引言

热带气旋(tropical cyclone，TC)是生成于热带或副热带洋面上，有组织的对流和确定的气旋性环流的非锋面性涡旋的统称，常伴有强烈的风雨、风暴潮等灾害性天气，给途经的海域、船只、港口以及陆地带来破坏性影响，因此TC相关研究一直是大气科学领域的热点课题。北太平洋是全球海域中TC活动最频繁的区域，几乎全年每月都有TC生成，其中西北太平洋是全球TC活动最活跃的海域，东北太平洋活跃的气旋数量位居前三，并且上述两个海域TC活动具有相似的季节性特征，均表现为春季TC活动较少，夏季进入活跃期，随后秋季TC活动逐渐减少(Vincent and Fink, 2001)。TC的生成、发展和移动均与不同尺度环流系统的相互作用密切相关，因此在El Niño、La Niña等异常气候变化影响下，TC活动有何变化以及这种变化由何原因引起已经成为公众和科学家们关注的热点问题。

TC通常生成于海面温度(SST)适宜的海域，这一基本条件已经得到了科学界的广泛认可(Gray，1968)，温暖的洋面为TC的生成和发展提供了有利的热力条件。海洋对TC生成的影响并不仅限于提供了有利的下垫面条件，还可以通过海气相互作用影响其活动。ENSO是热带太平洋乃至全球热带海洋最显著的异常信号，可影响全球不同地区的天气和气候。已有研究考察了ENSO与TC生成频率之间的关系，Chan(1985)和Wu and Lau(1992)等研究发现西北太平洋TC生成频数存在约3.5 a的年际变化，并指出这一变化周期与ENSO 3~4 a的循环周期密切相关，同时统计发现El Niño年即ENSO的暖位相年，TC生成频数偏少，冷位相La Niña年则偏多。随后Lander(1994)研究指出ENSO不同位相对应的TC活跃区域存在明显差异，El Niño时期西北太平洋东部TC活跃，La Niña期间TC活跃的区域向西偏移。热带太平洋SST气候态呈现西高东低特征，ENSO事件期间, 中东太平洋SST出现异常，其中La Niña事件中的东太平洋SST更低，此时东北太平洋TC活动趋于减少(Vincent and Fink, 2001；Wang and Lee, 2009)。

ENSO对TC活动的影响十分复杂，研究指出ENSO引起沃克环流上升支的经向移动，导致西北太平洋TC活动异常(Wu and Lau, 1992；Lander 1994；Chen et al, 1998)。在El Niño时期，沃克环流上升支东移至赤道中太平洋，下沉支位于西北太平洋西侧，从而抑制了该区域TC活动；La Niña期间则与之相反。东北太平洋TC多活跃于东南季风与信风辐合所形成的季风槽中，El Niño期间季风加强，季风槽随之加深，东北太平洋TC活跃，对流层垂直风切变减弱并且水汽增加，均有利于TC强度的发展(Chu and Wang, 1997)。

2020年8月至2021年4月，热带太平洋经历了一次La Niña事件(刘芸芸和高辉，2021)，2021年9月，ENSO再次进入La Niña位相(李多和顾薇，2022)，2022年热带太平洋出现第三次La Niña事件并持续至2023年3月(龚振淞和丁婷，2023；国家气候中心，2023)。罕见的“三重”La Niña事件激发了科学界的热烈探讨，特别是关注此种异常气候背景下极端灾害性天气的发生及其影响(Geng et al，2023)。2022年热带太平洋第三次进入La Niña位相后，西北太平洋TC活动呈现阶段性活跃的特征，即9—11月生成的TC约占全年总数的52%，其中9月中下旬有7个TC生成(钱奇峰等，2023)，东北太平洋也由8月TC生成数偏少转为9月生成数达历史极值。什么原因导致了上述两个海域TC活动由不活跃转为活跃？此时大尺度环流系统具有怎样的特征？上述环流系统的变化与La Niña事件有何联系？通过分析9月环流系统的特征和异常探讨上述问题成因，从而为未来气候异常背景下判断TC活动变化提供参考。

使用NCEP/DOE再分析资料、中国气象局热带气旋最佳路径数据集、美国联合台风警报中心(JTWC)最佳路径数据集等数据，从不同尺度环流系统相互影响的角度出发，分析2022年9月西北太平洋和东北太平洋TC活动异常的大尺度环流背景特征及其异常。

1 数据与方法 1.1 数据

使用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)再分析海面温度数据(ERSSTv5；Huang et al，2017)，NCEP/DOE再分析资料中风场、垂直速度、气温等变量(https://www.psl.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis2.html；Kanamitsu et al，2002)对相关大尺度环流系统进行了分析。

利用1949—2020年中国气象局热带气旋最佳路径数据集(http://tcdata.typhoon.org.cn/zjljsjj_sm.html；Ying et al，2014；Lu et al，2021)及JTWC热带气旋最佳路径数据集分别统计和分析了西北太平洋和东北太平洋的TC活动基本特征。根据中央气象台、美国国家飓风中心发布的西北太平洋和东北太平洋路径数据统计了2022年TC生成数量。

1.2 方法

为了统一分析西北太平洋和东北太平洋TC异常活动情况及其与La Niña事件的关系，使用Wang and Murakami(2020)建立的适用于全球TC生成预测的动力潜在生成指数(DGPI)判断环流背景是否有利于TC活跃。该指数统计了TC生成相关的大尺度动力、热力因子，并与全球各个海域TC生成数量进行统计检验，确定了低层绝对涡度、对流层垂直速度和垂直风切变以及500 hPa纬向风的经向切变是对全球TC生成具有指示作用的因子，DGPI计算如式(1)所示：

$ \begin{gathered} \mathrm{DGPI}=\left(2+0.1 V_{\mathrm{s}}\right)^{-1.7}\left(5.5-10^5 \frac{\partial u}{\partial y}\right)^{2.3} \times \\ \quad(5-20 \omega)^{3.3}\left(5.5+\left|10^5 \eta\right|\right)^{2.4} \mathrm{e}^{-11.8}-1.0 \end{gathered} $

(1)

式中：V_s为850~200 hPa垂直风切变，u为500 hPa纬向风速，ω为500 hPa垂直速度，η为850 hPa绝对涡度。使用DGPI分析影响西北太平洋和东北太平洋TC异常活动的关键环流因子。

2 北太平洋热带气旋概况

统计分析1949—2020年西北太平洋和东北太平洋逐月TC生成情况，发现其呈现出明显的季节特征(图 1)，夏、秋季为上述两个海域TC活跃的主要时段，其中6—7月TC生成数量逐渐增多，8月为TC最显著活跃时期，9月开始TC生成数量明显降低。回顾2022年TC活动情况，两个海域活跃的TC数量均在9月达到峰值，且远高于历史同期均值；西北太平洋夏季TC生成数量偏少，低于历史同期平均值，9月开始TC生成增多，9—10月共计生成12个TC，较历史同期(8.5个)偏多3.5个，使得总生成数量由夏季低于平均转为超过历史平均值1.1个；东北太平洋全年生成的TC数量达到17个，远高于气候平均值(13.38个)，其中9月活跃的TC数量达到了历史极值，并且远高出同期均值2.9个。由8月进入9月后，西北太平洋和东北太平洋活跃的TC数量均从低于历史同期25%的年份转为远多于多数年份。

TC通常活跃在一定区域内，针对影响TC生成的重要环流系统，首先统计了东北太平洋(10°~ 20°N、90°~130°W)和西北太平洋(10°~ 30°N、105°~155°E)TC生成区域(图 2)，上述两个海域热带气旋9月活跃的中心区域纬度范围相似，均处于15°N附近，西北太平洋作为全球TC生成数量最多的海域，其TC活跃范围更广，而东北太平洋TC活跃的范围相对集中。对比2022年TC生成位置，西北太平洋TC生成位置更偏向于历史同期的北侧，9月活跃的TC均生成于15°N以北，而东北太平洋绝大多数偏向于107°W大值区的东侧。9月，西北太平洋和东北太平洋不仅TC生成数量较历史同期异常偏多，且生成位置也出现一致的偏北、偏东特征。因此，大尺度环流背景的变化是影响TC生成显著异常的关键因素。

3 北太平洋大尺度环流背景

由上可见，受大尺度环流系统变化的影响，2022年9月北太平洋TC生成数量较历史同期偏多，且生成位置偏向于历史同期一侧。影响TC生成的大尺度环流系统十分复杂，前人研究指出季风槽、副热带高压(以下简称副高)、赤道辐合带等大尺度系统均可以影响东北太平洋和西北太平洋的TC活动(张永宁等，2001；孙秀荣和端义宏，2003；Wu and Chu, 2007)。为了探究2022年9月TC异常活动中的关键环流系统，利用式(1)中相较于气候态变化最为显著的要素，用以筛选需要关注的环流系统。对于某一个气象变量，如温度场(T)，可将其写为：

$ T=\bar{T}+T^{\prime} $

(2)

式中：T代表气候态，T′代表偏离气候态的距平变化，那么式(1)中某一项利用实时数据计算，其他则用气候态代替，考察该项的变化对DGPI的影响(Wang et al，2021)，通过选取对DGPI影响最显著的要素，明确与TC异常活动相关的环流系统。利用上述方法比较DGPI的距平变化可见(图 3)，2022年9月东北太平洋和西北太平洋DGPI较历史同期偏高，相应上述两个海域TC生成频数增加，表明该指数可以较好地表征大尺度环流背景是否有利于TC生成。进一步比较对流层垂直风切变、垂直速度、绝对涡度以及纬向风切变变化可以发现，对流层垂直速度显著正异常变化是导致9月DGPI偏高的主要贡献项。

副高是北太平洋对流层500 hPa最具代表性的大尺度环流系统，其影响的区域通常会出现强烈的下沉气流，因此对于500 hPa垂直运动的变化具有一定的指示作用。龚道溢和何学兆(2002)指出副高的强度可以影响西北太平洋TC的生成，二者存在显著的负相关，即副高越强，西北太平洋TC生成数量越少。此外，副高也影响东北太平洋TC活动，尤其是北大西洋跨越美洲大陆西伸的副高与北太平洋副高之间的相对位置对东北太平洋TC的活动具有显著影响(张永宁等，2001)。

利用刘芸芸等(2012)提出的副高强度和面积指数考察2022年西太平洋副高强度变化(图 4)，可以发现6—8月副高的强度和面积几乎均较历史同期呈现正距平，对应的西北太平洋TC生成数量偏少，进入9月随着副高强度及面积正距平明显减小，对应活跃的TC数量增加。从气候态上看，西北太平洋、北大西洋副高脊线主要位于26°N附近(图 5)，西伸脊点分别位于130°E、120°W附近，对比副高与上述海域TC生成位置可见，多数TC生成于副高西南侧。2022年9月，西北太平洋副高脊线位于28°N附近，较历史同期位置偏北，副高的位置与西北太平洋TC活动具有密切关系，随着副高北抬，其南侧的上升运动趋于活跃，从而有利于TC生成(朱晶晶等，2016；Li et al，2019)，受此影响月内活跃的TC一致出现在历史活跃区域北部。东北太平洋TC活动主要受北大西洋副高影响，副高西边界位于墨西哥加利福尼亚半岛附近，较历史均值偏东，副高的东退不仅有利于东北太平洋TC的活跃，同时使得TC的生成位置偏东。因此，副高的调整对北太平洋TC生成具有明显的影响。

3.1 西北太平洋副高变化成因

副高的异常变化直接导致了2022年9月西北太平洋和东北太平洋TC生成异常偏多且生成位置较历史同期产生一致性的分布，SST是影响副高强度和位置的重要因素，研究指出西太平洋暖池SST异常可以通过影响菲律宾以东地区的对流活动改变副高的位置，SST出现正异常时，菲律宾以东对流活动旺盛，导致副高偏北，反之则偏南(黄荣辉和孙凤英，1994；黄荣辉等，2005)。

随着La Niña事件的再次发展，赤道中东太平洋SST冷异常不断发展，同时西太平洋暖池(0°~14°N、130°~150°E)SST暖异常逐渐增强(图 6c)。暖池增温可能会导致大气对流活跃，向外长波辐射(OLR)可较好地表征对流的活动情况，负异常越显著则对流活动越强，对比2022年8月、9月西太平洋SST和OLR距平变化可见，随着暖池的增温，菲律宾区域对流活动趋向于活跃(图 6d)。9月，海洋性大陆附近风场由东风转为西南风，西南风增强迫使副高北抬，15°~30°N TC生成区域的大气环流由反气旋式转变为气旋式，对流层上升运动增强，有利于TC的生成和发展。

研究指出ENSO事件发生期间赤道中东太平平洋中高纬度的海气热量交换，从而导致北太平洋中高纬度出现环流、SST异常变化，经向大气环流起到了“大气桥”的作用，使得赤道地区的SST变化影响中高纬度地区(Deser and Blackmon, 1995；Zhou et al，2002)。La Niña事件期间赤道太平洋信风持续偏强(图 7a)，菲律宾以东洋面正的SST距平发展维持(图 7c)，正的SST距平通过低纬度经向南风将赤道地区的水汽和热量输送到中高纬度，影响上述区域的热力条件，中纬度SST出现正距平使得海洋成为大气的热源。将潜热通量、感热通量以及长波辐射和短波辐射之和作为净热通量，用其考察海气热量交换变化，其中定义各项变量为正代表海洋加热大气(刘娜，2010)，如图 8a所示。与图 6c中西北太平洋正SST距平相对应的是海洋对大气的热通量输送，大气吸收热量后温度升高，气压降低，从而有利于对流层上升运动的增强。此外，偏南风输送导致中高纬度地区湿度增加(图 8b)，暖湿的不稳定层结有利于TC暖心结构的形成(陈联寿和丁一汇，1979)。

综上所述，伴随着赤道太平洋La Niña事件的发生，西太平洋暖池区域的SST正距平不断加强。SST变化一方面通过影响菲律宾附近的对流活动，使得西南风增强从而影响副高北抬；另一方面，海洋对大气的热量输送增加，导致低层气流辐合，对流层上升运动增强，从而有利于TC的生成和发展。与此同时，低层高温、高湿的环境场也有助于TC发展，因此2022年9月西北太平洋TC活动较为活跃。

3.2 东北太平洋副高变化成因

与西北太平洋相比，东北太平洋TC的生成范围比较集中，多生成于墨西哥湾附近，但在有限区域内TC生成数量排全球第二位(Zhao et al，2021)，生成数量偏多且活跃区域集中使得东北太平洋TC活动显著影响墨西哥西部地区的降雨(Collins and Mason，2000)。ENSO可以通过影响热带辐合带和哈得来环流调制东北太平洋TC活跃的区域(Walker and Schneider，2006；Friedman et al，2013)。2022年9月东北太平洋活跃的TC数量达到了历史极值，通过定量评估影响TC生成的环流因子，发现对流层中层垂直速度呈现正距平是引起东北太平洋TC生成偏多的重要因素(图 3)，进一步对比2022年9月东北太平洋500 hPa环流系统较气候态的变化，发现环流经向度加大，北美洲西岸副高东退且强度减弱(图 5)。从墨西哥西部(110°~ 90°W)经向环流垂直剖面可以发现(图 9)，中低纬度对流层中层垂直运动加强，尤其是10°N附近上升运动显著增强且延伸至对流层高层，该区域上升运动的增强可以影响副高的强度和位置，从而更有利于热带扰动的发展增强。

经向环流是受热力作用直接驱动的大尺度环流(周波涛和王会军，2006)，北半球气流在低纬度暖区上升，上升运动可延伸至30°N左右(图 9b)。而La Niña事件期间赤道区域温度降低(图略)，对比气候态与2022年9月对流层低层的温度分布，2022年9月其降温幅度达到了4℃以上，经向温度梯度增加导致低层北风加强，驱动中低纬度哈得来环流增强，使得10°~20°N区域上升运动显著增强，从而有利于TC的生成和发展。与此同时，东北太平洋区域经向环流和低层气流辐合增强导致该区域热带辐合带随之增强，低层存在正的气旋性涡度也可以促进热带扰动的增强发展(图略)。

4 结论与讨论

继2020年和2021年后，2022年赤道太平洋第三次发生了La Niña事件，出现了21世纪以来首次“三重”La Niña事件，持续的气候异常给全球的天气和气候带来了显著影响，La Niña事件中SST变化通过影响大尺度环流造成北太平洋TC活动异常活跃，2022年9月东北太平洋活跃的TC数量达到了历史极值，西北太平洋生成的TC数量也远高于历史同期平均值。利用TC动力潜在生成指数评估发现2022年9月对流层中层垂直运动异常是影响北太平洋TC活动的重要因素，进一步分析发现热带地区海温异常通过影响菲律宾附近的对流活动、海气热量交换、经向温度梯度等引起中低纬度地区大气环流变化，从而导致对流层中层垂直运动发生变化，具体结论如下：

(1) 2022年9月北太平洋活跃的TC数量较历史同期平均值显著偏多，并且东北太平洋和西北太平洋活跃的TC生成位置也分别出现在历史同期偏东及偏北一侧。利用TC动力潜在生成指数诊断发现对流层中层500 hPa垂直运动是影响北太平洋TC活动异常的关键因素，结合大尺度环流研究发现副高活动异常影响了北太平洋地区TC活动。

(2) 赤道太平洋La Niña事件的发生导致西北太平洋赤道暖池区域的SST正距平不断发展，SST变化一方面导致菲律宾附近对流活动活跃引起海洋性大陆西南风增强，促使副高北抬；另一方面通过低纬度南风将水汽和热量输送到中高纬度，导致中纬度SST升高，海洋成为大气热源使得低层气压降低，对流层上升运动增强，从而有利于西北太平洋TC生成和发展。

(3) La Niña事件导致东北太平洋区域经向温度梯度增加，经向哈得来环流增强，中低纬度上升运动增强，墨西哥西部副高向东移动，同时低层气旋性涡度增加，东北太平洋活跃的TC数量增加。

La Niña事件给全球的天气和气候带来了重要影响，本文主要关注2022年La Niña事件，其通过影响大尺度环流对北太平洋TC生成数量产生影响，黄勇等(2009)指出ENSO事件期间SST异常对TC的强度和路径也有重要影响，相关研究有待于进一步开展。另外，季节内振荡也是影响北太平洋TC生成的环流系统，有研究指出季节内振荡的湿位相期间，低层的低频气旋性环流为西北太平洋地区TC的生成提供了有利条件(孙长等，2009；祝丽娟等，2012)，本文并未考察季节内尺度对TC生成的直接影响以及年际变化可能通过季节内尺度变率间接影响TC活动。此外，利用再分析数据对2022年9月北太平洋TC活动异常活跃的成因进行了分析，所得到的结论有待使用数值模拟手段进一步验证，从而为预估未来极端气候背景下TC活动提供理论支撑。