1948-2010年间西北太平洋强热带气旋的年代际变化外文翻译资料

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1948-2010年间西北太平洋强热带气旋的年代际变化

摘要

根据联合台风警报中心（JTWC）在1948 - 2010年期间的最佳航迹数据，西北太平洋盆地年度4、5级热带气旋（TC）频率的年代际变化已被验证。通过让所有JTWC数据集中观测到的TC沿着TC强度模型中观测到的TC路径移动，年度4、5级 TC频率已被模拟出来。当观测数据根据由于测量和报告做法变化而导致的时间依赖性偏差进行调整时，模拟结果与1973年之前TC强度先验的观测数据一致。模拟和调整的时间序列显示出显著的年代际（12-18年）变化，而年代间（18-32年）变化在统计上不显著。

数值模拟表明，TC路径的变化是影响北太平洋西部盆地4、5级TC频率年代际变化最重要的因素，而SST和垂直风切变的综合影响也有助于年代际变化。进一步分析表明，第4级和第5级TC的活动阶段与TC形成位置的向东变化密切相关，这使得更多的TC可以进行更长的移动旅程，有利于发展第4级和第5级TC。活动期对应于热带中太平洋和东太平洋的SST变暖以及季风槽的向东延伸，从而导致TC形成位置向东移动。

关键词：年代际变化; 强热带气旋; 数值模拟; 西北太平洋

引文：Zhao,H.K.,L.G.Wu,and R.F.Wang,2014: Decadal variations of intense tropical cyclones over the western North Pacific during 1948–2010.Adv.Atmos.Sci.,31(1),57–65,doi:10.1007/s00376-013-3011-5.

1. 介绍

在过去几十年中全球变暖对热带气旋（TC）强度的影响已得到广泛讨论(Emanuel,1987,2005; Knutson等人,1998,2010;Knutson and Tuleya,2004; Bender等人,2010)。研究表明,自20世纪70年代以来,西北太平洋（WNP）强烈的TC（即Saffir-Simpson量表中的第4和第5级;以下称为Cat45）呈现增加趋势(Webster等人, 2005;Elsner等人, 2008)，而更长的TC记录表明TC强度的这种增加趋势是WNP盆地的年代际变化的一部分（Chan，2006,2008）。其他研究表明，自20世纪70年代以来Cat45 TC数量的增加只有在联合警告台风中心（JTWC）最佳路径数据集才能检测到（Kamahori等人,2006; Wu等人, 2006; Song等人, 2010; Ren等人, 2011) ，这表明历史TC强度记录存在大量不确定性。很明显，想要理解全球变暖对TC强度的可能影响会因为历史TC数据的各种自然变化和不确定性而变得复杂。

有些针对WNP盆地TC频率和路径的年代际和年代际变化的研究也有被实施（Yumoto 和 Matsuura, 2001; Matsuura 等人,2003; Yumoto 等人, 2003; Ho 等人, 2004; Liu 和 Chan,2008; Kim 等, 2010）。基于自1951年以来的东京地区专业气象中心（RSMC）TC数据集，Yumoto和Matsuura（2001），Yumoto 等（2003）和Matsuura 等（2003）发现了TC频率在20年间的显著变化，并建议称年代际变率与增加（减少）加强热带西风（东风）的中部和东部赤道太平洋SST有关，并导致东部（向西）延伸（撤退）及菲律宾东部的异常气旋（反气旋）循环和最终增加（减少）的年TC频率。Ho 等. (2004) 比较了1951-79和1980-2001两个时期与JTWC最佳航迹数据之间的航迹变化，并将年代际变化与北太平洋副热带高度的西扩展联系起来。Liu和Chan（2008）也提出了1960 - 2005年期间WNP盆地TC路径的显着年代际变化。基于TC路径模型，Wu 等人（2005）表明，主要由于大型转向流的变化，WNP盆地中的两条主要TC轨道在过去四十年中显着向西移动，而中国南海的TC活动则减少。

尽管有上述研究工作，相对较少的研究已经检查了年代和年代间尺度的WNP盆地TC强度变化。在1960-2005年期间，Chan（2006,2008）根据JTWC最佳路径数据发现了Cat45 TC的频率具有约18-32年的时间的显着年代际变化，并且认为变化是由热力学和动态因素（如SST，低层涡度，潮湿静态能量和垂直风切变）造成的，但Wu和Wang（2008）认为过去三十年Cat45 TC的比例变化与TC形成位置的变化和主要轨道有关。此外，一些研究表明，1973年之前的JTWC数据集中的TC最大风速被高估了（Emanuel2005,2007）。目前，这些数据集的不确定性已成为了解全球气候变化对WNP盆地TC活动可能产生的影响的一个重要问题。考虑到历史TC记录相当大的不确定性，在WNP盆地Cat45 TC是否有显着的年代际和年代际变化是疑问所在，这也是本报告研究的主要目的。从这样的分析获得的认知可能有助于提高我们对Cat45 TC频率的年代际变化的理解，并提供重要的背景和有用的预测因子，以提高年代际规模预测的潜力。

本文的其余部分组织如下。第2节中描述了研究中使用的数据集和处理。第3节介绍了流域范围Cat45 TC频率中的方法和动态导出的气候变化。Cat45 TC频率的年代际变率的控制因素在第4节，并在第5节调查相关的大尺度模式。最后，简要总结在第6章给出。

1. 数据集和处理

研究中使用的月度SST数据来自国家海洋和大气管理局（NOAA）重建的SST数据集（第三版），其水平分辨率为2 °* 2°（Smith和Reynolds，2004）。风力数据来自国家环境预报中心-国家大气研究中心（NCEP-NCAR）再分析数据集，其水平分辨率为2.5 °* 2.5°（Kalnay等，1996）。来自JTWC最佳路径数据集的TC信息包括WNP盆地中6小时间隔的TC中心位置和强度。（Wu和Zhao，2012）表明，JTWC数据集比盆地其他TC最佳路径数据集更可靠。Chan（2008）也认为JTWC数据集的强度记录是相对可靠的。因此，我们在本研究中使用JTWC数据集作为观测值。在JTWC最佳航迹数据集中，TC强度主要是从1945年左右开始的卫星前时期的航空器侦察估计的，但在1987年停止了（Landsea等人，2006）。从那时起，在20世纪70年代开发的Dvorak技术已被用于从卫星图像和其他卫星测量估计TC强度（Dvorak，1975; Landsea，2007）。TC强度估计技术的演变可能导致TC强度记录的不均匀性，因此应注意解决TC强度的长期变化。

Emanuel（2005）广泛讨论了TC风速历史记录中测量和估计技术的演变。随后，Emanuel（2007）提供了额外的证据支持在记录早期使用Emanuel（2005）描述的精确的组合风压关系强度向下调整的需要，并和Landsea（1993）的早期分析一致。在本研究中，在Emanuel（2005）（参见在线支持信息）之后，我们首先调整了1973年之前JTWC数据集中的最大风速。 如图1所示，在调整之后，1970年代之前年度TC数量减少了。年度Cat45 TC频率在20世纪70年代之前也大大减少（图2a）。因此，在1960年的历史（以下称为未调整的）TC强度记录中，被认为是年代际变化的峰值（Chan，2006,2008）的Cat45 TC活动在调整的TC强度时间序列中消失。相反，可以发现年度Cat45 TC频率的明显的年代变化，最突出的峰值出现在1969年，1991年和2004年（图2a）。

图1. 在1948 - 2010年期间，JTWC最佳航迹数据集中的年度未调整（实线）和调整（虚线）数量的热带气旋（TC）在WNP上达到热带风暴强度。 如Emanuel（2005）所述，使用压力 - 风力关系调整1973年之前JTWC数据集中的TC最大风速。

图2a.在WNP盆地JTWC数据集中的未调整（绿色），调整（黑色）和模拟（红色）年Cat45 TC数量。5年运行平均值应用于时间序列。（b）在WNP盆地上的Cat45 TC的调整（虚线）和模拟（实线）年数的归一化。 时间序列被去除，并且应用5年的移动平均值。

用光谱分析检查在1948 - 2010年期间调整的和未调整的Cat45 TC频率的变化。如图1和2所示，在图3a和b中，所有未调节、调节和模拟的Cat45 TC频率显示年际循环，尽管它们的显著光谱峰不完全相同。在年代尺度上，在未调节的Cat45 TC频率中在大约25年出现显著的光谱峰值，而在调整和模拟的Cat45 TC频率中可以发现12-18年周期。尽管在光谱分析中具有边缘效应，但是发现结果是确定的，因为当我们使用小波分析（未示出）时，显著周期基本相同。Zhao等人（2011）提出，TC强度的年际变化主要受与SST变化相关的季风槽的年际变率支配，但Cat45 TC频率的年代际变化的相关物理机制在文献中尚未充分了解，主要是由于短TC记录和历史强度记录的不确定性。

1. 方法和数值模拟

最近，一种方法被用于评估历史TC强度记录（Wu和Zhao，2012），其中每个风暴的强度用TC强度模型（Emanuel等人，2006; Emanuel等人，2008）数值模拟。 使用这种方法，Wu和Zhao（2012）发现，JTWC最佳路径数据集中流域范围TC强度的演变可以在1975 - 2007年期间进行合理良好的模拟。此外，他们认为Cat45 TC频率受垂直风切变（VWS）和SST的变化影响。为此，我们将焦点放在年度Cat45 TC频率，并进行类似于Wu和Zhao（2012）的数值模拟，将研究期延长到1948年。

图3. 光谱分析1948 - 2010年期间WNP盆地（a）未调整、（b）调整和（c）模拟的Cat45 TC的年数。相对于红噪声谱的95％置信水平由黑色虚线示出。

使用的TC强度模型是结合简单的一维海洋模型（Emanuel，2006; Emanuel等，2008）的轴对称数字大气模型。使用强度模型，Emanuel 等人（2008）探讨了各种环境因素对TC强度的影响。本文展示了在1948 - 2010年期间观测到的TC路径，以及沿TC路径的相应的VWS和SST。VWS计算为850-200 hPa之间的月矢量差大小，其影响在TC强度模型中被参数化。注意，与TC-海洋相互作用相关的SST变化的影响不包括在本研究中。JTWC数据集中的所有观察到的TC被允许沿着观察到的TC路径移动，并且它们的强度演变在强度模型中被模拟。强度模型用暖心旋风涡旋初始化。在一系列数值实验之后，因为模拟涡流在模拟开始时减弱，所以初始涡流的最大风速设定为21 m/，这也是Wu和Zhao（2012）和Zhao等人（2011）所采纳的技术。注意初始涡流的强度对我们的模拟影响很小；当我们进行了几个敏感性实验时发现除了TC强度的大小以外模式和时间变化非常类似。初始涡流的其他参数与Emanuel 等人（2008）所使用的相同。在该研究中使用相同的模型设置用于所有模拟，并且使用Students t-检验来测试在95％置信水平的统计学显着性（Wilks，1995）。

在对照实验（CTRL）（表1）中，所有TC随着观察到的路径移动，在1948 - 2010年期间检验沿着TC路径的相应的观察的每月VWS和SST。如图2a所示，模拟的Cat45 TC频率与调整的Cat45频率吻合良好。Dawdy和Matalas（1964）提到，在1948 - 2010年期间，相关系数为0.86，有效样本量为51，具有统计学意义。如图3c所示，模拟的Cat45 TC频率中的显著光谱峰出现在大约约2.5,4,5,9和15年。与调整的Cat45频率一致，18-32年的变异性在模拟的Cat45 TC频率中没有统计学显着性，表明这种变化主要是由于在1948-2010年期间JTWC记录中使用的不同的风压关系。

表格1. 用热带气旋强度模型进行的数值实验总结

考虑到模拟中使用的TC路径，模拟中的不确定性可能源于JTWC数据集中缺失或不完整的TC路径记录，尤其是在卫星前期（Landsea，2007）。为了检验这一点，JTWC最佳路径数据分为三个时期：194

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