被季风循环调控的孟加拉湾气旋准双峰特征外文翻译资料

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被季风循环调控的孟加拉湾气旋准双峰特征

摘要

与其他海域不同，孟加拉湾热带气旋的年循环呈现了准双峰过程。利用1981-2009年NCEP再分析资料1,运用GPI指数来分析这种特征。本文运用一种新的方法来定量分析4个环境因素的贡献。与传统观念认为垂直风切变的季节变化导致双峰特征，本文发现从北半球春季到夏季加强的垂直风切变的作用没有相对湿度的影响大。垂直风切变，涡度和海温的共同作用导致了北半球冬季GPI最小。10-11月的热带气旋频数比4-5月的频数大的原因是两个时期平均的相对湿度的不同。而在4-5月的超级风暴（超过4类）更多。本文认为4-5月大的海洋热容量，与季风爆发有关的北传ISO以及强的ISO利于强的热带气旋生成。

引言

热带气旋是在夏季涉及到海气相互作用的极端天气。他们跨越了整个赤道地区分为很多活动中心(Fig. 1)分别为阿拉伯海（AS），孟加拉湾（BoB），西北太平洋（WNP），东北太平洋（ENP），北大西洋（NATL），南印度洋（SIO）和西南太平洋（WSP）。热带气旋引起科学界和大众关注主要是因为3个原因。第一，他们构成了一些地区夏季降水的主要部分例如WNP地区。第二，他们对调节地区降水的年际变化起着重要作用(Lyon et al. 2006; Lyon and Camargo 2008)，同时他们又会被大尺度的因素所影响(Li 2012)。第三，他们的强度，频数以及路径会因全球变暖发生变化(Webster et al.2005; Emanuel 2005; Landsea et al. 2006; Li et al. 2010)。

孟加拉湾生成的热带气旋占了北印度生成洋热带气旋的大部分。统计数据显示，在1981-2009年孟加拉湾生成了150个热带气旋，其中有2/3个台风，4/5个超级台风（超过4类）。由于孟加拉湾台风数量很多，当他们着陆时就会造成灾难性的损失。事实上，孟加拉湾是最致命台风的生成地，而与孟加拉湾相邻的地区例如印度，孟加拉和缅甸则经常受到台风的危害。在有台风记录的历史中，前十个最致命的台风中有7个是在孟加拉湾生成的，最近的一个台风是Nargis (Webster 2008; Kikuchi et al. 2009; Lin et al. 2009;McPhaden et al. 2009; Yanase et al. 2010)。这个台风在2008年5月2日袭击了缅甸南部，造成了缅甸历史性的灾害。

在气候学上，孟加拉湾的热带气旋与其他海湾不同，有着自己独特的特点。(Camargo et al. 2007; Kikuchi and Wang 2010; Yanase et al.2011; Evan and Camargo 2011)。孟加拉湾热带气旋的年周期在季风转换的季节呈现出双峰的特征。而在WNP，WSP，ENP，NATL以及SIO地区呈现出单峰特征 (Fig. 2)。AS的热带气旋特征与孟加拉湾相似，都是双峰特征，但是AS地区的热带气旋数量偏少。因此，本文的研究主要是针对孟加拉湾而言，同时为了进行对比，也会涉及到一些其他区域。值得注意的是，热带气旋的活动会受到热带ISO的影响(Kikuchi and Wang 2010; Yanase et al. 2010, 2012)。对于孟加拉湾，会有更多的热带气旋在第二个峰（10-11月）生成，而在西南季风爆发前的第一个峰（4月）中常会生成更强的热带气旋（超过第四类）。

本文的目标是有两个。首先，本文将分析影响孟加拉湾双峰特征的大尺度环境场，着重分析他们在不同季节对孟加拉湾热带气旋生成的定量影响。第二，本文将解释在四月生成的强气旋（大于第四类）更多以及它与西南季风爆发的关系。

本文将按此来组织后面的文章。在第二节，介绍了数据和所用方法。第三节，介绍了大尺度环境场对对孟加拉湾气旋生成的影响。第四节，将孟加拉湾与其他海域做了对比。第五节，本文讨论了热带气旋生成的垂直风切变上限。第六节，主要是解释了再第一个峰（4月）更易产生强气旋的原因。最后，本文总结了主要的结论。

1. 数据和方法

本文利用JTWC的台风最佳路径资料来分析在BoB，WNP，ENP，NATL，SIO和WSP的热带气旋的生成和发展，NCEP/NCAR的风，温度，绝对湿度和相对湿度的月资料，环境风的日资料，NOAA的月海温（SST）资料和NOAA的OLR资料。其中只有SST的分辨率的2°times;2°的，其他资料都是2.5°times;2.5°的。

众所周知，气旋的生成由很多环境因素影响(Gray 1968,1979)，包括低层相对涡度，科式参数，水平风的垂直切变，海温和中低对流层的湿度。尽管我们已经定性的影响了台风生成的因素，但是在定量方面，理论还是缺乏的。由于定量方法的缺乏，经验方法显得尤为重要和有用。Gray (1979)提出了一个定量描述大尺度环境因素对热带气旋生成影响的指数。Emanuel and Nolan (2004)进一步提出了气旋生成潜力指数（GPI）。Carmago et al. (2007)用这个指数描述了ENSO对气旋生成的影响。

本文利用GPI作为分析工具，其中GPI的定义参考Emanuel and Nolan (2004)

(1)

其中，，，。

为850hPa的绝对涡度，为850hPa到200hPa风速的垂直切变，为600hPa的相对湿度，为Emanuel(1986, 1987, 1988, 1995, 2000)定义的热带气旋的潜在位势

(2)

其中为定压比热，为海洋温度，为平均气流温度，为熵交换系数，为表面拖曳系数，为海面饱和相当位温，为边界层相当位温。

1. 导致孟加拉湾热带气旋双峰特征的原因

图2展示了利用JTWC统计得到的在7个气旋活跃区的热带气旋数量。之前的研究(Gray 1968; Camargo et al. 2007;Evan and Camargo 2011)，指出孟加拉湾（或者阿拉伯海）的热带气旋频数与其他区域有着显著的不同。孟加拉湾热带气旋频数在季风转化季（4-5月和10-11月）呈现双峰特征，其中在强西南季风阶段（6-9月）热带气旋的数量变少。之前的研究 (e.g., Gray 1968;Camargo et al. 2007; Evan and Camargo 2011; Yanase et al. 2012)表明，孟加拉湾和阿拉伯海的热带气旋的双峰特征是因为在北半球夏季热带气旋生成之前有强的垂直风切变。本文将使用定量分析的方法来研究大尺度环境因素对双峰特征的影响。

使用1981-2009年NCEP再分析月资料，本文计算了7个海域的区域平均的GPI。所选区域如图1所示。他们各自的区域分别为阿拉伯海(10-20°N, 67-75°E) ，孟加拉湾 (5-15°N, 80-95°E) ，西北太平洋 (5-20°N, 130-150°E)，东北太平洋(10-20°N, 240-260°E) ，北大西洋 (10-20°N, 310-340°E) ，南印度洋 (1025°S,55-100°E) 和西南太平洋 (10-25°S, 160°E -170°W) 。从图2可以看出，GPI指数很好的符合了各区域热带气旋的变化，特别是孟加拉湾的双峰特征。

图2表明，GPI可以很好的代表4个大尺度环境因素对气旋生成的共同影响。接下来，本文将分析每个因素对气旋生成的影响。Camargo et al. (2007)首先运用这种方法在年际尺度上对气旋生成做了尝试。后来这种方法又被运用在季节内尺度上(Camargo et al. 2009)。本文将使用类似的方法来对季节尺度的气旋生成进行研究。本文将计算4个环境因素单独的贡献。这种分析能使我们更好的理解孟加拉湾的双峰气候特征。下面介绍这种方法。

在方程1两边同时取自然对数，得：

（2）

上述方程两边同时取全微分得：

（3）

将方程1带入3得：

（4）

对上述方程从年平均到某一具体月进行积分，得：

（5）

其中或

。

在方程5中，有上标的量为年平均，代表某一月与平均水平之间的差异。在推导方程5时，本文用了近似，认为，，和是常系数。

图3展示了方程5左右两边的值。不同颜色的柱状分别代表了四个环境因素。运用上文指出的系数的两种计算方法来计算，从而确立计算系数的方法。本文发现两种方法算的结果非常相似。方程右边四项的和与观测的方程左边的值很好的匹配，因此我们认为这种分析方法是可行的。可以很清晰的发现，北半球夏季孟加拉湾小的GPI主要是由环境风的垂直切变和绝对涡度影响，而相对湿度往往会增多气旋的频数。

为了说明气旋数量的季节变化，特别是突然的增加和减少，本文将方程5应用于两个连续的月之间。表1给出了4个因素的贡献及其百分数。

气旋数的第一次突然增加发生在4-5月，该突然增加是与2-3月相比的结果（图2和3）。导致这一次气旋数量突然增加的主要原因是低层大气相对湿度的增加。它对整个GPI增加的贡献是87%（表1）。在这个过程中没有负因素产生。4-5月有利于气旋的生产这一点是很好理解的。因为这段时间为了给季风的暴风做准备，海洋和大气发生了一些变化。在4-5月，本文发现大气相对湿度的显著增加以及它对气旋数量增加起着主要的作用。事实上，孟加拉湾突然的水汽聚集有利于孟加拉湾季风的暴风，有利于亚洲夏季风的提早建立（Li等2011）。因此，4-5月孟加拉湾气旋数量的增多与该地季风的爆发有关。在下一节，本文将进一步讨论这个问题。

气旋的第一次减少发生在6-7月，该减少是与4-5月相比的（图2和3）。他的影响（GPI变化-0.29）是由环境风切变（对GPI影响为-0.66），涡度（对GPI影响为-0.24），潜在强度（对GPI影响为-0.14）以及水汽（对GPI影响为 0.75）共同组成的。本文认为相对湿度起着主要的作用。因为在这段时间内强的季风引起水汽的剧烈输送，所以该地区有着充足的水汽是容易理解的。在夏季，气旋生产数量少是有四项因素共同导致的而不是只因为强的环境风切变。Gary（1968）提出孟加拉湾夏季气旋数量的减少是因为强的环境风垂直切变。这里，本文指出环境风的垂直切变在该过程中起着主要的作用，但是仅仅凭这一项是不够的。它需要与相对涡度和潜在位势一同来减弱相对湿度的作用。

第二次气旋数量的增加发生在10-11月，该增加是与8-9月相比的。它主要是由环境风切变的减小引起的。这项因素对GPI增加的贡献是91%。与第一次气旋数量增加相比，他们之间的过程是完全不同的。大气相对湿度的增加导致了第一次气旋数量的增加而环境风切变的减少导致了第二次气旋数量的增加。

第二次气旋数量的减少发生在12-1月，该减少是与10-11月相比的。这次减少主要是由相对湿度的减少（对GPI减少的贡献为75%）和相对涡度的减少（对GPI减少的贡献为22%）。这个阶段的减少主要因为冬季风的爆发。

1. 与其它海域对比

为了跟其他海域更好的对比，本文对其他海域做了相似的研究。为了简洁，本文只展示了北半球的海域包括阿拉伯海，北太平洋，东太平洋和北大西洋。

如图2所示，阿拉伯海有着与孟加拉湾相似的双峰特征。这与前期对整个北印度洋的分析一致（Camargo等2007）。但是，阿拉伯海区域GPI与气旋数目的不符合比其他海域要大。根据Camargo的研究，这种不符合在小区域更加明显，因为小区域的气旋数目更少。为了弥补这种不足，一般将孟加拉湾和阿拉伯海合在一起作为北印度洋研究（Camargo等2007）。本文做了单独的阿拉伯海的研究，结果如表2d。在阿拉伯海夏季风爆发的气旋减少与孟加拉湾类似。但是在阿拉伯海，导致双峰形成的原因与孟加拉湾不同。但是，由于GPI和气旋数目的不符合，对阿拉伯海的研究是不可信的。

西北太平洋，东北太平洋和北大西洋气旋的年际变化都呈现单峰型。对这些海域进行了相似的计算，计算选取了四个月份为一个阶段。四个月份的选取是因为他们是单峰的主要月份。本文定量计算了引起气旋数量增加（从2-3-4-5月到6-7-8-9月）和气旋数量减少（6-7-8-9月到10-11-12-1月）的四个环境因素的影响。这三个有着相似的气旋数量年际变化的海域拥有相似的导致过程。对增加和减少阶段，环境风切变和相对湿度是主要的影响因素，他们的增减导致气旋数量的增减，贡献率为80%。通常说来，西北太平洋，东北太平洋和北大西洋气旋的年际变化的导致因素比孟加拉湾简单，因为后者主要由季风气候控制。

5.环境风切变的转变值

上述对GPI的研究揭示了环境风切变的地理差异。夏季，在孟加拉湾，环境风切变往往会减少气旋的数量，而在西北太平洋，东北太平洋和北大西洋气旋则会增加气旋的数量。一个自然的问题是在不同区域环境风切变转变的临界值是多少。这促使我们研究四个海域的环境风切变的峰值。

图4展示了环境风切变的平均年际变化，不同类别的气旋的散点图和在孟加拉湾，西北太平洋，东北太平洋和北大西洋气旋的环境风切变达到最大时的气旋数量。首先，在季风海域（包括孟加拉湾和西北太平洋）的环境风切变呈现出半年的周期，而信风海域（包括东北太平洋和北大西洋）呈现一年的周期。孟加拉湾风切变半年的周期表明该地冬夏季风切变的反差，夏季风切变最大（大约30m/s），冬季风切变最小（大约10m/s）。西北太平洋尽管也为季风海域，但与孟加拉湾不同，其环境风切变表现为冬夏季相似且较弱大约为25m/s。东北太平洋和北大西洋表现为夏季风切变最小，冬季

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