引言

阿拉伯海是位于印度洋西北部的边缘海，与东侧的孟加拉湾一起占据了北印度洋绝大部分面积。阿拉伯海是亚洲东部及南部地区与欧洲、非洲之间航运的重要途径地，是世界石油运输的心脏地带，也是海上丝绸之路的关键节点^[1]。热带气旋(tropical cyclone，TC)灾害会对该地的海上运输造成很大威胁，也会对周边地区的生产活动造成严重损害^[2]。目前绝大多数对阿拉伯海TC的研究都包含于对北印度洋TC的研究之内。李培等^[3]统计了北印度洋气象船舶资料，发现北印度洋TC生成源地集中在5°~20°N海域，且生成月份集中在5、10、11月，具有双峰型特征。SINGH et al.^[4]在统计1877—1998年TC资料中发现北印度洋强度≥48 kn的TC活动逐渐变得频繁。梁梅等^[5]在对1990—2018年资料的统计中也发现北印度洋TC频数呈现增加趋势。吴风电和罗坚^[6]在对1977—2008年TC资料的统计中应用小波分析，发现北印度洋TC频数变化表现出2~4 a和4~8 a的周期，并且解释了热带辐合带、热带大气季节内振荡对北印度洋TC活动的影响。韩晓伟等^[7]认为北印度洋TC频数季节变化与海面温度(sea surface temperature，SST)、南亚夏季风有关。张霏等^[8]认为垂直风切变和相对涡度的季节变化是造成TC频数季节变化呈现双峰型特征的关键因素，且低垂直风切变、正的相对涡度、较高海面温度、较大相对湿度利于TC生成。在上述研究中对阿拉伯海TC的研究内容主要有：SINGH et al.^[4]发现5—6月和11月阿拉伯海TC的频数变化具有13 a和10 a的周期，梁梅等^[5]、吴风电和罗坚^[6]认为强TC主要发源于阿拉伯海中部和东部海域。韩晓伟等^[7]发现阿拉伯海TC多西向移动，主要生成区域为5°~20°N，65°~75°E。张霏等^[8]发现阿拉伯海TC总数占北印度洋的29.6%，路径多为西行，且频数呈显著增加趋势。此外，还有学者对阿拉伯海TC个例进行分析。焦艳等^[9]利用卫星资料等数据对2010年阿拉伯海特强气旋风暴“PHET”进行了个例分析，指出特强气旋风暴“PHET”对流旺盛，“暖心”结构显著。NAIR et al.^[10]对2017年阿拉伯海特强气旋风暴“Ockhi”的降水及卷入的气溶胶进行了分析。

近年，阿拉伯海多次出现破坏性强的气旋灾害。如2020年11月，特强气旋风暴“Gati”最大风速达到了我国超强台风级强度^[11]，并以近巅峰强度登陆索马里，成为1982年以来登陆索马里最强的TC。2021年5月，特强气旋风暴“Tauktae”在印度西北部登陆，不仅在当地造成伤亡，还在西藏南部造成强降水。与孟加拉湾相比，阿拉伯海TC的生成与活动有许多不同的特征，如阿拉伯海TC生成数量更少^{[5, 7-8]}，路径更倾向西行和西北行^[5]，TC频数双峰型结构中双峰的强度和强弱配置不同^[8]。因此，有必要对阿拉伯海TC的活动特征和支撑阿拉伯海TC活动的环境因素进行单独研究。本文将从SST、850 hPa相对湿度、850~200 hPa垂直风切变、850 hPa相对涡度等环境条件入手，详细探讨阿拉伯海TC活动特征的影响因子。BELL et al.^[12]在2000年构造了气旋累积能量(accumulated cyclone energy，ACE)指数概念，王功录等^[13]和索朗仓决等^[14]分别使用该指数对西北太平洋和孟加拉湾TC进行分析，但目前对阿拉伯海TC的ACE时空特征关注较少。故本文也将统计阿拉伯海TC中ACE的季节变化和年际变化。

1 研究区域、资料与方法

本文的研究区域为0°~30°N，45°~80°E内的海域和沿海的陆地区域，包含阿拉伯海及其邻近地区。研究使用了印度气象局(India Meteorological Department，IMD)公布的1982—2020年Best Track资料集、国际气候管理最佳路径档案库(International Best Track Archive for Climate Stewardship，IBTrACS)包含的美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)的JTWC Best Track资料集^[15]。张霏等^[8]比较了IMD与JTWC的资料，得出JTWC资料记录时间较长，但记录的低压(D)与深低压(DD)数量显著少于IMD资料；IMD资料中TC路径多为折线，与通常光滑的TC路径不符，但详细记录了低压及深低压信息的结论。因此，在对TC路径、源地、移动方向的研究中采用JTWC资料，以规避IMD资料在TC定位上的缺陷；在对TC数量、强度的研究中采用IMD资料，使对热带低压信息的统计更为完整。使用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)包含的NCEP GODAS^[16]、NCEP/NCAR Reanalysis^[17]、NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset、NCEP Daily Global Analyses数据集(以上资料由美国国家海洋和大气管理局/海洋和大气研究办公室/地球系统研究实验室的物理科学实验室，网站https://psl.noaa.gov/data/gridded/提供)对各环境因子进行研究。对于TC频数、强TC频数、ACE的研究，采用绘制时间序列图的方法，并用拟合等统计方法分析。对于登陆地及发源地空间分布的研究，采用绘制二维空间格点图的方式，并通过合成的方法与月平均SST场、850 hPa相对湿度场、850~200 hPa垂直风切变场、850 hPa相对涡度场(仅计算其垂直分量)进行对比分析，以期较为全面地展示阿拉伯海TC的活动特征。850~200 hPa垂直风切变的计算公式为

$ V=\sqrt{\left(u_{200}-u_{850}\right)^{2}+\left(v_{200}-v_{850}\right)^{2}} $

(1)

其中u₈₅₀、u₂₀₀、v₈₅₀、v₂₀₀分别是各格点在850 hPa或200 hPa高度的经向或纬向风速^[18]。

2 阿拉伯海热带气旋的空间分布特征 2.1 路径特征

图 1a为由1982—2020年JTWC Best Track资料绘制的阿拉伯海TC总路径图。从图中可以看出，阿拉伯海TC呈东多西少、北多南少的整体布局。阿拉伯海东北部海域TC路径最密集，TC强度也最大；西南部、西北部海域TC路径分布较稀疏，但也出现过强TC；东南部海域TC少、强度低。阿拉伯海附属的边缘海及海湾中，亚丁湾有TC分布，波斯湾和红海无TC生成或进入的记录。阿拉伯海TC的移动路径以西北行为主，各区域TC西北行概率如图 1b(数据来自JTWC Best Track资料集，每个区块定义为5°×5°格距)。西南部海域的TC多向西行登陆阿拉伯半岛或东非，东北部海域的TC也偶有东北行登陆南亚次大陆的个例。阿拉伯海TC登陆频繁的海岸线有：印度河入海口至肯帕德湾沿岸，阿拉伯半岛东南侧沿岸，索马里东北侧沿岸、索科特拉岛沿岸。

2.2 源地分布

图 1c为由1982—2020年JTWC Best Track资料绘制的阿拉伯海TC源地分布图，图中数字代表发源在该区域的TC数量，每个区块定义为5°×5°格距。从图中可以看出，阿拉伯海东北侧(10°~20°N，65°~75°E)海域是阿拉伯海TC的主要发源地。利用相同资料统计TC在各区块中的停留时间，发现阿拉伯海TC活跃范围也位于阿拉伯海东北侧(10°~25°N，65°~75°E)(图 1d)，故阿拉伯海TC的主要发源地也是阿拉伯海TC影响最频繁的区域。相较于东北侧，阿拉伯海西北侧海域生成TC较少，与同纬度地区差异甚大。亦有TC从孟加拉湾移动至阿拉伯海，此处不作统计。

由以上统计得出，10°~25°N，65°~75°E(图 1c、d红框区域)区域为阿拉伯海TC最活跃区域。在本文以下的分析中，将重点关注此区域。

3 阿拉伯海热带气旋的时间分布特征 3.1 季节分布特征

由1982—2020年IMD Best Track资料统计阿拉伯海TC频数的季节分布(图 2a)可以看出，阿拉伯海TC频数呈现“双峰”特征，即TC频数在一年中有6、11月两个峰值。TC最多发的时间段为11月，在39 a中共产生了30个TC。其次是6月和10月，各产生了29个TC。1—4月阿拉伯海生成TC的数量较少。值得注意的是，与西北太平洋不同，7—8月是阿拉伯海TC的非活跃期，生成TC较少。

气旋累积能量指数(I_ACE)，定义为近中心最大风速≥35 kn的TC，当其风速≥35 kn时，每6 h(即一个发报时次)对近中心最大风速作平方运算，再进行求和^[13]，即

$ I_{\mathrm{ACE}}=\sum\limits_{j=1}^{m} \sum\limits_{i=1}^{n} U_{i}^{2} $

(2)

式中j=1，…，m为TC个数，i=1，…，n为一个TC近中心最大风速≥35 kn的发报数，U_i为近中心最大风速。绘制I_ACE季节变化图(图 2b)，发现虽然阿拉伯海在每个月都有可能有TC生成，但强TC只存在于5、6、10、11月。9、12月虽然TC频数较高，但大多数被记录的TC都是低压或深低压。1—4月、7—8月则无强度≥35 kn的TC生成。

由以上统计，根据TC的活跃情况，将一年分为4个时期来研究阿拉伯海TC的各类特征(表 1)，即冬季期(1—4月)、季风前期(5—6月)、季风期(7—8月)、季风后期(9—12月)。其中冬季期、季风期阿拉伯海出现TC数量少，平均每月出现TC数量只有0.08、0.21个。而在季风前期和季风后期，阿拉伯海TC数量偏多，平均每月阿拉伯海出现TC数量为0.55、0.59个，且强度≥35 kn的TC只在这两个时期出现。

3.2 年际变化特征

由1982—2020年IMD Best Track资料统计阿拉伯海TC频数的逐年变化(图 3a)可以发现，39 a内阿拉伯海TC频数的变化大，且近年有增多趋势。峰值年为2019年，共生成8个TC。年平均生成数为2.23个。2004、2015、2019、2020年阿拉伯海TC生成数量均达到5个及以上，属于数量偏多年份。其中2004、2015、2020年有2个TC在季风前期生成，3个TC在季风后期生成；2019年有1个TC在季风前期生成，7个TC在季风后期生成。1987、1991、2000、2017年，阿拉伯海无TC生成。

将TC频数和强度数据换算为ACE指数(图 3b)，可以发现阿拉伯海TC的ACE数值年际变化更明显。有很多年份全年没有ACE值，也有如2015、2019年这样的ACE高值年。此外，阿拉伯海TC的ACE近年来上升趋势明显，造成这种变化的原因还需进一步研究。

4 成因简析 4.1 影响TC空间分布、季节分布特征的因素

与阿拉伯海TC频数的双峰型特征类似，阿拉伯海SST场、湿度场、垂直风切变场、相对涡度场在一年中都呈现双峰型季节循环特征。冬季期(图 4—7中a、b)，阿拉伯海西北侧SST低，不适宜TC的生成与发展；而阿拉伯海东侧有暖表面流，并且阿拉伯海东侧沿岸地区海水深度浅，故该地产生SST暖舌，使该地海水热力条件能支持TC生成和发展。3、4月，阿拉伯海西南侧的SST暖舌温度也增加到26 ℃以上，达到TC生成、发展所需条件^[19]。冬季期平均500 hPa高度场显示，阿拉伯海北侧为西风急流区，副热带高压位于阿拉伯半岛南侧和东非。北侧的西风急流会造成极大的垂直风切变，其平均强度大于20 m·s^-1，不利于TC生成、发展^[20]。在850 hPa高度层，阿拉伯海大部分区域有负相对涡度，且风向上游为北非、阿拉伯半岛等干旱半干旱气候区，相对湿度低，亦不适合TC发展。仅在阿拉伯海东南侧大气较为湿润，且垂直风切变小，SST合适。因此，冬季期阿拉伯海TC活动少，仅有的适宜TC活动的区域为东南侧低纬度地区。

在季风前期(图 4—7中c)，阿拉伯海SST达到一年中的极大期。此时除了东非近海有极少区域由于离岸流有冷舌外，所有区域SST都适合TC生成和发展。在850 hPa高度层，有大面积正相对涡度区，为TC生成提供了有利的动力条件^[21]；湿度条件上，阿拉伯海西北侧大气干燥，不适宜TC活动，其他区域平均相对湿度均大于50%。由于5、6月阿拉伯海季风已经局部爆发，阿拉伯海南侧受季风控制，有大片中高垂直风切变区域，TC活动受抑制。其中索马里以东地区为低空急流轴所控制地区，是垂直风切变高值中心。因此，在季风前期只有阿拉伯海东北侧海域适合TC活动。

在季风期(图 4—7中d)，阿拉伯海850 hPa高度西风分量普遍大于5 m·s^-1，此时西侧由于强离岸流影响，SST降低，不再适合TC生成和发展。阿拉伯海东侧海域也同时出现冷舌。全海域水汽条件由于季风爆发全面转好。由于季风带来低层的西南急流，阿拉伯海南侧出现大片负相对涡度区，全阿拉伯海海域出现大片强垂直风切变区。垂直风切变的大小会影响TC的能量累积机制，能在TC生成、发展过程中起到决定性的作用，故在季风期阿拉伯海少TC生成，无强TC活动。

在季风后期(图 4—7中e、f)，阿拉伯海SST条件恢复，东侧的暖舌也重新出现。850 hPa水汽条件略变差，但仍优于冬季期和季风前期；相对涡度条件转好。垂直风切变降低，9—10月的北侧海域和11—12月的南侧海域都为垂直风切变低值区。因此，此时期阿拉伯海大部分海区都适合TC生成和发展。TC数据的统计结果也显示此时期为一年中阿拉伯海TC最活跃的时期。

将阿拉伯海及邻近区域(0°~30°N，45°~80°E)的四个要素进行定量分析(图 8a、b)，阿拉伯海850 hPa相对湿度和垂直风切变在冬季期、季风期达到峰值，季风前期和季风后期较小。SST和850 hPa相对涡度则相反，在季风前期和季风后期达到峰值，冬季期、季风期较小。本文在对SST、垂直风切变、相对涡度的分析上与张霏等^[8]类似，但张霏等^[8]使用600 hPa层相对湿度数据并未分析出阿拉伯海低层相对湿度季节变化具有“双峰”型结构，文中使用850 hPa数据可见“双峰”型结构。综合以上结论，得出影响阿拉伯海TC季节分布的主要因素是垂直风切变。冬季的垂直风切变主要由温带西风急流造成，夏季的垂直风切变主要由南亚夏季风造成。另外，SST、850 hPa相对湿度及相对涡度也会影响阿拉伯海TC季节分布和空间分布。

4.2 影响TC频数年际变化的因素

统计1982—2020年TC频数与TC活跃区域(10°~25°N，65°~75°E)、活跃时间(季风前期、季风后期)的各环境因素情况，计算得到TC频数与SST之间的相关系数为0.364，与850~200 hPa垂直风切变之间的相关系数为-0.112，与850 hPa相对湿度之间的相关系数为0.354，与850 hPa相对涡度之间的相关系数为0.144。经检验，TC频数与SST和与850 hPa相对湿度之间的相关系数通过显著性水平α=0.05的显著性检验，与850~200 hPa垂直风切变、850 hPa相对涡度之间的相关系数未通过检验。即TC频数的年际变化与SST、相对湿度有正相关关系，三者年际变化如图 8c。TC频数的年际变化与850~200 hPa垂直风切变、850 hPa相对涡度之间的相关性不显著。从图 8c中也能看出，阿拉伯海SST有缓慢上升趋势。SST和相对湿度升高可以给TC生成和发展提供更多潜热能，这可能是阿拉伯海年TC频数出现上升趋势的原因之一。

4.3 TC频数异常年环境因素分析

由资料统计结果可知，阿拉伯海TC频数年差异大。其中2004、2015、2019、2020年TC频数异常偏多，1987、1991、2000、2017年无TC生成。现将8个TC频数异常年分为低频数年(1987、1991、2000、2017年)和高频数年(2004、2015、2019、2020年)两组，对其SST、850 hPa相对湿度、850~200 hPa垂直风切变、850 hPa相对涡度要素作合成分析，所得结果如图 9—12所示。由于季风前期和季风后期两个时期内产生TC的频数占全年的82%，产生风速≥35 kn的TC频数占全年的100%，且所选4个TC高频数年所有TC都产生于这两个时期，故此处只对这两个时期的环境要素进行分析。

图 9为SST月平均场，其中对于红框中的TC活跃区域，低频数年季风前期SST月平均比高频数年低0.356 ℃，低频数年季风后期SST月平均比高频数年低0.267 ℃。可以看出，高频数年SST总体高于低频数年，SST>29.5 ℃的暖水区范围也大于低频数年。在高频数年的季风前期，阿拉伯海SST暖中心更偏北，TC频发区域(10°~25°N，65°~75°E，图中红框区域，下同)也都被>29.5 ℃的暖水覆盖。在季风后期，高频数年在TC频发区域内的SST暖舌强度也强于低频数年。

图 10为850 hPa相对湿度场，其中对于红框中的TC活跃区域，低频数年季风前期相对湿度月平均比高频数年低3.571%，低频数年季风后期相对湿度月平均比高频数年低1.214%。可以发现，在TC频发区域，高频数年相对湿度略高于低频数年，并且在季风前期差距较大。

图 11为垂直风切变场，其中对于红框中的TC活跃区域，低频数年季风前期垂直风切变月平均比高频数年高1.535 m·s^-1，低频数年季风后期垂直风切变月平均比高频数年高0.064 m·s^-1。可以发现，在TC频发区域，高频数年与低频数年850~200 hPa垂直风切变差异不大。

图 12为850 hPa相对涡度场，其中对于红框中的TC活跃区域，低频数年季风前期相对涡度月平均比高频数年低1.5×10^-6 s^-1，低频数年季风后期相对涡度月平均比高频数年低2.0×10^-6 s^-1。综上，阿拉伯海在SST、相对湿度高值年TC生成数量可能会异常偏多，这与4.2节所得结论一致。相对涡度要素与TC频数之间的相关系数虽然未能通过显著性检验，但通过合成分析可以发现，阿拉伯海TC高频数年TC频发区域的相对涡度较低频数年高，说明该环境要素对TC频数异常年仍有指示意义。

5 结论

本文统计了1982—2020年阿拉伯海TC的路径、移动方向、生成源地、活跃区域、频数的季节分布与年际变化特征，并结合SST、850 hPa相对湿度、850~200 hPa垂直风切变、850 hPa相对涡度4个环境条件，分析了影响阿拉伯海TC生成及活动特征的要素，得出以下结论：

1) 阿拉伯海TC活跃区域主要位于阿拉伯海东北和西南海域，其中阿拉伯海东北部10°~25°N，65°~75°E海域TC活动最频繁。阿拉伯海TC的移动路径以西北行为主。

2) 阿拉伯海TC频数及总ACE具有“双峰”型季节特征。冬季温带西风急流和季风期南亚夏季风会造成强垂直风切变，使TC难以生成，这是造成“双峰”型季节特征的主要因素。位于阿拉伯海东部的SST暖舌和高相对湿度区导致阿拉伯海TC分布东多西少。

3) 阿拉伯海TC频数和总ACE在近年有上升趋势。阿拉伯海TC频数年际变化与SST和850 hPa相对湿度因素相关性较高。TC频数异常偏多的年份，阿拉伯海SST、850 hPa相对湿度和相对涡度要素偏高。

本文分析了阿拉伯海TC频数与SST相关的结论，而印度洋偶极子、印度洋海盆一致模等海温模态会在年际尺度上对阿拉伯海SST起调控作用^[22]。这些模态对阿拉伯海TC活动特征的影响有待进一步研究。