上热带气旋为数不多, 但是造成的影响和损失是相当严重的。为此, 深入研究北上热带气旋活动规律, 提高其预测水平, 对防灾、减灾、保障社会和经济稳定发展具有非常重要的现实意义。准确把握热带气旋活动和气候规律, 则是达到上述目标的一项必不可少的基础性的工作。以往很多文献^[1-3]对影响南方沿海诸省的热带气旋作了大量的分析, 也有不少文献对黄渤海登陆的热带气旋活动和影响我国北方热带气旋的若干统计特征进行一定的分析^[4-6], 主要揭示的是在黄渤海沿岸登陆的热带气旋的年际和季节分布、强度、移向和移速、源地及变性等气候特征; 并对进入30° N、125 °E以西不同路径的北方热带气旋的气候特征及产生暴雨区和暴雨强度作了详细的分析。但对北上热带气旋的突变特征、年际和年代际变化规律缺乏深入的分析。本文着重分析和讨论1951-2002年北上热带气旋的气候特征, 尤其是突变特征、年际和年代际变化等气候特征, 力求揭示近52年来北上热带气旋的气候学规律。

1 资料与方法 1.1 资料

热带气旋资料取自中国气象局编辑、气象出版社出版的《热带气旋年鉴》资料(1989年以后为《台风年鉴》)^{[7, 8]}。采用2006年5月9日经国家标准化管理委员会批准的最新《热带气旋等级》国家标准(GB/T 19201-2006), 热带气旋分为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风6个等级。热带气旋中心附近最大平均风速达到10.8~17.1m·s^-1 (风力6~7级)为热带低压, 达到17.2~ 24.4m·s^-1 (风力8~9级)为热带风暴, 达到24.5~32.6m·s^-1 (风力10~11级)为强热带风暴, 达到32.7~41.4m·s^-1 (风力12~13级)为台风, 达到41.5~ 50.9m·s^-1 (风力14~15级)为强台风, 达到或大于51.0m·s^-1 (风力16级或以上)为超强台风。

本文根据2006年的分类进行统计, 北上热带气旋强度指热带气旋生命期最大强度。由于北上热带气旋中热带低压的个数极少, 所以文中北上热带气旋只考虑达到热带风暴或以上所有热带气旋(以后将简记为TC)。

值得提出的是, 那些按《台风年鉴》路径未进入定义区域的热带气旋不包括在内。即后期消失了, 但仍携带大量暖湿空气进入定义区域对产生强降水具有重大影响的热带气旋。

1.2 方法

应用线性倾向估计^[9]和二项式系数加权平均法^{[10, 11]}分析北上TC的年际和年代际特征; 分析突变性质使用了Mann-Kendall法^[9]。分析显著周期时常使用最大熵谱分析法^[9], 由于基于Fourier变换的最大熵谱分析只对频率(周期)具有分辨率, 但对时间没有分辨率, 因此不能反映频率随时间的变化情况, 而小波分析将一维信号在时间和频率两个方向上展开, 可以揭示各种时间尺度的周期性(频率)随时间变化的细节, 较好地克服最大熵谱的缺点。本文采用Morlet小波分析^{[9, 12]}北上TC的标准化距平序列, 以了解不同时间尺度的变化特征。

2 北上TC的定义区域

为了系统地研究北上TC, 应该有一个确切的北上TC的定义区域。按照文献[13], 将点(45° N、140° E)、点(40° N、135° E)、点(35° N、130° E)与点(30° N、125° E)的连线作为东界, 以30° N纬线作为南界, 将东界和南界围成的华北、东北区域及黄海、渤海、日本海海域确定为北上TC的定义区域(图 1)。凡是进入该区域的西北太平洋(含南海)热带气旋, 统称为北上TC。

3 北上TC的气候特征分析

本文利用中国气象局整编的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料, 分析1951-2002年近52年来北上TC的若干气候特征, 包括月际特征、年际和年代际变化、突变情况和变化周期等。

3.1 北上TC的月际特征

图 2是52年北上TC月频数图。从分布情况来看, 8月是北上TC最多的月份, 7月次之, 9月再次, 6月不足15个, 5、10和11月只有1~2个, 1-4月和12月没有北上TC。7-9三个月累计北上TC数共137个, 占北上TC总数的91.33%。集中期在7、8两个月, 尤其在7月中旬到8月下旬, 是北上TC最集中的时段。可见, 若按北上TC的多寡划分, 则6-9月为北上TC季节, 7、8月为集中期, 8月北上TC最多, 7月次之。陈敏等^[14]在对台风年内活动的研究中发现, 热带气旋的这种月际变化与海温的高低有非常密切的关系。

3.2 北上TC的年际和年代际变化 3.2.1 阶段性分析

为了了解北上TC的年际和年代际变化特征, 作了北上TC的标准化距平序列, 并进行了11年滑动平均及线性倾向估计(图 3)。图中的趋势线略微呈上升的趋势, 以每10年3%的趋势上升, 但上升的趋势不显著。由标准化距平及11年滑动平均曲线可以看出, 近52年北上TC呈现明显的年际和年代际变化特征。20世纪50年代、60年代中期、70年代中期到90年代初期北上TC为相对偏少时段; 50年代末到60年代初期、70年代初期、90年代中期开始北上TC处于偏多时段。为了进一步了解北上TC的年代际变化特征, 分别计算了50、60、70、80、90年代北上TC的标准化距平值, 得到50和70年代北上TC处于偏少期, 60、80和90年代北上TC处于偏多期。

3.2.2 北上TC的小波分析

图 4是对北上TC的标准化距平序列进行计算得到的Morlet小波系数等值线图, 以了解不同时间尺度的变化特征。从图中可以清楚地看出, 北上TC存在20~22年、10~12年、4~6年的振荡周期。其中10~ 12年振荡模态的周期在80年代中期以前始终存在, 并且表现较稳定; 4~6年振荡周期近50年始终存在, 并且50年代至60年代中期及80年代中期至今周期较为显著, 而且从1980年起年际尺度周期有增强趋势, 这与最大熵谱(图略)得到的5年的主周期相一致; 值得注意的是, 各尺度周期并不同步。为什么不同年代盛行周期不同值得进一步研究。

3.3 北上TC的突变特征

为了检验北上TC的年际变化是否具有突变性质, 利用Mann-Kendall方法对北上TC的标准化距平序列做突变检测。图 5是北上TC的标准化距平序列的Mann-Kendall检验曲线。图中的两条曲线分别为U_f和U_b曲线, 若U_f和U_b的值大于零, 则表明序列呈上升趋势, 小于零则表明呈下降趋势。当它们超过临界值时, 表明上升或下降趋势显著, 超过临界值的范围确定为出现突变的时间区域。如果U_f和U_b两条曲线出现交点, 且交点在临界线之间, 那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。从图中可见, U_f和U_b两条曲线没有相交点, 表明北上TC没有明显的突变年份, 也就是说从整个年际变化来看, 突变年份并不存在。

4 结论

(1) 北上TC的月际变化明显, 7-9月是北上TC发生的关键月份, 尤其7、8月是高峰期, 1-4月和12月没有北上TC。

(2) 北上TC的年际变化表现为略有上升的趋势, 但没有明显的突变年。

(3) 近52年, 北上TC呈现出明显的年际和年代际变化特征, 存在4~6年的年际周期, 同时还存在10~12年、20~22年的年代际振荡周期, 各年代盛行周期不同。