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    西北太平洋與大西洋熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)的演變特征及其可能歸因

    2022-12-31 07:28:02
    中國(guó)科學(xué)探險(xiǎn) 2022年8期
    關(guān)鍵詞:海表大西洋頻數(shù)

    從歷年熱帶氣旋(臺(tái)風(fēng))發(fā)生頻數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看,西北太平洋是全球臺(tái)風(fēng)發(fā)生最多的海域,平均每年有26個(gè)左右,大西洋平均每年有13個(gè)左右。由于大氣和海洋動(dòng)力和熱力條件的變化,各個(gè)海域上的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)也存在著顯著的年際和年代際變化。從1995年開始,大西洋上的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)較以前有明顯的增大,國(guó)際臺(tái)風(fēng)專家認(rèn)為大西洋多年代際振蕩(AMO)的年代際變化、氣溶膠冷卻作用的減小,以及全球變暖的共同作用導(dǎo)致大西洋上臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)的增加;對(duì)于西北太平洋臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)而言,從1998年開始呈現(xiàn)與大西洋相反的變化趨勢(shì),對(duì)于這種變化趨勢(shì)的歸因,太平洋年代際振蕩(IPO)和AMO有一定的貢獻(xiàn)。絕大多數(shù)的臺(tái)風(fēng)發(fā)生在西北太平洋和大西洋,兩個(gè)海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)的差異在時(shí)間軸上具有什么樣的變化特征?導(dǎo)致該變化特征的歸因有哪些?解決以上的問(wèn)題,對(duì)于評(píng)估全球氣候數(shù)值模式能否模擬出差異的變化特征有著重要的指導(dǎo)意義,對(duì)于預(yù)測(cè)未來(lái)兩個(gè)海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)的變化趨勢(shì)更是如此。

    香港城市大學(xué)陳仲良教授團(tuán)隊(duì)就西北太平洋和大西洋臺(tái)風(fēng)頻數(shù)差異(W-A)變化特征及其歸因問(wèn)題首次進(jìn)行了研究,利用歷史臺(tái)風(fēng)觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)了1975年至今兩個(gè)海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)差異的變化特征;解釋了該變化特征與AMO和IPO變率的關(guān)系;說(shuō)明了像氣溶膠、溫室氣體等外部強(qiáng)迫以及ENSO(El Nino-Southern Oscillation)事件對(duì)該變化特征可能的影響。

    圖片展示了最近大西洋和西北太平洋之間熱帶氣旋的數(shù)量差異。近年來(lái),北太平洋西部的熱帶氣旋發(fā)生頻率下降,而北大西洋的熱帶氣旋發(fā)生頻率上升,導(dǎo)致兩個(gè)盆地之間的熱帶氣旋數(shù)量差異減少。

    W-A近20年前所未有的變化特征

    國(guó)際上,從1975年開始利用衛(wèi)星常規(guī)觀測(cè)臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)情況,該觀測(cè)數(shù)據(jù)被公認(rèn)為是最權(quán)威和可信的。因此,研究者們通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析1975—2020年的臺(tái)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)W-A隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)以及年代際變化特征,在1998年發(fā)生了穩(wěn)定態(tài)的轉(zhuǎn)換,平均值從1975—1997年的17.4轉(zhuǎn)變?yōu)?998—2020年的8.5。同時(shí),還發(fā)現(xiàn)氣候態(tài)上臺(tái)風(fēng)發(fā)生最多的西北太平洋海域竟然在2005年、2010年、2011年和2020年這四年臺(tái)風(fēng)的年數(shù)量小于大西洋,導(dǎo)致W-A呈現(xiàn)負(fù)值。

    1998—2020年W-A較1975—1997年顯著性下降的部分原因是在這期間,大西洋處于臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)偏高時(shí)期,而西北太平洋處于臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)偏低時(shí)期。由于1975—2020年,活躍的大西洋和相對(duì)安靜的西北太平洋同時(shí)出現(xiàn)只有一次(1998—2020),為了驗(yàn)證1998年W-A顯著性下降是氣候態(tài)上的一種趨勢(shì),還是屬于年代際振蕩的一部分,陳仲良教授團(tuán)隊(duì)把研究數(shù)據(jù)的起始時(shí)間前移到觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)可信的1944年,發(fā)現(xiàn)在1945—1959年,兩大海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)高低形態(tài)類似1998—2020年,W-A屬于相對(duì)低值,但是后者數(shù)值比前者更低,前者也從沒(méi)出現(xiàn)過(guò)負(fù)值的年份,最終說(shuō)明從1944年至今,W-A在1998年顯著性下降是前所未有的。

    1975—2020年(a)西北太平洋臺(tái)風(fēng)數(shù)量時(shí)間序列(b)大西洋臺(tái)風(fēng)數(shù)量時(shí)間序列(c) W-A時(shí)間序列(a-c黑色點(diǎn)劃線表示臺(tái)風(fēng)數(shù)量逐年變化特征,紅色虛線表示穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換)(d)1945—2020年九點(diǎn)高斯濾波的AMO指數(shù)(藍(lán)),TPI指數(shù)(紅)和W-A(綠),圖中豎線是將研究的時(shí)間段分為了AMO+/IPO-和AMO-/IPO+的多個(gè)時(shí)間段。

    前所未有W-A出現(xiàn)的可能歸因

    陳仲良教授團(tuán)隊(duì)探究引起近20年W-A下降趨勢(shì)的原因,發(fā)現(xiàn)伴隨著其中4年大西洋海域的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)超越西北太平洋海域,這類過(guò)去差不多80年從未出現(xiàn)過(guò)的變化特征的歸因,在于正相位的AMO和負(fù)相位的IPO同時(shí)期出現(xiàn)(AMO+/IPO-)。它們通過(guò)影響兩個(gè)海域上空的垂直風(fēng)切變,導(dǎo)致大西洋處于臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)偏高時(shí)期,西北太平洋處于臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)偏低時(shí)期,引起W-A的下降。同時(shí),全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應(yīng)引起的熱帶大西洋海表溫度上升的趨勢(shì),使得大西洋海域臺(tái)風(fēng)的發(fā)生頻數(shù)進(jìn)一步增加;全球變暖對(duì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)的發(fā)生頻數(shù)沒(méi)有顯著的影響,西北太平洋海表溫度對(duì)于臺(tái)風(fēng)生成的海溫條件來(lái)說(shuō),已經(jīng)足夠高,海表溫度的進(jìn)一步增加可能不會(huì)引起臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)的增加。全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應(yīng)加強(qiáng)了W-A的下降趨勢(shì)的顯著性。另外,眾所周知ENSO對(duì)兩大海域上臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)有著顯著的影響。拉尼娜年對(duì)西北太平洋的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)有著抑制作用,而對(duì)大西洋的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻次有著增強(qiáng)作用。因此,在太平洋拉尼娜式海表溫度變化趨勢(shì)加劇了W-A的減小幅度。

    (a)1975—2020年海表溫度與W-A相關(guān)性(b)海表溫度趨勢(shì)空間分布。圖中等等值線分別代表(a)相關(guān)系數(shù)、(b)海表溫度趨勢(shì)(單位:℃ yr-1)。藍(lán)色和紅色填色分別表示通過(guò)95%置信度檢驗(yàn)的(a)負(fù)相關(guān)和正相關(guān)、(b)顯著趨勢(shì)。

    1998—2020年期間AMO+/IPO-的出現(xiàn),伴隨著全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應(yīng),以及太平洋拉尼娜式海表溫度變化趨勢(shì),這些因素共同造成了W-A的顯著減小甚至出現(xiàn)負(fù)值。與同樣處于AMO+/IPO-階段的1945—1959年時(shí)期的W-A相比較,1998—2020年的數(shù)值更低,其中更有4年大西洋臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)超過(guò)西北太平,導(dǎo)致W-A出現(xiàn)負(fù)值,這種現(xiàn)象是自1945年以來(lái)前所未有的。陳仲良教授認(rèn)為很有可能是因?yàn)榻?0年的全球變暖效應(yīng)比以前顯著導(dǎo)致的。

    預(yù)測(cè)W-A未來(lái)趨勢(shì)的建議

    對(duì)于臺(tái)風(fēng)在氣候尺度上未來(lái)的變化趨勢(shì),國(guó)際臺(tái)風(fēng)專家關(guān)注不同海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)的預(yù)測(cè),主流方法是利用氣候模式進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。目前,已有一些氣候模式預(yù)測(cè)在全球變暖氣候下,大西洋和(或)西北太平洋海域臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)未來(lái)會(huì)減小。國(guó)際臺(tái)風(fēng)專家對(duì)氣候模式預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的能力做了檢驗(yàn),但是這種檢驗(yàn)只是針對(duì)單獨(dú)的海域,并非大范圍的多海域預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。因此,對(duì)于W-A未來(lái)的變化趨勢(shì)仍然不清楚。

    要使氣候模式能比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)不同海域臺(tái)風(fēng)活動(dòng)情況,氣候模式必須具備預(yù)測(cè)不同海域臺(tái)風(fēng)活動(dòng)差異的能力。對(duì)于預(yù)測(cè)西北太平和大西洋兩大海域未來(lái)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的情況,陳仲良教授團(tuán)隊(duì)建議,在現(xiàn)有已知?dú)夂驊B(tài)下評(píng)估氣候模式再現(xiàn)已知W-A演變特征的能力。氣候模式有能力再現(xiàn)已知的變化特征是其有能力較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)變化趨勢(shì)的充分必要條件。

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