西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

第25卷 第6期 热 带 气 象 学 报 V ol.25，No.6 2009年12月 JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Dec.，2009

文章编号：1004-4965(2009)06-0660-07

西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

吴胜安

1, 2

， 孔海江1， 吴慧2

(1. 中国科学院研究生院/大气物理研究所，北京 100029；

2. 海南省气象科学研究所/南海防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203)

摘 要: 比较分析中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心(JTWC)和日本RSMC Tokyo 台风中心

(JMA)台风资料频次的年际、年代际变化和周期变化特征，结果表明，不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS 强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异，热带气旋生成数的差异较为明显，台风生成数的差异相对要小，CMA 资料中热带气旋、台风生成数相对偏多；CMA 与JTWC 间热带气旋生成数年际间变化差异显著而难以忽略，其差异主要来自TD 生成数的明显不同；三个中心关于台风生成数的一致性比较好，其中JMA 台风资料与另外两个中心资料间的一致更好；CMA 与JTWC 西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异，但年代际间变化有明显差异，主要表现为1990年代的反位相；台风生成数资料可能在1960年代后期存在非均一性。

关 键 词：气候学；统计特征；差异比较；热带气旋生成数； 非均一性

中图分类号：P444 文献标识码：A Doi ：10.3969/j.issn.1004-4965.2009.06.003

收稿日期: 2008-05-12; 修订日期：2008-07-18 基金项目：海南省气象科技创新基金资助

通讯作者: 吴胜安，男，湖南省人，在读博士研究生，主要从事热带气象与气候变化研究。E-mail: wsa01@2eeeec1dfc4ffe473368ab82

1 引 言

中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心

(JTWC)和日本RSMC Tokyo 台风中心(JMA)公布的台风资料在强度、频次和路径上均有差异。Yu 等

[1]

对比了西北太平洋三个预报中心给出的台风强度资料，发现尽管在总体变化趋势上三个中心是基本一致的，但是具体到某一确定时刻或时段，三者或多或少存在分歧，甚至存在变化趋势完全相反的情况。余晖等[2]则利用1988—2003年三个中心16年的数据，对不同来源热带气旋的强度进行了较为细致的分析比较，发现三个中心台风资料强度的差异可通过显著性统计检验。同时还指出，三个中心资料各级频数的差异无显著性检验，但没有对这种差异做更深入的分析。虽然，对气候资料的均一性分析在国内外有众多的研究，也有不少用于非均一性检验的方法[3-4]，但由于缺少参考序列，台风资料的一致性研究遇到了巨大的困难。正如余晖等[2]所指出的，尽管台风强度资

料的差异早已受到国际台风界的关注，2001年还专门召开了国际研讨会，探讨研制统一的西北太平洋热带气旋最佳路径(包括强度)资料集的可能性，但至今

依然不见有系统的分析工作。

然而，资料的客观性直接影响到研究结论的可信度，例如西北太平洋热带气旋活动与海温的关系研究就是如此。有关西北太平洋海温与热带气旋活动关系的研究很多，差别也相当明显。杨桂山等[5]认为，在西北太平洋海域，海表温度偏高对应热带气旋频数也偏多，全球变暖会导致热带气旋增多。田荣湘等[6-7]则认为全球变暖导致南半球增暖，使南半球入侵西北太平洋的冷空气减弱，因而导致西北太平洋热带气旋生成数减少，同时认为西北太平洋热带气旋生成数有显著的减少趋势。储惠芸等[8]认为SST 与热带气旋生成数的关系并不明显，西北太平洋热带气旋活动(累积台风能量，ACE)与上层海洋热力状况(HST)关系密切。陈光华等[9]也认为暖池次表层与生成的台风个数有显著相关，当暖池于热(冷)状态时，台风偏少(多)。但吴迪生等[10]分析了西太平洋暖池和南海次表层

6期吴胜安等：西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较 661

(100～200 m)水温变化对TC的影响，发现当赤道西太平洋暖池次表层水温夏半年持续出现正(负)距平时，西北太平洋生成的TC个数比常年偏多(少)是主要现象。显然，上述的研究结论存在差异甚至矛盾的地方。这些差异一方面来自研究所取时段和区域的不同，另外一个重要的方面即来自于所选台风资料的差异。

因此无视数据资料不确定性的科研态度是不严谨的，其研究结论的可信度也将大打折扣。尽管我们不能轻易判定资料集的权威性，但当对这些台风资料之间的差异及各台风资料自身在历史上的一致性做较为深入的比较和分析后，在了解资料集差异的同时，对台风资料的客观性也会有一定的认识，这有助于我们在作相关研究时台风资料的选取以及谨慎评估相关的研究结论。

本文所用的台风资料，中国台风资料来自由中国气象局(CMA)整编的《中国气象局台风年鉴》，日本台风资料来自RSMC-Tokyo台风中心(JMA，jma.go.jp/jma/jma-eng/jma-center/rsmc-hp-pu b-eg/besttrack)；美国台风资料来自美国台风联合警报中心(JTWC，2eeeec1dfc4ffe473368ab82/jtwc/ best_tracks/wpindex. html)。除对中国的和JTWC所有热带气旋观测进行比较外，还对二者热带风暴以上级别与日本台风资料进行了比较。三个中心的台风资料中均对热带气旋的等级有明确的标定，本文依照资料中的标定而分离出热带风暴以上级别样本。

利用台风生成数所做的研究大多以台风生成数的年际、年代际变化为基础[11-14]，因而本文的重点在于分析不同台风资料集中台风生成数的年际、年代际变化间的差异。所用的方法有相关分析、滤波、小波分析和气候稳定性t检验[15]。

2 热带气旋生成数气候值间的差异

首先，对西北太平洋热带气旋生成数的气候值进行了比较。由于日本台风资料不含热带低压的部分，因此这里只对JTWC与CMA台风资料进行比较。虽然网站上JTWC台风资料可下载的最早年份是1945年，但只有1961年以后的资料才有热带低压部分。中国年鉴台风资料起始于1949年，包含有热带低压在内的所有热带气旋。表1对1961—2006年CMA 与JTWC台风资料中西北太平洋热带气旋各季度和年生成数进行了比较。从表中可以看出，除最小值相同外，各资料集中热带气旋生成数的均值(或总频次)和最大值在各季及年上都不同，CMA比JTWC的个数要多，偏多10%左右。CMA年均热带气旋生成个数比JTWC多3个(34对31)，其中7—9月多两个(19对17)，第四季度差异相对较小，而台风活动最活跃的第三季度，差异最大。

另外，我们还比较了西北太平洋台风(为区分上述的热带气旋TC，本文把热带风暴以上级别的热带气旋称之为台风TS)生成数的差异。1951年以后，三个中心对台风资料都有较好的记录。表2比较了1951—2006年CMA、JTWC与JMA西北太平洋各季台风生成数的最小值、最大值和平均值。由表可见，第一季度台风个数平均为 1.1个，第二季度 3.4

表1 1961—2006年CMA与JTWC西北太平洋各季热带气旋频次比较(单位：个或%)

均值最小值最大值总频次时段

CMA JTWC CMA JTWC CMA JTWC CMA JTWC DIF/% 1—3月11.1

4—6月 4.8 4.3 0 0 13 10 220 197 11.6

7—9月18.7 16.7 10 10 34 26 859 769 11.7 10—12月8.9 8.6 4 4 16 15 407 397 2.5 年33.8 31 21 21 53 44 1 556 1 426 9.1

表2 1951—2006年CMA、JTWC与JMA西北太平洋各季台风生成数比较(单位：个)

最小值最大值均值时段

CMA JTWC JMA CMA JTWC JMA CMA JTWC JMA 1—3月 1.1 1.1 4—6月0 0 0 9 9 9 3.6 3.4 3.5 7—9月 7 5 8 26 22 25 15.0 14.5 14.5 10—12月 4 4 3 14 13 13 7.7 7.5 7.5 年14 17 16 40 39 39 27.4 26.6 26.6

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～3.6个，第三季度14.5～15.0个，第四季度7.5～7.7个，年均26.6～27.4个。与表1比较，CMA与JTWC 间台风生成数的差异比热带气旋生成数的差异明显要小，而JMA的台风生成数与另外两个中心的差异更小，尤其是JMA与JTWC间均值的差异。表中还可看出，CMA的台风频次在各个季度较另两个中心偏多。

以上通过对不同中心台风资料各季度及年西北太平洋热带气旋和台风生成数在最大值、最小值和平均值(或总频次)的比较，发现不同资料中心的热带气旋、台风生成数的气候值存在一定的差异，热带气旋生成数的差异较为明显，台风生成数的差异相对要小，尤其表现在JMA与JTWC资料之间。CMA资料中热带气旋、台风生成数相对偏多。

3 热带气旋生成数的年际、年代际和周期变化差异

3.1 年际变化差异

图1显示的是1961—2006年CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数及两者差的逐年变化曲线。由图可见，CMA与JTWC各年热带气旋生成数有明显的差异，差异最大值达20，接近其年际变化的振幅。1970年代以后这种差异相对变小，差异幅度缩小到10以内。由相关分析的原理可知，相关系数等于两序列协方差除以各自标准差的乘积，协方差的大小可反应两序列同步变化情况，因此，相关系数的大小可以反应两序列的同步变化情况，即两曲线的相似度。CMA与JTWC 1961—2006年逐年热带气旋生成数序列的相关系数只有0.586，而1971—2006年的相关系数更是降低到0.411。这说明二者的年际变化存在明显的不协调。例如：在CMA反映的气旋生成数明显偏多(大于1倍标准差，＞δ)的7个年份中，JTWC只有5个年份明显偏多，1年略偏多(＞0.5δ)，另外一年略偏少(＜-0.5δ)；而在CMA反映的气旋生成数明显偏少(＜-δ)的5个年份中，JTWC只有2年明显偏少，2年略偏少，还有1年略偏多。

图2是1951—2006年CMA、JTWC与JMA西北太平洋台风生成数以及相互之间的差异年际变化。由图可见，与前述热带气旋生成数间的差异相比，CMA与JTWC台风生成数的差异显著缩小。另外，JMA与JTWC台风生成数间的差异最小，在1960年代末后更为明显，在图中表现为细小的波浪起伏。以上说明三个中心关于台风生成数的一致性比关于热带气旋生成数的一致性要强很多，特别是1968年后JTWC与JMA台风生成数之间有高度的一致。

表3是三个中心台风第三、四季和年生成数分别在1951—2006年和1968—2006年互相间的相关系数。由表可见，各种相关系数比上面提及的CMA与JTWC热带气旋生成数间的相关系数有显著的增大，在0.83～0.97之间，进一步说明三个中心关于台风生成数的一致性比热带气旋要好很多。另外，比较而言，CMA与JMA间的相关系数相对较大，而CMA与JTWC间的相关系数相对要小，说明JMA台风资料与另外两个中心资料间的一致更好。

图1 1961—2006年CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数及两者差的逐年变化曲线

6期 吴胜安等：西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

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图2 1951—2006年CMA 、JTWC 与JMA 西北太平洋台风生成数及相互差异的逐年变化曲线

表3 CMA 、JTWC 和JMA 第三、四季和年台风生成数的相关系数

1951—2006年 1968—2006年

相关系数

7—9月 10—12月

年

7—9月 10—12月

年

R (CMA, JTWC) 0.887 0.828 0.839 0.878 0.833 0.870

R (JMA, JTWC) 0.896 0.870 0.885

0.933

0.860 0.925

由前面的比较可知CMA 与JTWC 间热带气旋生成数的差异主要来自热带低压的生成数，为了更清楚说明这一点，我们分析了两中心热带低压生成数的年际变化及其差异。图3表示的是1961—2006年CMA 与JTWC 西北太平洋热带低压生成数及二者之差的逐年变化。由图可见，CMA 的TD 数总体比JTWC 的TD 数要多，但在1990年代后反而偏少，说明二者变化的步调有明显不一致的地方。另外，二者差异的振幅与各自序列的振幅基本相当，说明二者的差异

难以忽略。对1961—2006年CMA 与JTWC 的TD 生成数作相关分析，相关系数只有0.135，充分说明CMA 与JTWC 西北太平洋热带气旋生成数差异来源于TD 生成数的巨大差别。

以上分析表明，CMA 与JTWC 间热带气旋生成数年际变化差异显著而难以忽略，其差异主要来自TD 生成数的明显不同；三个中心关于台风生成数的一致性比较好，其中JMA 台风资料与另外两个中心资料间的一致更好。

图3 1961—2006年CMA 与JTWC 西北太平洋热带低压生成数及二者差的逐年变化曲线

3.2 年代际、周期变化差异

由于三个资料中心台风生成数的年际变化有良好的一致性，它们的年代际变化与周期变化的差异会更小。因此，这里只分析CMA 与JTWC 热带气旋生成数年代际变化的差异。对原始序列进行了滤波处

理，去掉7年以下的高频变化部分。图4是1961—2006年CMA 、JTWC 西北太平洋7—9月与年热带气旋生成数的低频变化曲线。由图可见，无论是台风最活跃的7—9月还是整年，CMA 与JTWC 关于西北太平洋热带气旋生成数的年代际变化均存在着很

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大的差别。1990年代前，尽管两个中心的热带气旋生成数基本为同位相的年代际变化，但JTWC的负位相早于CMA，其持续时间比CMA长。而1990年代，CMA与JTWC则互为反相，CMA为负相，而JTWC则为负相。正因为如此，用CMA资料分析西北太平洋热带气旋的变化趋势，可发现其有显著减少的趋势[9]，但用JTWC资料做同样的趋势分析，发现其变化趋势并不明显。1961—2006年，JTWC资料中西北太平洋热带气旋生成数的倾向率仅-0.8/(10 a)，远少于CMA的-3.1/(10 a)，另外，其趋势系数为-0.188，不能通过显著性检验。而CMA中TC的趋势系数为-0.617，可通过信度99%的显著性检验。7—9月西北太平洋热带气旋生成数年代际变化间的差异与年的基本相似。4—6月和10—12月这种年代际变化间的差异也很明显(图略)，10—12月，CMA与JTWC热带气旋生成数在1970年前是反向变化，1970、1980年代同相变化，而1990年代又是反相变化；4—6月的差异主要在1960年代中期到1970年代后期。

为了比较CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数周期变化的差异，我们分别对其序列作小波分析(图5)。图5显示的是1961—2006年西北太平洋热带气旋的年和7—9月生成数小波分析的实部。由图可见，CMA、JTWC在7—9月和年内热带气旋生成数长约32年的准周期均很明显，且位置与位相无明显差异。另外，约20年的周期[10]和7—9月约15年的周期二者的反映也大致相同。因此可以说二者的周期变化没有明显差异。

从以上的分析可知，虽然看不出CMA与JTWC 西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间的明显差异，但二者之间年代际变化上的差异却是明显的，主要表现为1990年代的反位相。

年份

图4 1961—2006年CMA、JTWC西北太平洋7—9月与年热带气旋生成数异常的低频变化曲线粗实线：CMA，年；粗虚线：JTWC，年；细实线：CMA，7—9月，细虚线：JTWC，7—9月。

a b

图5 1961—2006年CMA(有阴影，细线条)、JTWC(无阴影，粗线条)西北太平洋

年(a)与7—9月(b)热带气旋生成数小波分析实部

6期 吴胜安等：西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较 665

4 台风资料的均一性分析

观测方法的改变常会使序列数据产生非均一，

台风数据也是如此。第一颗气象卫星发射于1960年，但气象卫星一开始只识别大尺度的云区，而云对应的中尺度结构难以识别。后一技术1960年代后期才慢慢完善。因此，理论上1960年代后期台风资料可能存在非均一性。那么，台风资料是否确实存在非均一性？我们用统计的方法能否检测到这种非均一性？

第2节中发现，虽然1951—2006年三个资料中心西北太平洋台风生成数的一致较好，但在1968年前后依然有较大的差别。1968年前差异较大，1968年以后差异明显变小。对CMA 、JTWC 和JMA 台风生成数自身序列、相互间差异序列分别取1951—1967年和1968—2006年子序列做差异t -检验， 所得t 值列举在表4中。

表4 CMA 、JTWC 、JMA 西北太平洋台风生成数

1951—1967年和1968—2006年差异t -检验

t 值 CMATS JTWCTS JMATS

年 7—9月 0.99

-0.22

0.57

t 值 CMATS-JTWCTS CMATS-JMATS JTWCTS-JMATS

年 2.96** 2.01** 1.99*

7—9月

2.72** 1.2 1.79*

注：**表示通过0.05显著性水平检验，*表示通过0.1显著性水平检验。

从表4可以看出，CMA 、JTWS 西北太平洋年或7—9月台风生成数之间的差异在1968年前后存在显著的差异(可通过0.05的显著性水平检验)，CMA 与JMA 西北太平洋年台风生成数之间的差异同样存在显著性差异，而JTWC 与JMA 西北太平洋台风生成数之间差异在1968年前后的差异也很明显，可通过0.1显著性水平的差异t -检验。1968年前后发生的这种差异从一个侧面说明台风资料可能存在非均一性。这与储惠芸等[8]

认为的可靠的台风资料与 1969/1970是一致的，本文之所以用1968年作为分界点是因为该年西北太平洋台风生成数的差异在邻近的5年中最少。由于卫星气象学在1960年代后期日益完善，各个中心对台风的监测均日益接近客观，因而中心之间的差异变得很少，而在此之前，由于各中心均存在一定的误差，因而带来一定的差异。值得说明的是，我们的诊断未能检验出各中心台风生成数序列本身在时间上的显著性差异。

以上分析表明，由于观测方法的进步，西北太平洋台风生成数资料可能在1960年代后期前后存在一定的非均一性，1960年代后期以后的台风生成数客观性相对更好。

5 结 论

通过比较分析不同来源西北太平洋热带气旋生成数的年际、年代际变化和周期变化特征，对三个中心(CMA 、JTWC 和JMA)台风资料的频次差异进行了较详细的比较。

(1) 不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS 强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异，热带气旋生成数的差异较为明显，台风生成数的差异相对要小，CMA 资料中热带气旋、台风生成数相对偏多。

(2) CMA 与JTWC 间热带气旋生成数年际变化

差异显著而难以忽略，其差异主要来自TD 生成数的明显不同；三个中心关于台风生成数的一致性比较好，年际变化的差异小，其中JMA 台风资料与另外两个中心资料间的一致更好。

(3) CMA 与JTWC 西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异，而年代际变化上的有明显差异，主要表现为1990年代的反位相。

(4) 西北太平洋台风生成数资料可能在1960年代后期存在一定的非均一性，1960年代后期后的台风生成数客观性相对更好。

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DIFFERENCES AMONG DIFFERENT DATABASES IN THE NUMBER

OF TROPICAL CYCLONES FORMING OVER THE

WESTERN NORTH PACIFIC

WU Sheng-an1, 2, KONG Hai-jiang1, WU hui2

(1. Institute of Atmospheric Physics of CAS，Beijing 100080, China；

2. South China Sea Meteorological Disasters Mitigation Research Key Laboratory

/Hainan Institute of Meteorological Sciences, Haikou 570203, China)

Abstract: As shown in comparisons of the characteristics of interannual and interdecadal variability and periodical changes in the number of tropical cyclones forming over the western North Pacific by three major forecast centers, i.e. China Meteorological Administration (CMA), Regional Specialized Meteorological Center of Tokyo (JMA) and Joint Typhoon Warning Center (JTWC) of Guam, there are the following important points. (1) Climatology of tropical cyclone (TC) or typhoon (TC on the intensity of TS or stronger) shows some difference in cyclogenesis among the centers, which is more notable with TC than with typhoon. Both of them are more at the database of CMA than at those of the other two centres. (2) The difference is too significant to ignore in the interannual variability of cyclogenesis between CMA and JTWC, which is mainly resulted from the obvious difference in the interannual variability of the number of generated tropical depression (TD) between the two databases. The difference is small in the interannual variability of TS formations among all the three databases, and consistence is good between JMA and CMA or JTWC. (3) Though differences are not significant in the periodical variation of TC formations between CMA and JTWC, they are markedly apart in the interdecadal variability, which is mainly shown by an anti-phase during the 1990s. (4) Inhomogeneity may exist around the late stage of the 1960s in the data of cyclongenesis of typhoons.

Key words: climatology; statistical characters; difference comparison; cyclongenesis; inhomogeneity

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ngwq.html