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10.12677/ams.2024.112010

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Articles

地球与环境

南印度洋热带气旋时空特征统计分析
Spatiotemporal Characteristics’ Statistical Analysis of Tropical Cyclones in Southern Indian Ocean

孙一妹

¹ 钟

剑

¹ 吴玉琴

¹ 任丽娜

² 高雅文

中国卫星海上测控部，江苏江阴

西安卫星测控中心，陕西西安

03 04 2024

11 02 100 110 13 5 ：2024 21 5 ：2024 21 6 ：2024

2024

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

本文采用JTWC33年南印度洋热带气旋最佳路径数据集，统计分析不同强度热带气旋时空变化特征。结果表明：33年中南印度洋共生成TC549个，年均16.64个；其中TS生成最多，年均4.76个；其次依次为TY、SuperTY、STS、STY；TD生成频数最少。热带气旋频数逐年变化在10~22个之间，总体呈持平趋势。多数级别热带气旋几乎每年都会生成，近年来级别较强的热带气旋出现频数和比例均明显上升。南印度洋热带气旋主要集中在11月至次年4月，2月最多，较强热带气旋频数增加较晚。南印度洋热带气旋三个比较集中的源地海域为：澳大利亚西北部海面、科克斯群岛至毛里求斯岛一带海面和莫桑比克海峡中部。
In this paper, spatiotemporal characteristics of tropical cyclone (TC) during the 33 years are statistically analyzed based on JTWC’s tropical cyclone best path data set in Southern Indian Ocean. The results represent that there are totally 549 TCs during the 33 years in Southern Indian Ocean, and averagely 16.64 TCs every year with 4.76 tropical storms as maximum grade (followed by typhoon tropical cyclone, super tropical cyclone, strong tropical storm and strong tropical cyclone) and tropical depression as the minimum grade. The trend of TC yearly frequency variation is generally invariant, and 10~22 TCs occur per year. Most of TC grades occur every year. Stronger TCs’ yearly frequency is increasing significantly in recent years. In the aspect of monthly frequency variation trend, most TCs occur from November to April, especially in February. Monthly frequency of stronger TC increases later in early autumn. There are three TC source regions in this paper: ocean area of northwest Australia, Cocos Islands, and Mauritius Island.

南印度洋热带气旋，统计，年际、月际变化，源地
Southern Indian Ocean Tropical Cyclone
Statistical Analysis Yearly or Monthly Variation Source Region

1. 引言

全球TC (tropical cyclone，热带气旋)气候尺度上的变化，始终是气象学家关注的重点 [1] - [6] 。国际气象界对于南印度洋TC的研究始于上世纪早期 [7] 。Mark R. Jury等 [8] 基于1961~1991年气象部门TC生命期指数记录，统计了西南印度洋影响TC生命期的气候因子。2002年，Shangping Xie等 [9] 发现当厄尔尼诺或苏门答腊冷流发生时，将提升南印度洋热带气旋的活跃程度。Frederic Vitart等 [10] 认为SST升高和La Nina现象这两个条件同时发生，是南印度洋登陆莫桑比克的TC频数异常的主要原因。2010年，Kevinh. Goebbert [11] 基于1970~2008年39年资料，检验了澳大利亚西北部TC的13项指标，认为TC无显著的趋势变化。

由于地理位置遥远，国内气象学者对于南印度洋热带气旋的关注偏少。胡派等 [12] 利用广义平衡反馈方法(GEFA)研究南印度洋热带气旋(TC)生成频数对海表温度异常的响应特征。汪浩等 [13] 应用多种数据分析南印度洋热带气旋快速增强事件的气候特征和年际变率。

热带气旋的气候分析最好能每隔15年重做一次 [14] 。随着经济全球一体化、远洋运输、科研考察等多方面需求不断提升，有必要提高对南印度洋热带气旋的认知和关注。对该海域热带气旋特征开展统计分析，是提高其路径和强度预报的前提和基础。

2. 资料分析及研究内容

本文采用JTWC(Joint Typhoon Warning Center，联合台风警报中心)1983~2015年南印度洋热带气旋最佳路径数据集资料。该数据记录了每6h的TC中心位置(经度、纬度)和强度，由于采用1 min平均的海面10 m风速，其结果比其他数据中10 min平均10 m风速大14%。该数据的SH子集，包括南印度洋和南太平洋两个海域，本文提取起始位置在135˚E以西的TC信息，作为基础数据分析南印度洋TC时空特征。

利用33年JTWC南印度洋热带气旋最佳路径资料，统计和分析热带气旋总数及各级别发生频数的年际变化、总数及各级别发生频数的月际变化、强度变化趋势和源地分布，以探索热带气旋活动的最新规律，为公众提供详尽的南印度洋热带气旋活动气候规律，为区域热带气旋灾害预报及风险评估提供支持。

3. 南印度洋热带气旋概况

世界气象组织的全球职能划分为6个区域，其中南太平洋和东南印度洋属于V区协热带气旋委员会管辖，西南印度洋属于I区协管辖。综合世界气象组织V区协关于热带扰动和低压、热带气旋、强热带气旋、飓风的等级划分标准，在此基础上将飓风分为3个级别，得到南印度洋热带气旋的6个等级划分标准，如表1 所示。为了便于同其他海域热带气旋展开对比，这里采用表1 中的通用术语来指代南印度洋不同级别的热带气旋。统计JTWC最佳路径资料表明，考虑热带低压的出现，33年生南印度洋生成TC共549个，年均16.64个，不同级别热带气旋生成总数及年平均数如表1 所示。

Table 1 <xref></xref>Table 1. TC standard of classification, total frequency (1983~2015), average annual frequency and percentageTable 1. TC standard of classification, total frequency (1983~2015), average annual frequency and percentage 表1. TC级别分类标准、生成总数(1983~2015)、年平均数及百分比

V区协等级术语	通用术语	最大风速标准 (knot)	总数 (个)	年平均数 (个)	占总频数百分比 (%)
热带扰动和低压	热带低压TD	<34	16	0.48	2.91
热带气旋	热带风暴TS	34~47	157	4.76	28.60
强热带气旋	强热带风暴STS	48~63	90	2.73	16.39
飓风	热带气旋TY	64~84	107	3.24	19.49
	强热带气旋STY	85~114	83	2.52	15.12
	超强热带气旋SuperTY	≥115	96	2.91	17.49
热带气旋	热带气旋TC		549	16.64

比较不同级别热带气旋生成频数可知：33年间TS生成频数最多，达157个，年均4.76个，占TC总数的28.60%；其次依次为TY、SuperTY、STS、STY，年均生成个数分别为3.24、2.91、2.73、2.52，分别占TC总数的19.49%、17.49%、16.39%、15.12%；TD生成频数最少，33年间共16个，年均0.48个，仅占TC总数的2.91%。

4. 南印度洋热带气旋频数的时间变化特征 4.1. 热带气旋发生频数的年际变化

根据图1 结合线性回归结果分析，在1983~2015年33年间，南印度洋热带气旋逐年频数发展趋势总体持平。结合FFT五点平滑结果分析，南印度洋热带气旋逐年频数在33年间呈“两谷一峰”形式：1983~1992年期间总体上在年均16.64个上下大幅振荡，均值低于多年平均，热带气旋频数于1983年出现最低值(10个/年)；1992~2007年，总体上高于多年平均，并于1994和1997年出现两次峰值(22个/年)；2007~2015年，总体上低于多年平均，并于2012年出现一次低谷(12个/年)。

Figure 1 Figure 1. Yearly frequency variation of TC in the southern Indian Ocean--图1. 南印度洋热带气旋生成频数年际变化-- 4.2. 不同级别热带气旋发生频数的年际变化

Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone-- Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone-- Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone-- Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone-- Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone-- Figure 2 (a)--(b)--(c)--(d)--(e)--(f)--Figure 2. Yearly frequency variation of TC with Different Intensities in the southern Indian Ocean; (a) Tropical depression; (b) Tropical storm; (c) Strong tropical storm; (d) Tropical cyclone; (e) Strong tropical cyclone; (f) Super strong tropical cyclone--

图2. 不同级别TC生成频数逐年变化；(a) 热带低压；(b) 热带风暴；(c) 强热带风暴；(d) 热带气旋；(e) 强热带气旋；(f) 超强热带气旋

分析1983~2015年间6个不同强度TC频数的逐年变化( 图2 )可知：33年间南印度洋TC中，TD、TS、STS、TY、STY、SuperTY年度出现频数最大值分别为4个(1990年)、10个(1999年)、7个(1985年)、7个(1984、1997年)、7个(1994年)、7个(2000年)；TD、TS、STS、TY、STY、SuperTY这6个强度级别TC年度频数为0的情况分别出现21次、0次、3次(1989、1992、1999年)、2次(1992、2006)、2次(1983、1987年)、3次(1983、1987、2011年)，可见，除了TD其它级别热带气旋几乎每年都会生成，TS没有任何一个缺省年份。

从线性拟合结果可知，TS、STS逐年频数变化与TC总数基本相同，呈持平趋势；TD、TY逐年频数呈下降趋势，其中TY线性拟合下降趋势相对明显；STY、SuperTY逐年频数呈现上升趋势，其中SuperTY逐年频数上升趋势尤为明显，说明近年来级别较强的热带气旋出现频数和比例均明显上升。

从FFT五点平滑结果可知，逐年频数显示了不同级别热带气旋有不同波动趋势：1) TS、STS逐年频数总体呈持平趋势，均在多年平均值附近波动，分别呈现“两谷一峰”和“两峰一谷”形势，波动方向恰恰相反，1990年以前TS、STS分别处于波谷和波峰；1990~2005年期间分别出现明显的波峰和波谷，TS在1999年出现频数最大值(10个)，而1999年为STS级别台风的缺省年份，没有生成STS级别热带气旋；2005年以后，两者分别转为波谷和波峰趋势；2) TD和TY逐年频数呈总体下降趋势，分别呈现“先锋后谷”和“两峰两谷”趋势；3) STY和SuperTY逐年频数与TS类似呈现“两谷一峰”总体上升趋势，但波峰振幅更大，STY波峰出现时期略早(1994年前后)而SuperTY波峰出现时期略晚(1999年前后)。

4.3. 热带气旋总数及各级别发生频数的月际变化

Figure 3 (a)--(b)--Figure 3. Monthly frequency variation of TC in the southern Indian Ocean; (a) TC；(b) TC with different intensities--图3. 南印度洋TC发生频数月际变化；(a) TC总数；(b) 不同级别TC--图3. 南印度洋TC发生频数月际变化；(a) TC总数；(b) 不同级别TC Figure 3 (a)--(b)--Figure 3. Monthly frequency variation of TC in the southern Indian Ocean; (a) TC；(b) TC with different intensities--图3. 南印度洋TC发生频数月际变化；(a) TC总数；(b) 不同级别TC--图3. 南印度洋TC发生频数月际变化；(a) TC总数；(b) 不同级别TC

图3. 南印度洋TC发生频数月际变化；(a) TC总数；(b) 不同级别TC

如图3(a) 所示，1983~2015年南印度洋热带气旋各月TC频数均呈抛物线的趋势分布。南印度洋热带气旋主要集中在南半球的春末至秋初，即11月至次年4月，其中2月是南印度洋全年热带气旋最多的月份(累计生成热带气旋116个，年均3.51个，占全年21.13%)，其次为1月(累计生成热带气旋113个，3.42个，占全年20.58%)、3月(累计生成热带气旋83个，2.51个，占全年15.12%)和12月(累计生成热带气旋80个，2.42个，占全年14.57%)；5~10月份热带气旋很少(占全年10.02%)，其中6~8月热带气旋现象更为少见(占全年2.91%)。然而33年间各个月份都发生过热带气旋现象，该结论与早起研究中“7~9月份没有TC发生” [13] 的结论不同。

不同强度TC的月际变化趋势与TC总数相似，均呈抛物线分布。由于TD数量较少，因此暂不对其月际分布进行分析。1983~2015年间，5~10月各级别TC发生较少，较强级别的热带气旋在此期间频数很低，中高强度的STS、TY、STY、SuperTY在7月、7~8月、6~10月、5~9月没有出现过，而强度较低的TS在7月历史累计数量达7个，在南半球冬季出现频数呈现小幅上升。在11月~次年4月热带气旋旺季期间，各级别热带气旋集中发生的时间有所不同：10~12月是热带气旋频数开始上升的季节，其中STY、SuperTY频数上升晚于TS、STS、TY；1~3月为热带气旋频数达到峰值的季节，其中STY、SuperTY达到峰值的月份为较晚的3月，TS、STS、TY达到峰值的月份为1~2月。可见，高强度的STY、SuperTY级别热带气旋频数增加晚于中低级别热带气旋，而发生最多的3月也相对较晚，多出现在南半球的夏末秋初。

5. 热带气旋强度变化趋势 Figure 4 Figure 4. Yearly extreme strongest wind and yearly average strongest wind of TC--图4. TC年平均和极端最大风速逐年变化--

热带气旋中心最大风速是衡量热带气旋强度基本变量。将年度各热带气旋生命史中出现的中心最大风速年度平均值称为逐年平均最大风速；将热带气旋生命史中出现的中心最大风速年度最大值称为逐年极端最大风速。如图4 ，1983~2015年南印度洋TC逐年平均最大风速的均值为71.43 knots，逐年平均最大风速在55.38 knots (1987年)~91.43 knots (2007年)之间，呈明显增大趋势；33年间TC逐年极端最大风速在75 knots (1987年)~150 knots (1996年)之间，逐年呈明显增大趋势，增幅与逐年平均最大风速基本相同。说明近年来热带气旋的最大风速普遍不断增强，同时极端热带气旋发生频数同步增加。

6. 南印度洋热带气旋源地分布特征

将20˚E~150˚E、0~30˚S南印度洋海域范围，用2.5˚ * 2.5˚经纬度网格来划分，计算33年间每个经纬度网格点内TC的生成频数。如图5 所示，南印度洋热带气旋源地最东可以到达140˚E，最西可至35˚E，北起2˚S，南至26˚S；其源地的纬度范围很窄，热带气旋几乎都起源于5~20˚S之间的洋面；热带气旋活动最频繁的地区为澳大利亚西北部海面，10~15˚S，115~120˚E海面最集中，频数高达10以上，其次是科克斯群岛至毛里求斯岛一带海面，莫桑比克海峡中部热带气旋活动也较频繁，热带气旋生成频数以上述区域为中心向各个方向呈辐射状减少；35˚S以南和5˚S以北的东南印度洋热带气旋活动很少。

Figure 5 Figure 5. TC frequency in 2.5˚ * 2.5˚ area of Southern Indian Ocean during 1983~2015--图5. 1983~2015年南印度洋上每2.5˚ * 2.5˚经纬度面积上TC发生频数-- 7. 结论

本文采用JTWC 1983~2015年南印度洋热带气旋最佳路径数据集，统计分析33年间TC生成频数、强度变化趋势和源地分布。

南印度洋生成总频数方面，33年中南印度洋共生成TC549个，年均16.64个；TS级别TC生成最多，年均4.76个，其次依次为TY、SuperTY、STS、STY，TD生成频数最少。年际变化方面，热带气旋频数逐年变化在10~22个之间，总体呈持平趋势；近年来级别较强的热带气旋出现频数和比例均明显上升。月际变化方面，33年间各个月份南印度洋都发生过热带气旋现象，热带气旋主要集中在11月至次年4月，其中2月最多，较强热带气旋频数增加较晚，多集中发生在南半球的夏末秋初。

此外，近年来热带气旋的最大风速和极端热带气旋发生频数同步增加。南印度洋热带气旋源地最东可达140˚E，最西可至35˚E，北起2˚S，南至26˚S，三个比较集中的源地海域为：澳大利亚西北部海面、科克斯群岛至毛里求斯岛一带海面和莫桑比克海峡中部。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。

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