2018, Vol. 76
中国气象学会主办。
文章信息
- 孙雅文, 傅刚, 张树钦. 2018.
- SUN Yawen, FU Gang, ZHANG Shuqin. 2018.
- 北大西洋爆发性气旋的统计特征
- Statistical characteristics of explosive cyclones over the Northern Atlantic
- 气象学报, 76(2): 169-181.
- Acta Meteorologica Sinica, 76(2): 169-181.
- http://dx.doi.org/10.11676/qxxb2017.093
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文章历史
- 2017-04-21 收稿
- 2017-10-16 改回
2. 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室, 青岛, 266100
2. Key Laboratory of Physical Oceanography, Ocean University of China, Qingdao 266100, China
爆发性气旋是在短时间内迅速加强的气旋系统, 多发生于中纬度洋面上。由于爆发性气旋常伴随大风、暴雨(或暴雪)等恶劣天气现象, 严重威胁人们的生命财产安全, 因此Rice(1979)形象地称之为“气象炸弹(meteorological bomb)”。Sanders等(1980)最早定义爆发性气旋为气旋的海表面中心气压(地转调整到60°N)24 h下降达到24 hPa, 即1 Bergeron (定义1 hPa/h=1 Bergeron, 简写为Ber)。Roebber(1984)考虑了不同纬度上爆发性气旋的分布, 将定义中的纬度修订为42.5°N, Gyakum等(1989)则选择了45°N。由于所使用数据时间精度的提高, Yoshida等(2004)将爆发性气旋定义中的24 h时间间隔修订为12 h。
中国学者对西北太平洋上爆发性气旋进行了系统研究, 具体见傅刚等(2017), 这里不再赘述。相对而言, 中国学者对大西洋上爆发性气旋研究较少, 部分原因可能是由于北大西洋远离欧亚大陆, 那里发生的剧烈天气对中国的影响不大, 另外, 也存在缺乏北大西洋及沿岸的气象和海洋观测资料等原因。然而伴随全球经济一体化态势的迅猛发展, 产业融合的趋势也愈来愈明显, 基于以下两个理由:(1)大西洋在世界航运中处于极为重要的地位; (2)中国大陆海运企业在北大西洋上有重要的运输业务。故有必要对北大西洋爆发性气旋进行系统而深入的研究, 不仅对于保障在北大西洋航线上的船舶航运安全具有重要意义, 而且对于提高对爆发性气旋这类危险天气系统运动规律的认识水平, 减少和防止自然灾害具有重要的学术和实践价值, 同时也符合中国国家发展和改革委员会、中国气象局、国家海洋局联合印发的《海洋气象发展规划(2016年~2025年)》中“海洋气象服务能力覆盖远海和远洋”的精神。
诸多研究表明, 北半球的爆发性气旋主要发生在10月至次年3月(有学者称之为冷季) (Sanders, et al, 1980; Roebber, 1984; Wang, et al, 2001), 尤其是在冬季居多(Allen, et al, 2010)。北大西洋上爆发性气旋的空间分布是沿美国东海岸向东北方向延伸(Sanders, et al, 1980; Wang, et al, 2001; Allen, et al, 2010)。由于不同学者使用的资料不同, 得到北大西洋上爆发性气旋分布特征存在一定差异。Sanders等(1980)研究发现爆发性气旋的分布延伸至格陵兰岛的南部。Wang等(2001)发现格陵兰岛—冰岛地区爆发性气旋的个数比预期多且强度大, 并将北大西洋爆发性气旋分为3个区域:西北大西洋、北—中大西洋和东北大西洋。Allen等(2010)利用多种再分析资料得到类似的分布:爆发性气旋向东北延伸至冰岛且有2个频发中心, 分别位于东海岸近海和北大西洋中部。
Sanders(1986)和Wang等(2001)把爆发性气旋的强度分为3类, 他们分类的强度界限稍有区别, Sanders(1986)的分类为强(>1.8 Ber)、中(1.3—1.8 Ber)、弱(1.0—1.2 Ber); 而Wang等(2001)的分类为强(≥1.80 Ber)、中(1.40—1.79 Ber)、弱(1.00—1.39 Ber)。
前人对北大西洋爆发性气旋4个经典个例进行了研究, 这些个例是:the Queen Elizabeth Ⅱ storm(Gyakum, 1983a, 1983b, 1991; Manobianco, et al, 1992), the President Day's cyclone(Bosart, 1981; Bosart, et al, 1984; Uccellini et al, 1984, 1985; Whitaker, et al, 1988), ERICA IOP-4(Wakimoto, et al, 1992; Chang et al, 1993, 1996)和ERICA IOP-5(Reed et al, 1993a, 1993b; Blier, et al, 1995; Kuo, et al, 1996)。研究表明影响爆发性气旋发展的因素很多, 如斜压不稳定(Sanders, 1986; Manobianco, 1989)、斜压不稳定和非绝热加热的共同作用(Gyakum, 1983b; Kuo, et al, 1991a; Reed, et al, 1993b)、高层强迫(Bosart, et al, 1984; Gyakum, 1991)、高空急流(Uccellini, et al, 1984; Manobianco, et al, 1992)、伴随对流层顶折叠高空高位涡的干侵入(Bosart, et al, 1984; Uccellini, et al, 1985; Whitaker, et al, 1988)、表面能通量(Davis, et al, 1988; Kuo, et al, 1991b)和多因素共同作用(Rausch, et al, 1996; Nesterov, 2010)等理论。
虽然前人对北大西洋爆发性气旋进行过统计研究, 但前人使用资料的空间分辨率多为2.5°×2.5°, 与现在使用的资料相比空间分辨率显得有些粗糙。本研究的主要目的是利用2000—2015年最近16个冷季(10月至次年4月) 1°×1°的客观再分析资料, 分析北大西洋(100°W—10°E, 20°—80°N, 图 1)上爆发性气旋的统计特征。
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| 图 1 北大西洋地理示意 Figure 1 Geographic map of the Northern Atlantic |
使用的资料有:
(1) 美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, 简称NCEP)的Final Analysis(FNL)全球格点再分析资料, 水平分辨率为1°×1°, 垂直分为26层, 时间分辨率为6 h。下载地址:http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2c。
(2) 美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, 简称NOAA)的Optimum Interpolation Sea Surface Temperature (OI SST)格点资料。该资料分辨率有两种, 分别为高分辨率(水平分辨率为0.25°×0.25°, 时间分辨率为日平均)和低分辨率(水平分辨率为1°×1°, 时间分辨率为月平均)。文中使用的是低分辨率数据。下载地址:https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.noaa.oisst.v2.html。
Yoshida等(2004)给出的爆发性气旋的定义如下:
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式中, p为气旋中心气压, φ为气旋中心所在纬度, 下标t±6表示当前时刻±6小时所示时刻。参考Yoshida等(2004)给出的定义, 统计了2000—2015年最近16个冷季所有气旋的海表面中心气压加深率不小于1 Ber的爆发时刻位置的纬度信息(表 1), 发现共有2986个位置, 其中多数位于40°—45°N, 占总数的21.57%。平均纬度为47.78°N。由于大部分气旋爆发位置位于中纬度, 故将Yoshida等(2004)给出的爆发性气旋定义中的纬度由60°N修订为45°N重新进行统计(表 1)。定义修订后的爆发时刻位置的个数减少到1783个, 仍然是位于40°—45°N的个数最多, 为392个, 占总数的21.99%。平均纬度为47.35°N。因此有理由相信将爆发性气旋定义中的纬度修正为45°N是合理的。
| 纬度(°N) | 25—30 | 30—35 | 35—40 | 40—45 | 45—50 | 50—55 | 55—60 | 60—65 | 65—70 | 70—75 | 75—80 |
| A个数 | 14 | 111 | 499 | 644 | 593 | 521 | 333 | 194 | 47 | 26 | 4 |
| A频率(%) | 0.47 | 3.72 | 16.71 | 21.57 | 19.86 | 17.45 | 11.15 | 6.50 | 1.57 | 0.83 | 0.13 |
| B个数 | 7 | 59 | 323 | 392 | 365 | 318 | 186 | 96 | 24 | 12 | 1 |
| B频率(%) | 0.39 | 3.31 | 18.12 | 21.99 | 20.47 | 17.84 | 10.43 | 5.38 | 1.35 | 0.67 | 0.06 |
| C个数 | 6 | 56 | 312 | 375 | 353 | 312 | 182 | 94 | 22 | 12 | 1 |
| C频率(%) | 0.35 | 3.25 | 18.09 | 21.74 | 20.46 | 18.09 | 10.55 | 5.45 | 1.28 | 0.70 | 0.06 |
在Sanders等(1980)和Yoshida等(2004)的定义中, 只考虑了气旋的海表面中心气压加深率, 而没有考虑海表面风速的大小。对海面10 m高风场资料的分析发现, 有时虽然气旋的海表面中心气压加深率大于1 Ber, 但是风速较小, 最小甚至只有8.2 m/s。考虑到爆发性气旋在海上最主要的危害是大风, 结合WMO(World Meteorological Organization)蒲福风级定义的大风警报, 选择8级风(即17.2 m/s)作为判别爆发性气旋的一个参数, 即规定气旋爆发性发展阶段至少有一个时刻不小于17.2 m/s的风速。这样在将爆发性气旋定义中的纬度修订为45°N, 同时考虑10 m高风速要达到17.2 m/s, 16 a的统计结果显示北大西洋上共有671例爆发性气旋, 气旋爆发时刻位置的个数减少到1724个, 仍然是位于40°—45°N的个数最多, 为375个, 占总数的21.74%。平均纬度为47.41°N。
定义爆发性气旋为气旋的海表面气旋中心气压(地转调整到45°N)12 h下降达到1 Ber且快速降压过程中至少一个时刻气旋10 m高风速不小于17.2 m/s。
文中还给出以下定义:
最大加深率时刻:爆发性气旋中心气压加深率最大的时刻。
中心气压最低时刻:爆发性气旋中心气压值最低的时刻。
爆发前移动路径:气旋从生成至气旋中心加深率不小于1 Ber之前的移动路径。
爆发时移动路径:气旋在中心加深率不小于1 Ber时的移动路径。
爆发后移动路径:气旋在爆发后中心加深率小于1 Ber至气旋中心气压最低时刻的移动路径。
3 北大西洋爆发性气旋的分类 3.1 区域分类根据修订的爆发性气旋定义, 按照5°×5°网格内爆发性气旋最大加深率时刻的位置进行统计, 得到爆发性气旋发生个数的地理分布(图 2), 可分为4个区域, 即:Ⅰ.北美大陆区(The North America Continent, NAC), Ⅱ.西北大西洋区(The Northwest Atlantic, NWA), Ⅲ.北大西洋中央区(The North-Central Atlantic, NCA), Ⅳ.东北大西洋区(The Northeast Atlantic, NEA)。为以后表述方便, 将整个北大西洋区记为TWR(The Whole Region)。爆发性气旋个数的地理分布与Wang等(2001)的研究结果最相似, 在北大西洋海盆上有3个频发中心, 即北美东海岸近海、纽芬兰岛东北部和格陵兰岛—冰岛附近, 但不同之处在于在北美大陆上还发现了一个爆发性气旋的频发中心, 且整体上爆发性气旋个数明显增多, 东海岸近海最多为35个。造成气旋个数增多的原因很可能是使用数据的差异造成的。Wang等(2001)使用的是ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)时间分辨率为12 h、空间分辨率为2.5°×2.5°的格点资料, 且研究的时段是1985年1月至1996年3月。从对应16 a冷季海表温度梯度分布(图 2)可以看出, 北大西洋海盆上, 爆发性气旋个数基本是与海表温度梯度大值区重合, 呈带状分布。
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| 图 2 北大西洋5°×5°网格内最大加深率时刻爆发性气旋的个数的地理分布 (NAC, NWA, NCA和NEA 4个区域由加深率最大时刻爆发性气旋确定; 蓝线为区域的地理边界A(70°W, 80°N)、B(70°W, 65°N)、C(80°W, 35°N)、D(80°W, 20°N)、E(45°W, 35°N)、F(45°W, 20°N)、G(50°W, 80°N)、H(50°W, 65°N)、I(25°W, 45°N)、J(25°W, 20°N); 色阶为2000—2015年冷季平均海表温度梯度, 单位:10-5 ℃/m) Figure 2 Geographic distributions of the number of explosive cyclones at their maximum deepening moment, which are counted within 5°×5° boxes over the Northern Atlantic (Four geographical regions named as NAC, NWA, NCA and NEA are used to classify explosive cyclones. Geographical region boundaries are drawn in blue lines.A(70°W, 80°N), B(70°W, 65°N), C(80°W, 35°N), D(80°W, 20°N), E(45°W, 35°N), F(45°W, 20°N), G(50°W, 80°N), H(50°W, 65°N), I(25°W, 45°N), J(25°W, 20°N).Shaded areas represent cold-season average SST gradient during 2000 to 2015, unit:10-5 ℃/m) |
对16 a资料分析发现, 存在一些气旋的海表面中心气压最大加深率比较大的个例(图 3)。但随着海表面中心气压最大加深率的增大, 爆发性气旋个数大幅度减少, 海表面中心气压最大加深率的最大值为2.99 Ber, 平均海表面中心气压最大加深率为1.41 Ber。
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| 图 3 整个北大西洋区爆发性气旋个数与海表面中心气压最大加深率的分布 Figure 3 Histogram of the number of explosive cyclones with their maximum deepening rates of central sea level pressure over the whole northern Atlantic |
采用系统聚类方法, 按照海表面中心气压最大加深率的大小对爆发性气旋进行分类。这种分类方法的基本思想是先将样品各看成一类, 然后计算类与类之间的距离, 选择距离最小的一组合并成新的一类, 重新计算新类与其他类之间的距离, 再将距离最小的两类合并, 这样依次合并, 直至将所有的样品分成若干类。
根据系统聚类法, 将爆发性气旋分为了4类, 即:超强爆发性气旋(≥2.15 Ber)、强爆发性气旋(1.75—2.14 Ber)、中爆发性气旋(1.45—1.74 Ber)和弱爆发性气旋(1.00—1.44 Ber)。
4 北大西洋爆发性气旋的统计特征 4.1 海表面中心气压最大加深率分布特征4个区域海表面中心气压最大加深率的分布(图略)与图 3类似, 气旋个数随海表面中心气压最大加深率增大而减少。其中, 北美大陆区爆发性气旋个数最少, 仅有15例, 海表面中心气压最大加深率最小, 平均为1.20 Ber, 最大只有1.44 Ber。北大西洋海盆上自西南向东北, 平均海表面中心气压最大加深率逐渐减小。西北大西洋区和北大西洋中央区气旋海表面中心气压最大加深率较大, 平均分别为1.47和1.44 Ber, 同时这2个区域爆发性气旋个数也较多, 分别为236和229例, 这意味着西北大西洋区和北大西洋中央区更有利于气旋的爆发性发展。虽然西北大西洋区的平均海表面中心气压最大加深率较大, 但是海表面中心气压最大加深率的最大值出现在北大西洋中央区。东北大西洋区的平均海表面中心气压最大加深率为1.32 Ber, 强度较弱, 在所研究的时段内仅有2例超过2 Ber。
4.2 爆发性气旋的强度分类结合不同区域爆发性气旋强度分类及个数和频率分布(表 2), 发现弱爆发性气旋的个数远多于其他强度的爆发性气旋, 随着爆发性气旋强度的增大, 气旋个数减少。北美大陆区气旋强度明显弱于其他区域, 为弱爆发性气旋。西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区的弱爆发性气旋个数相近, 西北大西洋区和北大西洋中央区中等及以上强度爆发性气旋的个数相差不大, 在各区域内所占爆发性气旋个数的比例也十分近似, 而这一点在东北大西洋区明显小于西北大西洋区和北大西洋中央区。整体来看, 北大西洋海盆上自西南向东北, 弱爆发性气旋个数逐渐增多, 中、强和超强爆发性气旋个数大幅度减少。
| 类别 | TWR | NAC | NWA | NCA | NEA | |||||||||
| 个数 | 频率(%) | 个数 | 频率(%) | 个数 | 频率(%) | 个数 | 频率(%) | 个数 | 频率(%) | |||||
| 总体 | 671 | 100 | 15 | 2.24 | 236 | 35.17 | 229 | 34.13 | 191 | 28.46 | ||||
| 弱 | 434 | 64.58 | 15 | 100 | 137 | 58.05 | 138 | 60.26 | 144 | 75.39 | ||||
| 中 | 128 | 19.08 | 0 | 0 | 48 | 20.34 | 52 | 22.71 | 28 | 14.66 | ||||
| 强 | 78 | 11.62 | 0 | 0 | 34 | 14.41 | 27 | 11.79 | 17 | 8.90 | ||||
| 超强 | 31 | 4.62 | 0 | 0 | 17 | 7.20 | 12 | 5.24 | 2 | 1.05 | ||||
从月际变化分布(图 4)上可以看出, 整个北大西洋区爆发性气旋多发生在冬季, 12、1和2月分别有132、143和122例。这3个月发生爆发性气旋的个数占了总数的59.17%。不同区域月份变化差异较大, 北美大陆区爆发性气旋发生时间主要是10和11月, 每月有5例, 远少于其他区域且在2和4月没有爆发性气旋的发生。西北大西洋区总计有236例爆发性气旋, 主要发生在1—2月, 分别为65和59例, 明显多于其他月份, 占该区域的52.54%, 且同其他3个区域相比, 是单月发生气旋个数较多的两个月。北大西洋中央区总计有229例爆发性气旋, 主要发生在12月—次年3月, 分别为41、47、39和41例。东北大西洋区爆发性气旋的个数有191例, 虽然少于西北大西洋区和北大西洋中央区, 但是12月发生个数较多, 为53例, 远多于该区域的其他月份, 单月就占了该区域总数的27.75%。其次是11、1和3月, 分别为36、29和26例。在北大西洋海盆上自西南向东北爆发性气旋主要发生时间逐渐提前。
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| 图 4 不同区域上爆发性气旋的月际变化 Figure 4 Monthly frequencies of explosive cyclones over various regions |
从不同月份气旋平均海表面中心气压最大加深率(图 5)的分布可以发现, 除北美大陆区外, 基本上海表面中心气压最大加深率随时间先增大后减小。对于整个北大西洋区, 海表面中心气压最大加深率在2月达到最大, 为1.51 Ber; 北美大陆区海表面中心气压最大加深率出现在12月, 但其数值较小, 为1.35 Ber; 西北大西洋区海表面中心气压最大加深率出现在2月, 为1.57 Ber; 北大西洋中央区和东北大西洋区海表面中心气压最大加深率均出现在1月, 分别为1.52和1.45 Ber。整体上看, 北美大陆区气旋海表面中心气压最大加深率最小, 其次为东北大西洋区。这2个区域每个月的海表面中心气压最大加深率小于整个北大西洋区的平均值。西北大西洋区和北大西洋中央区每个月的海表面中心气压最大加深率基本大于整个北大西洋区的平均值, 西北大西洋区的海表面中心气压最大加深率更大。
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| 图 5 不同区域上爆发性气旋中心气压最大加深率平均值的月际变化分布 Figure 5 Monthly variations of average maximum deepening rates of explosive cyclones over various regions |
从整个北大西洋区气旋海表面中心最低气压分布(图 6)来看, 位于975—965 hPa的气旋最多, 有218例, 远多于其他范围的气旋。其次是965—955和955—945 hPa, 分别有185和123例。这3个分布区间的气旋个数占了总数的78.39%。整个北大西洋区气旋海表面中心最低气压平均为963.9 hPa。北美大陆区、西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区气旋海表面中心最低气压平均分别为969.2、968.2、961.3和961.2 hPa, 这表明自西向东气旋自身强度加强, 东北大西洋区和北大西洋中央区气旋海表面中心最低气压平均明显低于西北大西洋区和北美大陆区。北美大陆区、西北大西洋区和北大西洋中央区气旋海表面中心最低气压的分布均只有1个峰值, 前两者位于975—965 hPa, 后者位于965—955 hPa。而东北大西洋区气旋海表面中心最低气压的分布存在2个峰值, 分别位于975—965和955—945 hPa。海表面中心气压最低的气旋出现在东北大西洋区, 为929.6 hPa, 北美大陆区、西北大西洋区和北大西洋中央区海表面中心气压最低分别为954.8、935.4和932.2 hPa。
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| 图 6 不同区域上爆发性气旋个数与海表面中心最低气压分布 Figure 6 The number of explosive cyclones with their minimum central sea level pressure over various regions |
把气旋海表面中心气压加深率不小于1 Ber的时间长度定义为气旋的爆发时长。从爆发时长(图 7)分布可以发现, 总体上整个北大西洋区和不同区域爆发性气旋个数随爆发时长增长而减少。整个北大西洋区爆发性气旋的爆发时长以0.5 d为最多(195例), 其次为0.25 d (177例)、0.75 d(131例)和1 d(103例), 平均值为0.64 d。从区域分布来看, 北美大陆区、西北大西洋区和北大西洋中央区爆发时长均以0.5 d为最多, 分别为10、64和61例。不同的是北美大陆区和北大西洋中央区爆发时长次之的是0.25 d, 分别为4和54例, 而西北大西洋则是0.75 d, 为59例。东北大西洋区气旋个数随爆发时长单调递减, 0.25 d最多, 为80例。从北美大陆区向东至东北大西洋区气旋爆发时长的平均值分别为0.45、0.72、0.69和0.51 d, 表明在北大西洋海盆上平均爆发时长自西南向东北逐渐变短。
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| 图 7 不同区域上爆发性气旋个数与气旋爆发时长的分布 Figure 7 The number of explosive cyclones with their duration time explosive-deepening over various regions |
整个北大西洋区爆发性气旋的移动路径呈西北—东南向, 但不同区域不同强度爆发性气旋的路径分布存在一定差异。西北大西洋和北大西洋中央区的爆发性气旋主要位于海表温度梯度较大的地方。
弱爆发性气旋(图 8)数量最多, 路径分布较为散乱。在北大西洋海盆上, 自西南向东北爆发时气旋路径分布呈喇叭状。北美大陆区的爆发性气旋, 基本位于北美大陆上, 在五大湖或哈德逊湾附近得到爆发性发展。西北大西洋区的爆发性气旋大部分生成于北美大陆及其沿岸, 东移入海后加强, 爆发时气旋主要位于东海岸近海且路径分布呈明显的喇叭状。北大西洋中央区的爆发性气旋, 路径分布比西北大西洋区的爆发性气旋分散, 生成区大部分位于北美大陆, 小部分来自西北大西洋, 向东北方向移动后主要在纽芬兰岛以东的大洋上快速加强, 部分气旋在进入到北大西洋中央区就达到爆发性气旋的标准。东北大西洋区的爆发性气旋, 路径与爆发性发展的分布位置比北大西洋海盆其他2个区域更为松散, 整体上气旋路径移动方向仍为西南—东北向, 最北到达挪威海, 但位于雷克雅内斯海岭的部分气旋爆发后向北或西北方向移动。此外, 这一区域也有部分气旋移动路径横跨整个北大西洋区域, 气旋生成地位于北美大陆或墨西哥湾。
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| 图 8 弱爆发性气旋移动路径分布 (BET、EXT和AET分别为气旋爆发前、时和后的路径, 黑色、红色、蓝色和紫色分别为北美大陆区、西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区爆发性气旋的移动路径) Figure 8 Tracks of weak explosive cyclones (BET, EXT and AET represent the track before, during and after explosive development of cyclones, respectively.Black, red, blue and purple represent tracks of explosive cyclones over North America Continent, over Northwest Atlantic, over North-Central Atlantic and over Northeast Atlantic, respectively) |
中爆发性气旋(图 9)个数约为弱爆发性气旋的1/3, 路径分布相对松散, 爆发时自西南向东北路径分布呈带状。不同区域气旋移动路径分布与对应区域弱爆发性气旋类似, 不同之处在于:西北大西洋区爆发性气旋移动路径更偏南, 爆发性发展区位置更偏西南且呈带状分布; 北大西洋中央区气旋的发展区除了纽芬兰岛以东, 还有一部分气旋爆发后向偏北方向的拉布拉多海移动; 东北大西洋区气旋的爆发性发展区主要集中在冰岛以南、大不列颠岛以西的大洋上。
强爆发性气旋(图 10)爆发时气旋的移动路径与弱爆发性气旋类似, 在北大西洋海盆上自西南向东北呈喇叭状分布且路径分布相比于中爆发性气旋更为集中。西北大西洋区的气旋爆发时沿东海岸近海向东北方向移动。北大西洋中央区气旋爆发时移动路径也为明显的喇叭状分布, 部分气旋爆发位置位于东海岸近海, 主要的爆发区位于纽芬兰岛以东和东南部的大洋上。东北大西洋区的气旋由于个数减少, 路径分布相对分散, 但爆发性发展区基本还是位于冰岛以南、大不列颠岛以西的洋面上, 这一区域强爆发性气旋生成地最远位于西北大西洋区的海岸线附近。
超强爆发性气旋(图 11)虽然个数大幅度减少, 但移动路径的分布却相对集中, 爆发时再次呈带状分布。西北大西洋区气旋爆发时的路径分布仍为喇叭状且基本位于该区域内部。仅有一个气旋爆发后移动到东北大西洋区并在这一区域有一个时刻仍然得到爆发性加强。北大西洋中央区气旋爆发时路径呈明显的带状分布且比其他强度的气旋路径分布集中。东北大西洋区只有2例超强爆发性气旋且生成地均位于西北大西洋区, 在北大西洋中央区爆发性加强, 在东北大西洋区海表面中心气压加深率达到最大。
从不同区域气旋移动路径来看, 西北大西洋区气旋生成地位于北美大陆、墨西哥湾以及东海岸近海, 爆发区主要位于东海岸近海, 沿海岸线移动, 对应这一区域海表温度梯度绝对值最大, 斜压性强, 有利于气旋的爆发性发展。北大西洋中央区气旋主要生成于北美大陆和东海岸近海, 少部分生成于墨西哥湾和北大西洋中部。气旋向东北或偏东方向移动, 主要爆发区位于纽芬兰岛东南及东部的大洋上, 同样对应海表温度梯度较大。同时, 该区域有小部分气旋爆发区位于拉布拉多海, 也是海表温度梯度绝对值相对较大的区域。东北大西洋区气旋生成地最远位于北美大陆或墨西哥湾, 大部分位于西北大西洋区和北大西洋中央区。气旋最北可以到达挪威海, 但是随气旋强度增大, 移动路径可以到达最北端位置逐渐偏南。气旋爆发区主要位于冰岛以南, 大不列颠岛以西的大洋上。这一区域海表温度梯度绝对值小, 斜压性弱, 根据Wang等(2001)的研究, 该区域爆发性气旋主要受高层大气强迫的影响。
5 总结利用NCEP提供的FNL资料, 对2000—2015年共16个冷季北大西洋爆发性气旋进行了统计分析, 划分为4个区域(北美大陆区、西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区)和4个强度等级(弱、中、强和超强爆发性气旋), 并发现:
(1) 整个北大西洋区爆发性气旋个数随海表面中心气压最大加深率增大而减少, 气旋强度等级越强, 气旋个数越少, 自西向东气旋海表面中心气压最小值的平均值不断降低。在北大西洋海盆上, 自西南向东北爆发性气旋主要发生时间提前, 气旋海表面中心气压最大加深率的平均值随时间先增大后减小, 气旋的平均爆发时长逐渐变短。整体上, 气旋的移动路径呈西南—东北向分布。在北大西洋海盆上弱爆发性气旋和强爆发性气旋爆发时移动路径呈喇叭状, 中爆发性气旋和超强爆发性气旋爆发时移动路径呈带状。弱爆发性气旋和中爆发性气旋路径分布相对分散, 强爆发性气旋和超强爆发性气旋路径分布相对集中。
(2) 北美大陆区爆发性气旋个数最少, 气旋强度最弱仅有弱爆发性气旋, 气旋爆发时长最短。该区域爆发性气旋多发生于10和11月。这一区域气旋的生成地位于北美大陆, 在五大湖或哈德逊湾附近爆发性加强。
(3) 西北大西洋区爆发性气旋个数最多, 平均海表面中心气压最大加深率最大, 多发生于1—2月, 爆发时长最长, 但是海平面中心气压最小值的平均值弱于北大西洋海盆上的其他2个区域。气旋生成地主要位于北美大陆、墨西哥湾和东海岸近海, 爆发时移动路径沿东海岸近海成西南—东北向分布, 下垫面的海表温度梯度较大。
(4) 北大西洋中央区爆发性气旋同西北大西洋区气旋相比, 个数略少, 平均海表面中心气压最大加深率略小, 主要发生时间提前, 集中于12月—次年3月, 爆发时长略短。气旋生成地主要位于北美大陆和东海岸近海, 爆发时移动路径集中在纽芬兰岛东南及东部海表温度梯度较大的洋面上。
(5) 与西北大西洋区和北大西洋中央区气旋比较, 东北大西洋区爆发性气旋个数少、海表面中心气压最大加深率小, 爆发时长短, 但气旋强度最强, 主要发生在12月。气旋生成地主要位于西北大西洋区和北大西洋中央区, 爆发时移动路径集中在冰岛以南, 大不列颠岛以西的大洋上, 主要受高层大气强迫的影响。
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