我国东部沿海热带气旋演化特征研究

张广迎 ，方克艳 ，陈 平 ，白毛伟 ，赵 正

1.福建师范大学 福建省湿润亚热带山地生态重点实验室 —— 省部共建国家重点实验室培育基地，福州 350007

2.福建师范大学 地理科学学院，福州 350007

热带气旋主要生成在海表温度（sea surface temperature，SST）26℃以上的洋面上（Gray，1998），是危害性巨大的自然灾害之一，严重威胁着人民的财产与人身安全，造成的经济损失随着经济的快速发展逐年增加（魏章进等，2012；Wu et al，2020）。每年的夏秋两季，我国东部沿海地区在每年的夏秋两季都会或多或少受到热带气旋的影响，伴随热带气旋而来的是大量的瞬时降水、狂风、风暴潮天气。大量的瞬时降水常常会诱发一系列的次生灾害，如滑坡、泥石流、洪涝灾害等，同时也给沿海地区带来大量的淡水资源；为热带、亚热带地区如春城昆明、四季长青的广州等地驱散热量；同时热带气旋过境时，使得海洋翻腾，海底富含营养的物质抵达海洋表层，促进沿海渔业的发展（叶海军等，2014；吴祖立等，2018）。我国经济重心位于东部沿海地区，深受西北太平洋影响，因此探索登陆我国东部沿海的热带气旋演化特征以及强度预测，对减轻其带来的灾害极为关键。

西北太平洋是全球热带气旋生成最多的海域，其中高达半数影响我国，且每年登陆我国东部沿海地区的热带气旋大约有7个左右，热带气旋活动及其变化受到国内气象工作者的高度关注，从热带气旋的生成、运动及其影响等不同角度进行了研究（梁军等，2020；杨舒楠和端义宏，2020；朱义青和王庆华，2020），这些工作基本针对热带气旋个例的天气学和动力学展开。海表温度是热带气旋生成及发展的重要热力条件，海表面温度作为大气外强迫因子之一，其异常将改变海洋向大气输送的水汽、潜热通量等，致使局地对流活动和高低层流场改变，并通过大气遥相关作用进而影响全球的大气环流，导致气候异常（陈丽娟等，2005）。许多国外学者早在20世纪60年代就利用观测数据研究了SST对热带气旋的响应，近年来，对海表温度与热带气旋变化关系的研究取得了新的进展（Ren et al，2014；Katsube and Inatsu，2016；宋攀等，2017）。IPCC（2013）第五次评估报告（AR5）指出气候变暖是毋庸置疑的，1880—2012年全球海陆表面平均温度升高了0.85℃。全球变暖引起的海表温度上升会显著增强未来热带气旋的强度（Holland，1997）；刘贝等（2019）以南海为研究区域，建立台风强化值与SST之间的回归模型，平均而言，平均SST每增加1℃，台风强度强化度增加12.5%；Katsube and Inatsu（2016）研究发现，西北太平洋海表温度增加，热带气旋加速移动。雷小途等（2009）研究了全球变暖对热带气旋活动的影响，发现1970年以来，超强热带气旋比例明显增大。目前关于海表温度对热带气旋影响的研究主要针对热带气旋个案（张守文等，2017；Zhang et al，2020）或者年内尺度下海表温度与热带气旋的内在联系，而对较长时间尺度下，区域海表温度变化与热带气旋演化特征的相关性研究鲜有报道。

本文利用1949 — 2018年中国气象局热带气旋最佳路径数据集资料、登陆热带气旋资料，分析了我国近70 a东部沿海地区热带气旋的演化特征，并结合英国气象局所公布的海温数据，将其与西北太平洋海温做相关性检测，以期发现近70 a我国东部沿海地区的热带气旋年际年代际演化特征，以及西太平洋海表温度与登陆我国热带气旋的相关性，并对今后的热带气旋监测和预报工作提供科学的参考价值，从而减少热带气旋灾害带来的损失。

1 资料与方法

为研究影响我国东部沿海地区的热带气旋演化特征以及与海表温度的相关关系，根据所获取资料中登陆我国热带气旋的生成地范围，确定热带气旋数据空间范围为4° — 30°N、105°—175°E，时间尺度为1949 — 2018年。本文所涉及的热带气旋资料全部来自于中国气象局热带气旋资料中心（https://www.typhoon.org.cn）所发布的最佳路径数据集与登陆热带气旋资料（Ying et al，2014）。其中最佳路径数据集包含1949 — 2018年生成于西太平洋（南海，赤道以北，东经180°以西）海域完整的热带气旋路径、每隔6 h的中心位置、中心最低气压（hPa）、2 min平均近中心最大风速（MSW，m ∙ s−1）、编号、名称等资料，中心位置以地理坐标（经度和纬度）给出，精确到0.1°。近年来，随着全球数值模式和区域模式的发展，我国热带气旋预报时效逐步延长，预报准确率逐步提高（Duan，2014）。

登陆热带气旋资料是指登陆我国的热带气旋。沿海岛屿除台湾、舟山群岛、香港和海南岛以外，都不作为登陆地点处理。其中有部分热带气旋于东北三省登陆我国，资料中并未给出，因此本文结合最佳路径数据集，基于ArcGIS 10.5平台，将最佳路径数据集每隔6 h中心位置进行数字化，通过与我国矢量边界对比，补充登陆热带气旋资料中所未列出的登陆地点，并对以上热带气旋数据进行标准化处理与统计。

本文热带气旋等级划分，参考中国气象局所公布资料，即根据《热带气旋等级》国家标准（GB / T 19201—2006），将热带气旋登陆时刻的强度分为：TD（热带低压）、TS（热带风暴）、STS（强热带风暴）、TY（热带气旋）、STY（强热带气旋）、SuperTY（超强热带气旋），为表述方便，本文将TD、TS、STS、TY统称热带气旋。

2 热带气旋的时间演化特征

2.1 年际变化

热带气旋在我国东部沿海以及西北太平洋海域活动频繁，从图1中可以看出，1967年、1970年左右在西北太平洋上生成的热带气旋个数出现峰值，生成频数在20世纪50年代末期至60年代初期呈现明显的上升趋势，60年代末期至70年代末呈现下降趋势，此后又趋于平均。

图1 1949 — 2018年热带气旋个数统计Fig. 1 Statistics of the number of tropical cyclones from 1949 to 2018

对1949 — 2018年共70 a的热带气旋资料进行统计，研究表明：70 a内西北太平洋及我国沿海海域共生成2355个热带气旋（包含副中心），平均每年生成33个，年生成频数最大值出现在1967年，生成55个，生成频数最小值出现在2010年，为18个。但值得注意的是，近10 a强热带气旋（STY、SuperTY）个数在增加。其中有659个热带气旋登陆我国东部沿海地区，占生成总数的28.52%。平均每年有9个左右登陆我国，其中1997年为此阶段最少的年份，登陆5个热带气旋。1952年登陆16个热带气旋，是70 a来登陆个数最多的年份。

影响我国东部沿海地区的热带气旋在穿过菲律宾吕宋岛、我国台湾岛、日本群岛等岛屿地形时，热带气旋与地形相互作用，分裂产生新的具有闭合环流结构、低压中心的副中心（鲍旭炜等，2013）。统计表明，70 a间共生成53个副中心，1998年至今没有副中心生成（图2）。由于发展成熟的副中心往往具备“暖心”结构（Lee et al，2008），与热带气旋内核非常相似，致使其在后续发展过程中，出现“双中心”或者“多中心”结构，甚至会出现副中心替代原有热带气旋中心的现象，此情况会对沿海地区热带气旋预报、强度评估和降水预报造成一定困难（阎敬华和董克勤，1997）。

图2 1949 — 2018年热带气旋副中心个数统计Fig. 2 Statistics of the number of tropical cyclone centers from 1949 to 2018

2.2 年代际变化

为进一步明确我国东部沿海地区热带气旋的演化趋势，将近70 a以来登陆我国的热带气旋划分为7个阶段进行统计，具体结果如表1所示。结果表明，登陆我国的热带气旋频次年代际变化较为明显。1959—1968年期间登陆个数最多（106个），占比达16.08%。1999 — 2008年登陆个数最少，占所有登陆个数的12.75%。平均每10 a登陆94个左右，1949 — 1958年、1959 — 1968年登陆个数相对较多，但从近20 a登陆我国热带气旋个数来看，登陆个数略有减少趋势。

表1 热带气旋登陆情况统计Tab. 1 Statistics of tropical cyclone landings

2.3 年内变化

通过对1949 — 2018年登陆热带气旋的生成月份频次统计发现，登陆我国东部沿海地区的热带气旋多生成于第三季度，占总数的77.69%，1月、2月、3月、12月没有热带气旋登陆（图3）。4月、5月、11月也有少数热带气旋生成并登陆我国，4月份生成并且登陆的4个热带气旋分别分布在1971年、1991年、1999年和2008年。

图3 登陆热带气旋在各月份的分布情况Fig. 3 Distribution of landing tropical cyclones in each month

3 热带气旋的空间演化特征

3.1 生成地分布特征

为明确影响并登陆我国的热带气旋的地区分布以及占比情况，根据最佳路径数据集资料以及登陆热带气旋资料，基于ArcGIS 10.5平台将最佳路径数据进行可视化，本资料中，热带气旋生成地主要为南海海域、东海海域以及西北太平洋海域。本文所选取的东海海域空间范围为22°30′N — 33°06′N、117°06′36″E — 131°E，南海海域空间范围为4°N — 22°30′N、105°E — 123°E。

如图4所示，东海海域、南海海域、西北太平洋海域的生成点分别用紫色、绿色、粉色圆点标记。有部分热带气旋登陆后，受地形影响，分裂产生新的具有闭合环流结构、低压中心的副中心，将其剔除后，统计得到2337个热带气旋的生成点（图5）。其中生成于西北太平洋海域的热带气旋个数最多，并且其登陆我国东部沿海地区的个数为432个，占比高达65.55%；于东海海域、南海海域生成并登陆我国的热带气旋个数分别为28个、199个，生成于东海海域并登陆我国的热带气旋最少（4.25%），30.20%的热带气旋生成于我国南海海域（图4）。

图4 1949 — 2018年登陆我国热带气旋生成地分布图Fig. 4 Distribution map of tropical cyclones that landed in China from 1949 to 2018

图5 1949—2018年热带气旋生成地分布图Fig. 5 Distribution of tropical cyclones from 1949 to 2018

3.2 登陆地分布特征

热带气旋对我国东部沿海地区影响较大，过境时会造成一定的经济损失，为防御热带气旋带来灾害，需要充分了解其登陆地的变化，根据登陆热带气旋资料，对1949 — 2018年的热带气旋在我国登陆地点的次数进行统计，共统计659个热带气旋，共865次登陆，涉及15个登陆地区，其中存在热带气旋二次、三次、甚至四次登陆现象（表2）。

如表2所示，一个热带气旋最多可四次登陆，且主要在我国广东、海南、台湾、福建等地登陆。在广东登陆的热带气旋个数最多，登陆次数高达263次（其中首次登陆的热带气旋个数为220个），占登陆总次数的30.40%；热带气旋登陆海南的次数为162次，位居第二；热带气旋登陆天津、云南的次数较少，均为1次，且登陆天津的热带气旋为二次登陆。

表2 70 a间热带气旋登陆地区统计Tab. 2 Statistics of areas where tropical cyclones landed in 70 years

热带气旋登陆后强度会减弱并消亡，如表2中所示，大多数首次登陆后逐渐消亡，但有部分存在二次、三次、甚至四次登陆的现象。值得注意的是，其中有176个热带气旋存在二次登陆现象，占总次数的20.35%，福建省、广东省是二次登陆的高发地，原因为热带气旋穿过台湾省、海南省分别在福建省、广东省二次登陆。其中仅有2个热带气旋存在四次登陆现象。

为充分了解登陆我国的热带气旋特征，将上述登陆地划分为华东地区（福建、台湾、浙江、上海、江苏、山东）、华南地区（广东、广西、海南、香港、云南）、东北地区（黑龙江、吉林、辽宁），结合其生成海域，统计分析得到表3。

根据表3：生成于东海海域的热带气旋主要在华东地区登陆，由此可知东海海域生成的热带气旋西行登陆我国；登陆华南地区的热带气旋大部分生成于南海海域和西北太平洋海域，其中43.56%生成于南海海域，55.67%生成于西北太平洋海域，生成于南海海域的热带气旋北上登陆我国，生成于西北太平洋海域的热带气旋西行登陆我国；登陆东北地区的热带气旋主要生成于西北太平洋海域。

表3 热带气旋登陆地与生成地统计Tab. 3 Statistics of tropical cyclone landing and generating areas

4 热带气旋与全球海温的相关性分析

海表温度对热带气旋生成以及发展具有重要的意义，且海表温度对台风生成以及发展的影响是一个叠加的过程。

海温数据来自英国气象局（UK Met Office）海洋数据库（MDB）网站中公布的Hardley中心HadlSST数据集，该资料为1987 — 2018年的全球海表温度的月平均数据，空间分辨率为1°。据此统计发现，登陆我国的热带气旋主要生成于4 — 11月，因此提取1949 — 2018年4 — 11月的海表温度数据，并对其取平均值。计算可得，70 a间平均海表温度在25.9 — 22.3℃，温差为3.6℃，其中1989年4 — 11月平均海表温度最高，为25.9℃，1955年出现最低平均海表温度，为22.3℃。

基于KNMI Climate Explorer数据平台，将热带气旋总数、登陆我国的热带气旋总数与全球海表温度分时段做相关性检测，发现热带气旋的生成不仅与当年其生成季的海表温度相关，并且与当年春季（1 — 3月）海表温度相关性最高（图6）。

图6 热带气旋总数与当年春季（1 — 3月）全球海表温度相关性检测（a），热带气旋总数一阶差分与当年春季（1 — 3月）全球海表温度相关性检测（b），登陆我国热带气旋总数与当年春季（1 — 3月）全球海表温度相关性检测（c），登陆我国热带气旋总数一阶差分与当年春季（1 — 3月）全球海表温度相关性检测（d）Fig. 6 Correlation detection of total number of tropical cyclones with the spring (January—March) global sea surface temperature (a), correlation detection of first-order difference of total number of tropical cyclones with the spring (January—March) global sea surface temperature (b), correlation detection of total number of tropical cyclones landing in China with the spring (January —March) global sea surface temperature (c), correlation detection of first-order difference of total number of tropical cyclones landing in China with the spring (January — March) global sea surface temperature (d)

在西太平洋海域，热带气旋生成个数及登陆我国的个数与其海表温度呈高度正相关，该海域海表温度上升会使气旋生成个数以及登陆我国东部沿海地区的气旋个数上升。由于受到厄尔尼诺-拉尼娜机制的影响，热带气旋生成及登陆我国的个数与东太平洋海域、印度洋海域海表温度呈高度负相关。表明全球海表温度是影响热带气旋生成以及登陆我国气旋个数的一个重要影响因素，其影响机制值得深入探讨。

5 结论

采用最佳路径数据集结合登陆热带气旋资料，统计整理出70 a间热带气旋的相关信息，并将其与热带气旋生成海域的海表温度做相关分析。结果表明：

（1）时间上，70 a内共生成2355个热带气旋（包含副中心），平均每年生成33个；从热带气旋生成个数年代际看，1959 — 1968年生成个数占比最大，高达16.08%；其中有659个热带气旋登陆我国东部沿海地区，占生成总数的28.52%，平均每年有9个左右登陆我国。登陆我国东部沿海地区的热带气旋多生成于第三季度，占总数的77.69%；登陆我国的热带气旋会在经过台湾等地时，由于地形的原因产生副中心，副中心会对沿海地区台风预报、强度评估和降水预报造成一定困难，70 a间共生成53个副中心，近十几年内没有副中心生成。

（2）空间上，生成于西北太平洋海域的热带气旋个数最多，并且其后登陆我国东部沿海地区的个数为432个，占比高达65.55%。于东海海域、南海海域生成并登陆我国的热带气旋个数分别为28个、199个。一个热带气旋最多可四次登陆，且主要在我国广东、海南、台湾、福建等地登陆，在广东登陆的个数最多，登陆次数高达263次（其中首次登陆个数为220个）。生成于东海海域的热带气旋主要在华东地区登陆；登陆华南地区的热带气旋有43.56%生成于南海海域，55.67%生成于西北太平洋海域；登陆东北地区的热带气旋主要生成于西北太平洋海域。此统计结果可以为防御灾情提供科学的参考价值。

（3）对70 a的热带气旋生成个数、登陆我国个数及其一阶差分与全球海表温度分时段做相关性分析，发现热带气旋的生成不仅与当年其生成季的海表温度相关，更与当年春季（1—3月）海表温度有最高相关性。表明当年春季海表温度可能是此海域热带气旋生成、登陆我国的一个重要因素，这对后续夏季热带气旋生成及登陆具有深远影响，值得深入探讨其影响机制。