热带气旋相对能量盈亏及其分布特征.pdf

热带气旋相对能量盈亏及其分布特征 1 2 1 1 应 明 吕建华 徐 明 杨秋珍 (1 中国气象局上海台风研究所,上海 200030 email: yingm@) (2 中国科学院东亚区域气候 环境重点实验室,北京 100029) 摘 要 鉴于能量收支与平衡是气候系统十分关键的一个问题, 本文按拉格朗日观点, 将热带气旋视为一个不断与 环境能量交换的移动系统, 试图探讨其能量输送的特征. 因热带气旋的发展取决于其自海气系统所获取的能量是 否能满足其消耗的需要, 因而热带气旋强度的变化体现了其与环境场能量交换之盈亏, 而其移动的特征使得其运 动即包含了能量流动的意义. 本文用热带气旋近中心最大风速的变化来定义热带气旋相对能量盈亏, 并用热带气旋每6 小时的位置记录 来定义其优势移动矢量, 同时在年(月)尺度上分别考虑各自的累积效应. 用上述累积相对能量盈亏(ARE)和累积 优势移动矢量, 本文对成熟热带气旋活动所伴随的能量变化及能量流的气候特征进行了初步地分析. 结果表明, 热带气旋对能量的输送具有明显的季节性和地区差异. 北半球各洋区热带气旋的能量输送均在 夏末秋初达到盛期, 东北太平洋和北大西洋有明显的盛衰期阶段性的对比; 而西北太平洋区因全年均可出现热 带气旋的活动, 其季节变化以能量源和能量汇的强度变化和季节性位移为特征. 西北太平洋和北大西洋区热带气 旋的输送在盛期有明显的向极输送分量, 输送可达热带外地区; 而东北太平洋的输送则限于热带内地区. 此外, 三大洋区的输送也可见明显的年际变化和年代际差异. 关键词 热带气旋 能量传输 气候特征 1. 引言 热带气旋的活动因其强烈的致灾性而倍受关注, 其活动规律的研究在气候变化领域日益受 到重视. IPCC 报告中也涉及对全球变化背景下热带气旋活动趋势的评估, 内容包括源地 频数 强度及活动范围等具体的方面. 科学界对上述几方面热带气旋活动规律的研究取得较大进展 (Landsea 2000, Emanuel 2003), 但现实仍存在有不少的困难(Henderson-Sellers 等1998). 原因之一 是我们长期以来习惯将热带气旋看成是瞬变系统, 对其在较长时间尺度的气候变化中所处的地 位和作用不够重视. 而事实上, 关于大气环流基本问题的研究已然指出, 瞬变系统对平均环流的 维持具有重要的意义( 叶笃正和朱抱真 1958, 叶笃正等主编 1991). 对热带气旋来说, 其活动在时 间上不集中, 空间上高度离散且不像中纬度风暴轴一般有较为固定的活跃区, 因此在其对平均环 流的作用方面得不到足够的重视. 在气候变化领域, 也多研究热带气旋对气候变化的响应, 而较 少研究热带气旋在气候变化中的作用. 气候变化十分关键的一个问题是全球能量收支与平衡(Peixoto 和 Oort 1992). 热带气旋的强 大破坏力正是其巨大能量最直观的体现, 据观测资料和理论估算, 热带气旋所制造的能量可达 1012~1014W(陈联寿和丁一汇 1979, Emanuel 1999). 薛建康和丁一汇( 1995) 的分析指出热带气旋 与环境场之间有逆尺度的能量输送. 在与其生命史相当的时间尺度上, 热带气旋的活动与中纬度 大气环流有明显的相互作用(雷小途和陈联寿 2001), 可引起中纬度环流强烈的调整与响应(胡坚 1989, 雷小途和陈联寿 2001). 可见, 热带