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摘要 利用1979—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA-Interim再分析数据与中国气象局-上海台风研究所（China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Research Institute，CMA-STI）、美国联合台风警报中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC）整编的西北太平洋热带气旋（Tropical Cyclone，TC）资料集，分析东亚高层（200 hPa）纬向风季节内振荡（Intraseasonal Oscillation，ISO）与7—8月登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结果表明：7—8月中国大陆登陆TC频数与西风急流出口区南侧（北侧）纬向风为显著负（正）相关，南侧显著相关区与北侧的差定义的东亚西风急流指数（East Asian Westerly Jet Index，EAWJI）可定量描述急流经向移动，EAWJI负异常时急流北移、登陆TC偏多，反之急流南移、登陆TC偏少。急流北移，TC活动区域对流层高层呈偏东风异常，产生异常东风切变，有利于TC登陆过程的维持，使登陆中国大陆TC频数增多。东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态的高度相似性说明两者由同一空间主导模态所控制，表明若其ISO偏北偏南振荡发生频率为非正态分布，剩余偏差将改变其季节平均。TC登陆多年，东亚西风急流指数ISO呈更高频率偏北移动，引起急流出口区南侧ISO尺度扰动涡度通量辐合，使季节平均西风减小，急流位置北移，说明高层纬向风ISO可通过间接调制影响TC登陆的大尺度环流进而与登陆TC频数的年际变化相联系。
关键词 登陆热带气旋; 东亚高层纬向风; 季节内振荡; 年际变化
热带气旋（Tropical Cyclone，TC）是影响我国的主要灾害性天气系统，其登陆过程给沿途地区带来重大经济损失甚至人员伤亡，是气象领域的研究热点。TC是否登陆与大尺度引导气流密切相关（Chan and Gray，1982）。对流层垂直风切变、低层相对涡度和水汽输送等条件可影响TC登陆前后的发展与维持（李英等，2004）。中国大陆位于西北太平洋西侧且大多位于副热带以北区域，东风引导气流有利于TC西行登陆中国东南沿岸，特别是副热带以北地区，该区域环流易受中纬度环流系统影响。对流层高层西风急流是热带外行星尺度大气环流重要组成部分，其经向移动表征了整个大气环流的经向位移，在季节与年际尺度上都很明显，对东亚气候异常产生显著影响（董丽娜等，2010;金荣花等，2012）。近期研究发现，夏季东亚西风急流年际经向移动与登陆中国大陆的西北太平洋TC活动有显著相关（薛华星和余锦华，2016;Yu et al.，2017），当急流位置偏北，登陆TC活动增强，中国东南部TC潛在灾害增大。急流与登陆中国TC活动之间的联系也体现了大尺度环流背景对TC活动的调制作用。
Madden and Julian（1971）基于谱分析方法首次于赤道附近发现大气风场与气压场中存在季节内振荡（Intraseasonal Oscillation，ISO）现象，随后人们将热带大气这种大尺度ISO现象称为MJO（Madden-Julian Oscillation）。后续研究发现，ISO现象在全球大气皆有所体现（李崇银，1991），作为大气运动在月季尺度上的重要变率，ISO对天气气候系统具有重要影响（李丽平和罗婷，2014）。ISO对TC活动的调制作用已有很多研究结果。大多关注ISO位相与TC活动的联系，当ISO处于活跃位相时，大气低层的低频气旋性环流能提供更充足的水汽条件与正涡度距平，有利于TC的生成和发展（Sobel and Maloney，2000;陶丽等，2012;Li and Zhou，2013a;游立军等，2019）。Li and Zhou（2013b）通过研究发现由于两种ISO模式即MJO与准双周振荡（Quasi-BiWeekly Oscillation，QBWO）具有不同的起源、空间尺度与传播特性，导致了西北太平洋地区TC调制的特殊性，MJO活跃位相下TC主要为西移与西北移，处于1+2位相时副高南侧强东风易导致登陆中国TC增多。钱晓蕾等（2018）发现，当东亚高层纬向风处于偏北位相（西风急流在ISO尺度上偏北）时，登陆中国大陆22°N以北TC频数显著多于偏南位相的登陆频数，且于偏北位相登陆的TC具有更长的生命史。
研究发现，ISO活动在一定条件下可影响年际尺度的变化，如Goswami and Mohan（2001）和Goswami et al.（2006）通过对印度夏季风ISO与年际变化关系的研究指出，夏季风ISO与季节平均的年际变率由同一空间主导模态所支配，不对称的ISO活跃与断裂发生频率将导致季节偏差，由于这种季节偏差与季节平均值在本质上是准线性的，更高的ISO活跃位相发生频率将造成强季风年。Suhas et al.（2012）通过印度夏季风ISO与季节平均间的动能交换率来理解ISO对夏季风年际与年代际变化的影响。
以往针对东亚高层纬向风与登陆中国大陆TC的研究多从纬向风ISO或季节平均角度单独分析，显示西风急流在ISO或年际尺度上偏北（偏南）皆有利（不利）于TC登陆过程的维持。高层纬向风发生年际变化主要区域与其ISO信号显著区域高度一致，集中分布在气候平均急流出口区南北两侧，这种高度一致的空间分布可能隐含两种尺度信号之间的联系。高层纬向风ISO与其季节平均之间如何关联，是本文关注的科学问题。
1 资料和方法
资料包括：1）欧洲长期天气预报中心所提供的ERA-Interim逐 6 h与月等压面再分析风场资料，水平分辨率为0.7°×0.7°，垂直方向为32层。2）中国气象局上海台风研究所（CMA-STI）和美国联合台风警报中心（JTWC）整编的西北太平洋热带气旋最佳路径数据集，包括TC每6 h的经纬度信息、中心气压和近中心最大持续风速等。以TC影响中国最活跃的7—8月（盛夏）为研究季节，所指季节平均皆为7—8月平均，研究时段为1979—2017年。 选取7—8月登陆中国东南沿海TC（含6月生成7月登陆，不含登陆台湾岛、海南岛个例）。针对JTWC资料集，若相邻两时次经纬度点的连线与中国大陆边界相交则确定TC登陆。CMA-STI登陆TC样本来自官方记录。
逐日资料由ERA-Interim逐6 h风场数据整合而成，并去除原始序列的逐日气候态与前三个谐波分量得到异常场。采用Lanczos滤波器进行10～90 d带通滤波获取ISO信号。
使用包含纬向非均匀基本流的Takaya-Nakamura波通量（简称T-N波通量）（Takaya and Nakamura，2001）来描述200 hPa上ISO尺度扰动涡度通量的输送，这里采用的是二维表达式。具体波作用通量W的计算公式如下：
W=12|U|U（ψ′2x-ψ′ψ′xx）+V（ψ′xψ′y-ψ′ψ′xy）
U（ψ′xψ′y-ψ′ψ′xy）+V（ψ′2y-ψ′ψ′yy）。（1）
其中：ψ′为准地转流函数相对于气候场的扰动;基本流场U=（U，V）表示气候场，并用·W表示扰动涡度通量散度。本文中所提及扰动特指10～90 d的ISO尺度扰动，通过分析T-N波通量所表征的扰动涡度通量输送可以表征ISO尺度扰动对季节平均纬向风速的影响。
2 7—8月登陆中国大陆热带气旋频数年际变化特征
图1是1979—2017年7—8月登陆中国大陆的TC频数，显示登陆频数具有显著年际变化。对于上海台风研究所整编的资料集，以下简称CMA资料集，部分年份如1984、1994、2013年，平均登陆频数大于等于6，而在1983、1987、1991、1993、2010、2011年，登陆频数为1，年际差异显著。JTWC资料集统计结果与CMA相似，序列相关高达0.900，都通过了0.001信度的显著性水平检验，两套资料统计结果存在差异可能与机构的估计TC强度的误差有关（余锦华等，2012）。
3 7—8月登陆中国大陆热带气旋频数与东亚西风急流年际变化的关系
3.1 东亚西风急流指数
登陆TC频次与7—8月200 hPa纬向风的相关分析被用于了解两者年际变化上的关系（图2）。急流出口区南北两侧存在大范围区域相关性通过0.05信度的显著性水平检验，南侧（北侧）为显著负（正）相关。表示当出口区南侧（北侧）西风减弱（增强），即急流北抬时对应年份登陆TC频数偏多，间接说明大尺度环流场有利于TC登陆，反之急流南移登陆频数偏少，环流场不利于TC登陆，与已往研究（薛华星和余锦华，2016;Yu et al.，2017）结论较为相符。
为定量描述东亚高层西风急流的经向移动，现基于登陆TC频数与200 hPa纬向风之间显著的相关区域，定义东亚西风急流指数IEAWJ （East Asian Westerly Jet Index，简称EAWJI）：
IEAWJ=uA-uB。（2）
其中：uA、uB分别表示7—8月200 hPa纬向风在A区域与B区域（图2黑框）的区域平均。当EAWJI为负异常时，表示西风急流偏北，反之为正异常时，表示西风急流偏南。
3.2 东亚西风急流指数与登陆中国大陆热带气旋频数年际变化的联系
登陆TC频数与EAWJI的标准化序列（图3）呈现显著负相关，相关系数分别高达-0.508（CMA）与-0.551（JTWC），皆通过0.001信度的显著性水平检验。这种高相关性表示，在EAWJI负（正）异常年，7—8月登陆TC频数可能偏多（偏少）。
为方便后续研究，基于登陆TC频数标准化序列（图3虚线）挑选异常年，将数值大于+1σ、小于-1σ年份定义为登陆偏多年（landfall high-frequency years，H-F）与登陆偏少年（landfall low-frequency years，L-F）。兩套数据所挑选年份稍不同，具体如下：CMA（登陆偏多年：1984、1994、1995、2001、2004、2006、2012、2013、2017年，登陆偏少年：1983、1987、1991、1993、2010、2011年），JTWC（登陆偏多年：1984、1989、1994、1995、1997、2006、2012、2013、2017年，登陆偏少年：1983、1986、1987、1993、2010、2011年）。两套资料集皆挑选出9个登陆偏多年与6个登陆偏少年。
3.3 东亚西风急流与登陆热带气旋活动影响因素的关系
环境因素是影响TC登陆过程能否维持的重要条件（胡皓和端义宏，2016）。图4为登陆偏多年与偏少年200 hPa纬向风合成差场，显示急流出口区南北两侧皆有大片区域异常通过0.05信度的显著性水平检验，与图2显著相关区对应良好，包含上文定义EAWJI的两个关键区，具体表现为急流出口区北侧（南侧）为显著西风（东风）异常，即登陆多年（少年）对应急流偏北（偏南）年。登陆偏多年与偏少年高层纬向风存在的这种异常反映了西风急流位置显著的年际变动，在此将急流出口区南北两侧的异常显著区定义为东亚高层纬向风年际变化关键区。
西风急流北移时，中国东部TC活动区域对流场高层西风较常年偏小，为东风异常，使该地产生东风异常垂直风切变与偏东风异常引导气流，直接影响调控TC登陆的环流背景。其中垂直风切变可影响TC活动强度变化（李英等，2004）。强西风垂直风切变易使TC活动衰弱，使之逐渐消亡，而东风垂直切变利于TC活动维持。急流北移，高层西风减弱，所产生东风异常有利于东风垂直切变形成。两类年份的纬向垂直风切合成差场（图5a、c）显示零等值线约位于25°N，以北（南）为负（正）值，表明TC在25°N以北活动时，环境垂直风切更利于TC活动维持。TC是否登陆与引导气流关系密切。急流北移所产生东风异常同样能促进偏东风引导气流形成（Chan and Gray，1982），利于将TC往西牵引至登陆中国大陆。两类年份引导气流合成差值显示（图5b、d），台湾岛以北TC活动区为显著偏东风异常，数值可达3 m/s，表示活跃于台湾岛以北的TC，大尺度引导气流将促使其登陆中国大陆。 综上可知，环境因素差值结果皆表示西北太平洋TC活动区域的环境背景场在登陆多年与少年具有显著差异。在登陆偏多年，西风急流整体北移，此时环流场更有利于位于较高纬度（约25°N以北）的TC登陆中国大陆，这表明在急流偏北年份，登陆中国大陆TC频数可能会偏多且登陆平均位置可能偏北，急流偏南年时则反之，统计的登陆偏多年（少年）平均登陆位置体现了这种特征：登陆偏多年（CMA：116.95°E、25.17°N，JTWC：116.68°E、25.32°N），登陆偏少年（CMA：115.9°E、23.8°N，JTWC：115.08°E、 23.52°N），这与盛夏TC生成位置为全年最北有关。
4 东亚高层纬向风季节内振荡及其与年际变化的关联
4.1 东亚高层纬向风季节内振荡特征
图6a为东亚高层纬向风ISO分量（10～90 d）方差贡献分布，急流出口区南北侧各有方差贡献达50%以上高值区，说明ISO活动强烈。此外，ISO分量的经验正交函数分析（EOF，图6b）显示，EOF1为典型经向分布，表明急流经向移动ISO较强，其正负异常中心的地理分布与急流出口区两侧方差贡献高值区良好对应，包含定义EAWJI的关键区（图2）。经计算，EAWJI的ISO分量（ISO-EAWJI）与ISO-EOF1对应时间系数PC1相关高达0.74（图6c），相关性通过0.001信度的显著性水平检验，肯定了使用ISO-EAWJI表征西风急流ISO尺度经向移动的有效性。ISO-EAWJI为正（负）异常，表示急流在ISO尺度上南移（北移）。
经检验，1979—2017年7—9月ISO-EAWJI功率谱（图略）大多超过0.1显著性水平的红噪声谱，其中10～20 d与30～60 d周期内信号最为显著，在此不进行具体区分。
为获取东亚高层纬向风ISO位相模态，对ISO-EAWJI序列进行标准化，将数值小于-1σ（大于+1σ）定义为东亚高层纬向风ISO偏北（偏南）位相并进行合成。如图7所示，当表现为ISO偏北位相时，急流出口区北侧（南侧）为西风（东风）异常，即急流在ISO尺度上为北移，偏南位相则反之。对比发现，偏北偏南位相正负异常中心在空间分布上与高层纬向风年际变化关键区高度重合，表明高层纬向风季节内变异性与其年际变异性之间似乎有所关联。
4.2 东亚高层纬向风季节内振荡与其年际变化的联系
为进一步探索东亚高层纬向风ISO与其年际变化之间的关系，高层纬向风ISO标准差与季节平均（7—8月）的年际变率被进行了对比（图8），发现两种尺度信号的振荡强烈区皆处于中纬度地区，两者模态相关系数高达0.93，说明高层纬向风ISO与年际变率高度相似，但这只表明了两者具有一致的空间型态。
为了解ISO与年际活动的空间变化特征是否有所联系，即ISO与年际变率是否具有共同空间格局，进一步进行了年际EOF分析。结果表明（图9a、b），年际EOF1、EOF2方差贡献分别高达28.08%、15.01%，空间分布特征与ISO-EOF1（图6b）相似，皆呈现出明显的经向分布。由此可知，东亚高层纬向风具有一个相同的主导模式支配着其ISO与年际变化，即其ISO与年际变化有所联系。在此不具体区分年际EOF1、2的相异性，认为两个典型模态一同描述了西风急流年际经向移动的主导变异性，EOF1、EOF2对应时间系数PC1、PC2与EAWJI标准化序列的高相关性（相关系数分别为0.74、0.57;图9c、d）也证明EAWJI有效捕获西风急流年际经向移动的能力。
由前文已知登陆多年（少年）急流偏北（偏南），这种显著年际差异是否有ISO的贡献？高层纬向风ISO与年际变化的关系表明，不对称的ISO偏南偏北条件发生频率将产生剩余偏差，剩余偏差與季节平均本质上呈现准线性关系，越高的偏北（偏南）条件发生概率将更促使急流发生北移（南移），为此两类年份ISO-EAWJI序列的概率密度函数（PDF）被进行了对比（图10），显示登陆多年（图10a，b）与少年（图10c、d）PDF呈现明显非正态分布，登陆多年（少年）PDF明显偏向负值（正值），表示更高的偏北（偏南）位相发生频率，即高层纬向风ISO对急流年际尺度偏北（偏南）移动有正贡献，与实际急流偏北（偏南）情况对应良好，通过实例定性证明高层纬向风ISO能影响其年际变化。
急流偏北（偏南）年大尺度环流场有利（不利）于TC登陆，对应年份登陆频数就可能偏多（偏少），而高层纬向风ISO与其年际变化的关系表示，更高的偏北（偏南）条件发生频率产生的剩余偏差将促使急流北移（南移），使形成急流偏北（偏南）年，即高层纬向风ISO可通过影响其季节平均从而改变大尺度环流间接调控TC登陆活动，进而与登陆TC频数年际变化产生联系。
4.3 东亚高层纬向风季节内振荡影响年际变化的可能机理
图11为两类年份在200 hPa上T-N波通量合成差场，显示急流出口区南侧异常显著区中南部存在显著扰动涡度通量辐合，JTWC结果（图11b）较CMA（图11a）辐合更明显，间接表明基于JTWC所选取年份中偏南偏北条件发生频率差异更大，登陆多年PDF显示JTWC结果（图10b）向负值区偏移程度较CMA（图10a）更显著，也反映了该问题，说明针对本研究，JTWC所选取年份更为理想。现将CMA与JTWC在A区中同时满足通量显著性过检验区（C区：112.5°～121°E，29.0°～33.0°N）称为扰动涡度通量异常区。差值显示，由于登陆多年偏南偏北条件发生频率有差异，急流出口区南侧出现异常扰动涡度通量辐合（C区区域平均通量散度均为负值，CMA和JTWC分别为-10.798×10-5 、-11.235×10-5 m·s-2），在辐合区强迫西风减弱。空间分布上，异常扰动涡度通量辐合区位于高层纬向风合成差场（图4）显著负异常区内，即通量辐合区与西风减弱区对应良好。由此可知，高层纬向风ISO非对称的季节内模态发生频率引起异常扰动涡度通量辐合从而影响月平均纬向风速，对急流位置的年际变动产生贡献。 5 结论与讨论
利用ERA-Interim再分析风场资料和CMA-STI、JTWC两套西北太平洋TC数据集，探讨了盛夏东亚高层纬向风ISO与登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结论如下：
1）7—8月登陆中国大陆TC频数存在显著年际变化，且登陆频数与西风急流出口区北侧（南侧）高层纬向风为显著正（负）相关，即西风急流偏北（偏南）年份，登陆TC频数偏多（偏少）。
2） 基于登陆频数与高层纬向风的显著相关区定义的EAWJI可定量描述东亚高层西风急流经向移动，EAWJI与登陆TC频数呈显著负相关，当EAWJI表现为负（正）异常时，急流位置偏北（偏南），对应年份登陆TC频数偏多。
3） 登陆偏多年，纬向垂直风切变零等值线偏北，同时台湾岛以北TC活动区域为显著偏东风异常，说明在西风急流偏北年，大尺度环流场更有利于TC登陆过程的维持，使登陆中国大陆频数增多。
4） 东亚高层纬向风10～90 d信号在急流出口区南北侧方差贡献达50%以上，其EOF模态进一步证明急流经向移动具有明显ISO特征，PC1与ISO-EAWJI序列的高相关说明ISO-EAWJI能有效描述急流ISO分量经向移动。
5） 东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态显示两者由共同空间主导模式所控制，登陆多年与少年ISO-EAWJI序列PDF呈现出的非正态分布，表明高层纬向风ISO可能影响其年际变化，登陆偏多年（少年）偏北（偏南）位相发生频率偏高，有利于促使急流北移（南移），與实际的急流偏北（偏南）情况良好契合。
6） 登陆偏多年，急流出口区南侧存在显著ISO尺度扰动涡度通量辐合，使季节平均西风减弱，急流北移，形成利于TC登陆的环境条件，说明高层纬向风ISO不对称的南北位相发生频率将导致异常扰动涡度通量输送来改变其季节平均值，从而间接调控TC登陆年际尺度环流背景场，进一步与登陆TC频数的年际变化产生联系。
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Relationship between Intraseasonal Oscillation of East Asian upper-level zonal wind and interannual variation in the frequency of tropical cyclone landfall over mainland China in midsummer
XIE Jiehong，YU Jinhua，QIAN Xiaolei，YE Mengxi，YE Tian
Key Laboratory of Meteorological Disaster，Ministry of Education（KLME），Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China
Using the ERA-Interim reanalysis database and the tropical cyclone （TC） best-track dataset from both China Meteorological Administration （CMA） and Joint Typhoon Warning Center （JTWC） during the period of 1979—2017，this study analyzes the relationship between Intraseasonal Oscillation （ISO） of East Asian upper-level （200 hPa） zonal wind and the interannual variation in the frequency of tropical cyclone landfall over mainland China during boreal summer.
The TC frequencies of landfall in July—August present a significant interannual variation.In addition，an East Asian Westerly Jet Index （EAWJI），which represents the meridional migration of the westerlies，is defined based on the two regions where significant correlations exist between TC landfall frequencies and 200 hPa zonal wind.The EAWJI and TC landfall exhibit a significant negative correlation.That signifies that when a negative （positive） anomaly appears，westerlies appear in the northern （southern） position，and the TC landfall frequency may increase （decrease）.When the westerly jet moves to the north，the troposphere in the TC active region presents anomalous easterly winds，thereby resulting in abnormal easterly shear，which is conducive to maintaining the TC landfall process and increasing the frequency of TC landfall in mainland China.
The high similarity in both standard deviation and EOF modes regarding the East Asian upper-level zonal wind’s ISO variation and interannual variation indicates that they are governed by a common mode of spatial variability.This signifies that the asymmetric frequency of north （south） conditions would generate residual deviations and alter the seasonal mean.In Landfall High-Frequency years，ISO-filtered EAWJI exhibits a higher frequency of north conditions，which cause the convergence of ISO-scale transient eddy flux in the south of the westerly jet exit，and lead the westerly jet to drift northward.Therefore，by modulating the large-scale circulation which affects the process of TC landfall，the ISO of the 200 hPa zonal wind can be indirectly connected with the interannual variation of the TC landfall frequency.
tropical cyclone landfall;East Asian upper-level zonal wind;Intraseasonal Oscillation;interannual variation
doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190412001
（責任编辑：刘菲）
关键词 登陆热带气旋; 东亚高层纬向风; 季节内振荡; 年际变化
热带气旋（Tropical Cyclone，TC）是影响我国的主要灾害性天气系统，其登陆过程给沿途地区带来重大经济损失甚至人员伤亡，是气象领域的研究热点。TC是否登陆与大尺度引导气流密切相关（Chan and Gray，1982）。对流层垂直风切变、低层相对涡度和水汽输送等条件可影响TC登陆前后的发展与维持（李英等，2004）。中国大陆位于西北太平洋西侧且大多位于副热带以北区域，东风引导气流有利于TC西行登陆中国东南沿岸，特别是副热带以北地区，该区域环流易受中纬度环流系统影响。对流层高层西风急流是热带外行星尺度大气环流重要组成部分，其经向移动表征了整个大气环流的经向位移，在季节与年际尺度上都很明显，对东亚气候异常产生显著影响（董丽娜等，2010;金荣花等，2012）。近期研究发现，夏季东亚西风急流年际经向移动与登陆中国大陆的西北太平洋TC活动有显著相关（薛华星和余锦华，2016;Yu et al.，2017），当急流位置偏北，登陆TC活动增强，中国东南部TC潛在灾害增大。急流与登陆中国TC活动之间的联系也体现了大尺度环流背景对TC活动的调制作用。
Madden and Julian（1971）基于谱分析方法首次于赤道附近发现大气风场与气压场中存在季节内振荡（Intraseasonal Oscillation，ISO）现象，随后人们将热带大气这种大尺度ISO现象称为MJO（Madden-Julian Oscillation）。后续研究发现，ISO现象在全球大气皆有所体现（李崇银，1991），作为大气运动在月季尺度上的重要变率，ISO对天气气候系统具有重要影响（李丽平和罗婷，2014）。ISO对TC活动的调制作用已有很多研究结果。大多关注ISO位相与TC活动的联系，当ISO处于活跃位相时，大气低层的低频气旋性环流能提供更充足的水汽条件与正涡度距平，有利于TC的生成和发展（Sobel and Maloney，2000;陶丽等，2012;Li and Zhou，2013a;游立军等，2019）。Li and Zhou（2013b）通过研究发现由于两种ISO模式即MJO与准双周振荡（Quasi-BiWeekly Oscillation，QBWO）具有不同的起源、空间尺度与传播特性，导致了西北太平洋地区TC调制的特殊性，MJO活跃位相下TC主要为西移与西北移，处于1+2位相时副高南侧强东风易导致登陆中国TC增多。钱晓蕾等（2018）发现，当东亚高层纬向风处于偏北位相（西风急流在ISO尺度上偏北）时，登陆中国大陆22°N以北TC频数显著多于偏南位相的登陆频数，且于偏北位相登陆的TC具有更长的生命史。
研究发现，ISO活动在一定条件下可影响年际尺度的变化，如Goswami and Mohan（2001）和Goswami et al.（2006）通过对印度夏季风ISO与年际变化关系的研究指出，夏季风ISO与季节平均的年际变率由同一空间主导模态所支配，不对称的ISO活跃与断裂发生频率将导致季节偏差，由于这种季节偏差与季节平均值在本质上是准线性的，更高的ISO活跃位相发生频率将造成强季风年。Suhas et al.（2012）通过印度夏季风ISO与季节平均间的动能交换率来理解ISO对夏季风年际与年代际变化的影响。
以往针对东亚高层纬向风与登陆中国大陆TC的研究多从纬向风ISO或季节平均角度单独分析，显示西风急流在ISO或年际尺度上偏北（偏南）皆有利（不利）于TC登陆过程的维持。高层纬向风发生年际变化主要区域与其ISO信号显著区域高度一致，集中分布在气候平均急流出口区南北两侧，这种高度一致的空间分布可能隐含两种尺度信号之间的联系。高层纬向风ISO与其季节平均之间如何关联，是本文关注的科学问题。
1 资料和方法
资料包括：1）欧洲长期天气预报中心所提供的ERA-Interim逐 6 h与月等压面再分析风场资料，水平分辨率为0.7°×0.7°，垂直方向为32层。2）中国气象局上海台风研究所（CMA-STI）和美国联合台风警报中心（JTWC）整编的西北太平洋热带气旋最佳路径数据集，包括TC每6 h的经纬度信息、中心气压和近中心最大持续风速等。以TC影响中国最活跃的7—8月（盛夏）为研究季节，所指季节平均皆为7—8月平均，研究时段为1979—2017年。 选取7—8月登陆中国东南沿海TC（含6月生成7月登陆，不含登陆台湾岛、海南岛个例）。针对JTWC资料集，若相邻两时次经纬度点的连线与中国大陆边界相交则确定TC登陆。CMA-STI登陆TC样本来自官方记录。
逐日资料由ERA-Interim逐6 h风场数据整合而成，并去除原始序列的逐日气候态与前三个谐波分量得到异常场。采用Lanczos滤波器进行10～90 d带通滤波获取ISO信号。
使用包含纬向非均匀基本流的Takaya-Nakamura波通量（简称T-N波通量）（Takaya and Nakamura，2001）来描述200 hPa上ISO尺度扰动涡度通量的输送，这里采用的是二维表达式。具体波作用通量W的计算公式如下：
W=12|U|U（ψ′2x-ψ′ψ′xx）+V（ψ′xψ′y-ψ′ψ′xy）
U（ψ′xψ′y-ψ′ψ′xy）+V（ψ′2y-ψ′ψ′yy）。（1）
其中：ψ′为准地转流函数相对于气候场的扰动;基本流场U=（U，V）表示气候场，并用·W表示扰动涡度通量散度。本文中所提及扰动特指10～90 d的ISO尺度扰动，通过分析T-N波通量所表征的扰动涡度通量输送可以表征ISO尺度扰动对季节平均纬向风速的影响。
2 7—8月登陆中国大陆热带气旋频数年际变化特征
图1是1979—2017年7—8月登陆中国大陆的TC频数，显示登陆频数具有显著年际变化。对于上海台风研究所整编的资料集，以下简称CMA资料集，部分年份如1984、1994、2013年，平均登陆频数大于等于6，而在1983、1987、1991、1993、2010、2011年，登陆频数为1，年际差异显著。JTWC资料集统计结果与CMA相似，序列相关高达0.900，都通过了0.001信度的显著性水平检验，两套资料统计结果存在差异可能与机构的估计TC强度的误差有关（余锦华等，2012）。
3 7—8月登陆中国大陆热带气旋频数与东亚西风急流年际变化的关系
3.1 东亚西风急流指数
登陆TC频次与7—8月200 hPa纬向风的相关分析被用于了解两者年际变化上的关系（图2）。急流出口区南北两侧存在大范围区域相关性通过0.05信度的显著性水平检验，南侧（北侧）为显著负（正）相关。表示当出口区南侧（北侧）西风减弱（增强），即急流北抬时对应年份登陆TC频数偏多，间接说明大尺度环流场有利于TC登陆，反之急流南移登陆频数偏少，环流场不利于TC登陆，与已往研究（薛华星和余锦华，2016;Yu et al.，2017）结论较为相符。
为定量描述东亚高层西风急流的经向移动，现基于登陆TC频数与200 hPa纬向风之间显著的相关区域，定义东亚西风急流指数IEAWJ （East Asian Westerly Jet Index，简称EAWJI）：
IEAWJ=uA-uB。（2）
其中：uA、uB分别表示7—8月200 hPa纬向风在A区域与B区域（图2黑框）的区域平均。当EAWJI为负异常时，表示西风急流偏北，反之为正异常时，表示西风急流偏南。
3.2 东亚西风急流指数与登陆中国大陆热带气旋频数年际变化的联系
登陆TC频数与EAWJI的标准化序列（图3）呈现显著负相关，相关系数分别高达-0.508（CMA）与-0.551（JTWC），皆通过0.001信度的显著性水平检验。这种高相关性表示，在EAWJI负（正）异常年，7—8月登陆TC频数可能偏多（偏少）。
为方便后续研究，基于登陆TC频数标准化序列（图3虚线）挑选异常年，将数值大于+1σ、小于-1σ年份定义为登陆偏多年（landfall high-frequency years，H-F）与登陆偏少年（landfall low-frequency years，L-F）。兩套数据所挑选年份稍不同，具体如下：CMA（登陆偏多年：1984、1994、1995、2001、2004、2006、2012、2013、2017年，登陆偏少年：1983、1987、1991、1993、2010、2011年），JTWC（登陆偏多年：1984、1989、1994、1995、1997、2006、2012、2013、2017年，登陆偏少年：1983、1986、1987、1993、2010、2011年）。两套资料集皆挑选出9个登陆偏多年与6个登陆偏少年。
3.3 东亚西风急流与登陆热带气旋活动影响因素的关系
环境因素是影响TC登陆过程能否维持的重要条件（胡皓和端义宏，2016）。图4为登陆偏多年与偏少年200 hPa纬向风合成差场，显示急流出口区南北两侧皆有大片区域异常通过0.05信度的显著性水平检验，与图2显著相关区对应良好，包含上文定义EAWJI的两个关键区，具体表现为急流出口区北侧（南侧）为显著西风（东风）异常，即登陆多年（少年）对应急流偏北（偏南）年。登陆偏多年与偏少年高层纬向风存在的这种异常反映了西风急流位置显著的年际变动，在此将急流出口区南北两侧的异常显著区定义为东亚高层纬向风年际变化关键区。
西风急流北移时，中国东部TC活动区域对流场高层西风较常年偏小，为东风异常，使该地产生东风异常垂直风切变与偏东风异常引导气流，直接影响调控TC登陆的环流背景。其中垂直风切变可影响TC活动强度变化（李英等，2004）。强西风垂直风切变易使TC活动衰弱，使之逐渐消亡，而东风垂直切变利于TC活动维持。急流北移，高层西风减弱，所产生东风异常有利于东风垂直切变形成。两类年份的纬向垂直风切合成差场（图5a、c）显示零等值线约位于25°N，以北（南）为负（正）值，表明TC在25°N以北活动时，环境垂直风切更利于TC活动维持。TC是否登陆与引导气流关系密切。急流北移所产生东风异常同样能促进偏东风引导气流形成（Chan and Gray，1982），利于将TC往西牵引至登陆中国大陆。两类年份引导气流合成差值显示（图5b、d），台湾岛以北TC活动区为显著偏东风异常，数值可达3 m/s，表示活跃于台湾岛以北的TC，大尺度引导气流将促使其登陆中国大陆。 综上可知，环境因素差值结果皆表示西北太平洋TC活动区域的环境背景场在登陆多年与少年具有显著差异。在登陆偏多年，西风急流整体北移，此时环流场更有利于位于较高纬度（约25°N以北）的TC登陆中国大陆，这表明在急流偏北年份，登陆中国大陆TC频数可能会偏多且登陆平均位置可能偏北，急流偏南年时则反之，统计的登陆偏多年（少年）平均登陆位置体现了这种特征：登陆偏多年（CMA：116.95°E、25.17°N，JTWC：116.68°E、25.32°N），登陆偏少年（CMA：115.9°E、23.8°N，JTWC：115.08°E、 23.52°N），这与盛夏TC生成位置为全年最北有关。
4 东亚高层纬向风季节内振荡及其与年际变化的关联
4.1 东亚高层纬向风季节内振荡特征
图6a为东亚高层纬向风ISO分量（10～90 d）方差贡献分布，急流出口区南北侧各有方差贡献达50%以上高值区，说明ISO活动强烈。此外，ISO分量的经验正交函数分析（EOF，图6b）显示，EOF1为典型经向分布，表明急流经向移动ISO较强，其正负异常中心的地理分布与急流出口区两侧方差贡献高值区良好对应，包含定义EAWJI的关键区（图2）。经计算，EAWJI的ISO分量（ISO-EAWJI）与ISO-EOF1对应时间系数PC1相关高达0.74（图6c），相关性通过0.001信度的显著性水平检验，肯定了使用ISO-EAWJI表征西风急流ISO尺度经向移动的有效性。ISO-EAWJI为正（负）异常，表示急流在ISO尺度上南移（北移）。
经检验，1979—2017年7—9月ISO-EAWJI功率谱（图略）大多超过0.1显著性水平的红噪声谱，其中10～20 d与30～60 d周期内信号最为显著，在此不进行具体区分。
为获取东亚高层纬向风ISO位相模态，对ISO-EAWJI序列进行标准化，将数值小于-1σ（大于+1σ）定义为东亚高层纬向风ISO偏北（偏南）位相并进行合成。如图7所示，当表现为ISO偏北位相时，急流出口区北侧（南侧）为西风（东风）异常，即急流在ISO尺度上为北移，偏南位相则反之。对比发现，偏北偏南位相正负异常中心在空间分布上与高层纬向风年际变化关键区高度重合，表明高层纬向风季节内变异性与其年际变异性之间似乎有所关联。
4.2 东亚高层纬向风季节内振荡与其年际变化的联系
为进一步探索东亚高层纬向风ISO与其年际变化之间的关系，高层纬向风ISO标准差与季节平均（7—8月）的年际变率被进行了对比（图8），发现两种尺度信号的振荡强烈区皆处于中纬度地区，两者模态相关系数高达0.93，说明高层纬向风ISO与年际变率高度相似，但这只表明了两者具有一致的空间型态。
为了解ISO与年际活动的空间变化特征是否有所联系，即ISO与年际变率是否具有共同空间格局，进一步进行了年际EOF分析。结果表明（图9a、b），年际EOF1、EOF2方差贡献分别高达28.08%、15.01%，空间分布特征与ISO-EOF1（图6b）相似，皆呈现出明显的经向分布。由此可知，东亚高层纬向风具有一个相同的主导模式支配着其ISO与年际变化，即其ISO与年际变化有所联系。在此不具体区分年际EOF1、2的相异性，认为两个典型模态一同描述了西风急流年际经向移动的主导变异性，EOF1、EOF2对应时间系数PC1、PC2与EAWJI标准化序列的高相关性（相关系数分别为0.74、0.57;图9c、d）也证明EAWJI有效捕获西风急流年际经向移动的能力。
由前文已知登陆多年（少年）急流偏北（偏南），这种显著年际差异是否有ISO的贡献？高层纬向风ISO与年际变化的关系表明，不对称的ISO偏南偏北条件发生频率将产生剩余偏差，剩余偏差與季节平均本质上呈现准线性关系，越高的偏北（偏南）条件发生概率将更促使急流发生北移（南移），为此两类年份ISO-EAWJI序列的概率密度函数（PDF）被进行了对比（图10），显示登陆多年（图10a，b）与少年（图10c、d）PDF呈现明显非正态分布，登陆多年（少年）PDF明显偏向负值（正值），表示更高的偏北（偏南）位相发生频率，即高层纬向风ISO对急流年际尺度偏北（偏南）移动有正贡献，与实际急流偏北（偏南）情况对应良好，通过实例定性证明高层纬向风ISO能影响其年际变化。
急流偏北（偏南）年大尺度环流场有利（不利）于TC登陆，对应年份登陆频数就可能偏多（偏少），而高层纬向风ISO与其年际变化的关系表示，更高的偏北（偏南）条件发生频率产生的剩余偏差将促使急流北移（南移），使形成急流偏北（偏南）年，即高层纬向风ISO可通过影响其季节平均从而改变大尺度环流间接调控TC登陆活动，进而与登陆TC频数年际变化产生联系。
4.3 东亚高层纬向风季节内振荡影响年际变化的可能机理
图11为两类年份在200 hPa上T-N波通量合成差场，显示急流出口区南侧异常显著区中南部存在显著扰动涡度通量辐合，JTWC结果（图11b）较CMA（图11a）辐合更明显，间接表明基于JTWC所选取年份中偏南偏北条件发生频率差异更大，登陆多年PDF显示JTWC结果（图10b）向负值区偏移程度较CMA（图10a）更显著，也反映了该问题，说明针对本研究，JTWC所选取年份更为理想。现将CMA与JTWC在A区中同时满足通量显著性过检验区（C区：112.5°～121°E，29.0°～33.0°N）称为扰动涡度通量异常区。差值显示，由于登陆多年偏南偏北条件发生频率有差异，急流出口区南侧出现异常扰动涡度通量辐合（C区区域平均通量散度均为负值，CMA和JTWC分别为-10.798×10-5 、-11.235×10-5 m·s-2），在辐合区强迫西风减弱。空间分布上，异常扰动涡度通量辐合区位于高层纬向风合成差场（图4）显著负异常区内，即通量辐合区与西风减弱区对应良好。由此可知，高层纬向风ISO非对称的季节内模态发生频率引起异常扰动涡度通量辐合从而影响月平均纬向风速，对急流位置的年际变动产生贡献。 5 结论与讨论
利用ERA-Interim再分析风场资料和CMA-STI、JTWC两套西北太平洋TC数据集，探讨了盛夏东亚高层纬向风ISO与登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结论如下：
1）7—8月登陆中国大陆TC频数存在显著年际变化，且登陆频数与西风急流出口区北侧（南侧）高层纬向风为显著正（负）相关，即西风急流偏北（偏南）年份，登陆TC频数偏多（偏少）。
2） 基于登陆频数与高层纬向风的显著相关区定义的EAWJI可定量描述东亚高层西风急流经向移动，EAWJI与登陆TC频数呈显著负相关，当EAWJI表现为负（正）异常时，急流位置偏北（偏南），对应年份登陆TC频数偏多。
3） 登陆偏多年，纬向垂直风切变零等值线偏北，同时台湾岛以北TC活动区域为显著偏东风异常，说明在西风急流偏北年，大尺度环流场更有利于TC登陆过程的维持，使登陆中国大陆频数增多。
4） 东亚高层纬向风10～90 d信号在急流出口区南北侧方差贡献达50%以上，其EOF模态进一步证明急流经向移动具有明显ISO特征，PC1与ISO-EAWJI序列的高相关说明ISO-EAWJI能有效描述急流ISO分量经向移动。
5） 东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态显示两者由共同空间主导模式所控制，登陆多年与少年ISO-EAWJI序列PDF呈现出的非正态分布，表明高层纬向风ISO可能影响其年际变化，登陆偏多年（少年）偏北（偏南）位相发生频率偏高，有利于促使急流北移（南移），與实际的急流偏北（偏南）情况良好契合。
6） 登陆偏多年，急流出口区南侧存在显著ISO尺度扰动涡度通量辐合，使季节平均西风减弱，急流北移，形成利于TC登陆的环境条件，说明高层纬向风ISO不对称的南北位相发生频率将导致异常扰动涡度通量输送来改变其季节平均值，从而间接调控TC登陆年际尺度环流背景场，进一步与登陆TC频数的年际变化产生联系。
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Relationship between Intraseasonal Oscillation of East Asian upper-level zonal wind and interannual variation in the frequency of tropical cyclone landfall over mainland China in midsummer
XIE Jiehong，YU Jinhua，QIAN Xiaolei，YE Mengxi，YE Tian
Key Laboratory of Meteorological Disaster，Ministry of Education（KLME），Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China
Using the ERA-Interim reanalysis database and the tropical cyclone （TC） best-track dataset from both China Meteorological Administration （CMA） and Joint Typhoon Warning Center （JTWC） during the period of 1979—2017，this study analyzes the relationship between Intraseasonal Oscillation （ISO） of East Asian upper-level （200 hPa） zonal wind and the interannual variation in the frequency of tropical cyclone landfall over mainland China during boreal summer.
The TC frequencies of landfall in July—August present a significant interannual variation.In addition，an East Asian Westerly Jet Index （EAWJI），which represents the meridional migration of the westerlies，is defined based on the two regions where significant correlations exist between TC landfall frequencies and 200 hPa zonal wind.The EAWJI and TC landfall exhibit a significant negative correlation.That signifies that when a negative （positive） anomaly appears，westerlies appear in the northern （southern） position，and the TC landfall frequency may increase （decrease）.When the westerly jet moves to the north，the troposphere in the TC active region presents anomalous easterly winds，thereby resulting in abnormal easterly shear，which is conducive to maintaining the TC landfall process and increasing the frequency of TC landfall in mainland China.
The high similarity in both standard deviation and EOF modes regarding the East Asian upper-level zonal wind’s ISO variation and interannual variation indicates that they are governed by a common mode of spatial variability.This signifies that the asymmetric frequency of north （south） conditions would generate residual deviations and alter the seasonal mean.In Landfall High-Frequency years，ISO-filtered EAWJI exhibits a higher frequency of north conditions，which cause the convergence of ISO-scale transient eddy flux in the south of the westerly jet exit，and lead the westerly jet to drift northward.Therefore，by modulating the large-scale circulation which affects the process of TC landfall，the ISO of the 200 hPa zonal wind can be indirectly connected with the interannual variation of the TC landfall frequency.
tropical cyclone landfall;East Asian upper-level zonal wind;Intraseasonal Oscillation;interannual variation
doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190412001
（責任编辑：刘菲）