文|史说百家
编辑|史说百家
【前言】经常袭击热带地区的最危险和最具破坏性的气象现象是热带气旋（TC），它们的持续反复打击了包括汤加在内的西南太平洋小岛屿国家的经济和社会发展，汤加在灾害脆弱性方面排名世界第三，预计每年损失15万美元。
在气候学上，汤加每年受5.2个TC的影响，并且位于TC通常达到其最大强度（见[6]）和极端TC诱导的波高的纬度带。还发现影响汤加的强烈TC数量增加，但无统计学意义，过去影响汤加的著名TC是6年的TCIsaac。
TCGita是五级气旋，是历史上影响汤加地区最强烈的TC，造成的损失相当于汤加国内生产总值（GDP）的20%左右。
第五类TCIan遭受的损失相当于汤加GDP的38%，最近，另一个五级气旋TCHarold造成了汤加GDP的9%（或23.111亿美元）的损失。
那么，MJO是一个起源于印度洋的热带扰动吗？在此期间，作为TC成因孵化期的南太平洋辐合区也非常活跃吗？
【追踪数据和研究区域】通过使用了西南太平洋热带气旋增强档案数据集（SPEArTC）中70/2018至19/32季节的历史TC轨迹，Magee等人比较了三个TC数据库：联合台风警报中心（JTWC），国际最佳气候管理跟踪档案（IBTrACS）和西南太平洋热带气旋增强档案（SPEArTC）。
他们确定SPEArTC数据库最适合该区域的TC分析，SPEArTC数据集主要包含6小时的航迹信息，包括风眼位置（纬度和经度），最大10分钟平均风（节）和中心气压（hPa）。
继Sharma等人之后，TC发生被定义为SPEArTC数据集中的第一个跟踪点，TC根据Tu'uholoaki等人中SWPTC/澳大利亚TC类别分类系统进行分类（见表1）。
表1.SWPTC的分类与澳大利亚TC类别分类系统相结合，具有10分钟平均风速
在Tu'uholoaki等人之后，我们将汤加地区定义为以汤加首都努库阿洛法为中心的半径为5度的圆（图1）。
选择尺寸时，TC的直径范围为200至1000公里，任何穿过圆圈的TC都被认为影响了汤加，图1还显示了128年至1970年期间影响汤加地区的2019个TC，其中119个TC至少具有大风类别。
图1.以努库阿洛法为中心的半径为5度的圆圈，称为汤加地区，128年至1970年间有2019条TC轨道穿过该地区。
【实时多元MJO（RMM）指数】由Wheeler和Hendon开发的实时多变量MJO（RMM）指数用于测量MJO周期，可在澳大利亚气象局的网站;于20年2020月1974日访问）上获得。
从2年至今，RMM指数是使用近赤道平均1hPa纬向风、2hPa纬向风和卫星观测的向外长波辐射（OLR）数据组合场的主成分分析（RMM850和RMM200）的前两个分量得出的。
为了研究的连续性，纳入了Oliver和Thompson[1969]在1974年至37年间的MJO指数，该指数使用36世纪的重新分析重建了Wheeler和Hendon开发的MJO指数到20世纪初。
当MJO增强活动位于西太平洋（第7和第8阶段）和西半球（第8阶段）时，南太平洋、FST和汤加有利于TC活动。
为了获得每个MJO阶段的大尺度条件，继Klotzbach之后，从欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA5重新分析单级每天在1.0°×1.0°网格上获得21月至次年2023月的大尺度环境场数据。
当MJO指数大于1时，字段值计算为MJO阶段8-1平均值的偏差，在95%水平上与阶段1-8平均值显著不同的值以粗体突出显示。开尔文单位转换为摄氏度，J/m2至-W/m2，以及Pa/s至hPa/day，以与先前研究中使用的单位一致，风切变是通过从U850中移除U200风而得出的。
【海洋尼诺指数】我们使用海洋尼诺指数（ONI），该指数基于Niño3.4区域（南纬5°-5°，西经170°-120°）的海面温度（SST）异常，以提供有关ENSO状态的信息。
ONI值是通过从3年的SST异常期间（3-4）中移除Niño30.1986区域SST异常的2015个月平均值获得的，我们将厄尔尼诺（拉尼娜）年归类为ONI连续至少0个月为≥+5.0°C（≤-5.5°C）。
此外，ENSO中性年份是为这两个阈值之间的ONI值定义的，我们总共分别获得了2年、18年和19年厄尔尼诺、拉尼娜和ENSO中性年。
【引导方法】由于在每个MJO阶段中只有少数TC（即<30），因此通过将它们与原始样本进行对举来测试每个簇的频率分布的统计意义。
该方法将TC随机分配给10，000次试验的每个MJO阶段，以计算所有年份，厄尔尼诺，拉尼娜和ENSO中性年份的TC数量的统计显着性，原假设假设所有8个阶段中发生的TC数的平均值与单个阶段中发生的TC数的平均值相同。
自举法还用于计算所有95个阶段的平均值与大规模环境场的单个阶段之间的8%水平的统计差异，原假设假设所有8个阶段的平均值与大规模环境场的单个阶段之间的差值等于0。
【跟踪聚类】根据Gaffney，使用客观气旋轨迹聚类技术检查汤加地区的TC轨迹类型中的关系行为，Camargo等人成功地使用了该方法来研究西北太平洋盆地的TC轨迹，Chand和Walsh，Sharma等人和Ramsay等人分别用于FST区域，SWP和南半球。
该技术基于TC轨迹轨迹的地理形状和位置构建多项式回归模型的混合，其基本原理是，可以使用这些基础多项式回归模型将每个TC轨迹分配给一组或一组相似的特征。
Chand和Walsh从视觉检查和易于解释的角度评估了FST区域的TC轨迹，最好的权衡是二阶多项式回归模型。
根据Gaffen使用的方法，可以通过为每个聚类分配一个对数似然值来确定最佳聚类数，该值是每个聚类出现的概率。
一组聚类中对数似然概率最高的相应聚类数是最佳数量，Chand和Walsh发现最优数3给出了在FST区域转向机制背景下可解释的集群。
继Chand和Walsh之后，128个TC的最佳权衡再次是二阶多项式回归模型，K=3最能表征汤加地区的TC轨道，这并不出乎意料，因为汤加地区位于并占据了FST地区的50%左右。
【MJO和大规模环境场的气候学】表2.（a）所有年份（包括厄尔尼诺、拉尼娜和ENSO中性）、（b）厄尔尼诺、（c）拉尼娜和（d）影响西南太平洋TC成因和强度的ENSO中性年份（南纬10°-20°，东经135°-210°）的大规模环境场以及每个MJO阶段的相应值如下所示。
当RMM指数大于95时，通过从单个MJO阶段中删除MJO阶段平均值获得这些值。与MJO阶段一到八级平均值在1%水平上显着不同的值以粗体突出显示。
在气候学上，表2a显示了活动阶段95至95期间的风切变、海面温度、上层发散、中层湿度和低水平涡度，与第一阶段至第八阶段的平均水平明显偏离了11%，是TC活动的有利条件，但第八阶段的上层差异和第七和第八阶段的SST除外。
相比之下，MJO非活动阶段的风切变（二至五阶段）、海面温度（一至二、五阶段）、OLR（一至四阶段）、上层发散（一至四阶段）、相对涡度（二至五阶段）和相对湿度（一至三阶段）在14%的水平上明显偏离，是TC活动的不利条件。
这些结果强化了先前的发现，即大规模环境条件在活动期有利于SWP中的TC发生，而在其它阶段则受到抑制，此外，一般来说，在厄尔尼诺、拉尼娜和厄尔尼诺中性年份，MJO活跃期的类似大规模条件有利于TC活动，而MJO非活动阶段则不利于TC活动。
表3显示了在厄尔尼诺、拉尼娜和厄尔尼诺中性年份影响汤加的六个TC的起源相吻合的大规模条件的案例研究。其中三个是严重的TC（TCsRon，Gita和Kina）。还显示了当它们达到严重TC强度时观察到的大尺度条件。
无论TCs、MJO和ENSO阶段的强度如何，都观察到TC发生的有利条件，如低水平涡度（负）、SST（正）、负OLR和上发散（负）。
然而，在ENSO中性年份发生的TCUrmil（第二类）期间，相对湿度略低，MJO阶段等于4。与前几天相比，风切变减小和上层发散增加是TC强化的理想条件。
TCRon，Gita和Kina分别强化为第五，第五和第四类，相对于成因当天的条件，风切变下降分别为76.0、9.7和1.27m/s，上层背离上升分别为16.14、64.0和45.<>hPa/天，这解释了其增强的有利条件。
表3.与表2类似，但对于影响汤加的<>个TC的大规模环境条件，从每个ENSO阶段中选择个TC，其中一个是严重TC，红色框代表厄尔尼诺现象，蓝色代表拉尼娜现象，绿色代表厄尔尼诺中性现象。
【MJO和TC频率】在1970年至2019年期间，TC发生发生在MJO的所有阶段（图2a），MJO一至八期的发生率分别为8.8%、8.0%、5.6%、10.8%、7.5%、18.2%、19.5%和21.6%。
第六至第八阶段的TC发生比其他阶段高约60%，特别是，第七阶段和第八阶段的TC峰值数量分别具有统计学意义，分别为95%和99%（图2a，所有年份）。
这并不奇怪，如表2和以前的研究所示，大规模的环境条件有利于SWP中的TC发生，而在其他阶段则受到抑制和不利，图2a还显示，在厄尔尼诺现象（72.1%;第八阶段显著，为99%）和厄尔尼诺中性年份（56.8%;第七阶段显著，为95%）期间，MJO活动第六至第八阶段继续对汤加地区有利，但在拉尼娜现象期间影响较小（49.2%）。
与其他阶段相比，拉尼娜期间TC的数量最少，主要是由于相对于其他阶段，第六阶段形成的TC较少（见图2b中的第六阶段）。
这可以通过与其他阶段相比，第六阶段的垂直风切变增强和海面温度降低（统计显着，达到96%水平）来解释（见表2c），因此在拉尼娜年份抑制了TC的发生。
此外，在拉尼娜年份可以看到，与厄尔尼诺和ENSO中性年份相比，只有少数TC基因在东经170°附近形成（见Tu'uholoaki等人[5]的图6c），因为平均TC成因向南和西南移动。
相反，在厄尔尼诺年份观察到东经170°附近的TC成因较高，与第六阶段的东南转向风相吻合，这可能解释了厄尔尼诺年份第六阶段影响汤加区域的TC频率较高。
这可能是由于厄尔尼诺现象期间第六阶段的海面温度、相对湿度、向外长波辐射和上层发散增强，与Chand和Walsh一致，FST区域第六阶段的成因最大值位于东经170°左右，与厄尔尼诺现象密切相关。
图2.（a）1970年和2019年所有年份（黑色）、厄尔尼诺年份（红色）、拉尼娜年份（蓝色）和厄尔尼诺中性年份（绿色）每天的TC基因数量（%）
（b）八个MJO阶段的成因点（厄尔尼诺年（红色）、拉尼娜年（蓝色）和厄尔尼诺中性年（绿色））的空间分布和相应的轨迹。
（a）中的星号（*）和加号（+）分别表示99%和95%水平的统计显著性。
在Chand和Walsh之后，使用二阶回归模型将TC轨迹分为三个集群（图3）。第一簇（图3b）占考虑轨道的58.6%，包括向西北形成，然后通过对流层中西风向汤加地区移动的TC。
图3c显示了第二星团（29.7%TC轨迹），TC通常向南转向汤加，然后放弃该地区，因为它们绕过副热带高压的外围向南弯曲。第三星团（图3d）的TC数量最少，为11.7%，通常在中层西风的驱使下从珊瑚海向东向东南方向移动，向汤加地区移动，然后在离开该区域时绕过副热带高带的外围向南移动。
图3.TC成因点的空间分布
【结论】本研究调查了汤加区域内MJO和ENSO组合相位如何调节TC活性，使用SPEArTC数据库，RMM指数和ONI强调TC频率和强度。
利用概率聚类技术将TC轨迹分离成不同的组，以评估影响汤加地区的主要气旋轨迹。此外，该研究还审查了有利于SWP中TC发生和强化的大规模现场数据的气候学（所有年份和ENSO年份）
结果表明，MJO强烈调节影响汤加地区的TC活性，活跃期TC较多，非活跃期TC较少。同样，在ENSO的温暖和中性阶段，更多的TC发生，与活跃阶段一致。
相反，由于TC成因向南位移，在拉尼娜期间，较低的TC会演变，错过了将TC引向汤加的平均中层西风。由于有利的大规模条件，大风和飓风类别TC的频率和强度在MJO的活跃阶段（第六至第八阶段）有所增强。该方法可以应用于MJO在调节TC活动方面发挥重要作用的其他地区。
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参考文献：
1、王刚;黄伟;刘丽;多尺度跟踪雷达回波方案在定量降水临近预报中的应用.大气科学
2、梅克伦堡;乔斯;施密德;梅克伦堡;乔斯;Schmid，W.使用增强的雷达回波跟踪算法改进阿尔卑斯地区降水的临近预报。J·海德尔。
3、梁琪;冯彦;邓文;胡淑贤;黄莹;曾琪;陈志.基于TREC矢量结合模型预测风的雷达回波外推复合方法.大气科学 2010
END
