影响季风槽长度对西北太平洋多热带气旋事件年际变化的研究

本研究由张九政（Jiuzheng Zhang）、詹瑞芬（Ruifen Zhan）和温敏（Min Wen）等学者完成，分别来自上海中央气象台（Shanghai Central Meteorological Observatory）、复旦大学大气与海洋科学系与大气科学研究院（Department of Atmospheric and Oceanic Sciences & Institute of Atmospheric Sciences, Fudan University）、以及中国气象科学研究院（Chinese Academy of Meteorological Sciences）。该研究发表于《Atmospheric Research》期刊，文章编号为295 (2023) 107034，并于2023年9月26日在线发布。

学术背景

西北太平洋（Western North Pacific，WNP）是全球热带气旋（Tropical Cyclones，TC）活动最频繁的地区之一，每年约有26个热带气旋生成，占全球热带气旋总数的三分之一。然而，西北太平洋地区热带气旋的生成并非均匀分布，而是表现出明显的活动周期性，包括活跃期和非活跃期。在活跃期，可能会出现多个热带气旋同时生成，这种现象被称为“多热带气旋事件”（Multiple Tropical Cyclone Events，MTCE）。这些事件由于其持续性和累积效应，往往会导致极端的降水、强风和风暴潮等灾害，远超单个热带气旋所造成的影响。

季风槽（Monsoon Trough，MT）是影响西北太平洋热带气旋活动的关键因素之一。研究表明，季风槽的强度与热带气旋的生成活动有显著关联，但关于季风槽的长度（Monsoon Trough Length，MTL）对多热带气旋事件的影响，尤其是在年际变化层面，的研究较为稀缺。因此，本研究旨在探讨季风槽长度对1980至2020年间西北太平洋多热带气旋事件发生频率的影响。

研究方法与工作流程

本研究的工作流程包括以下几个主要步骤：

1. 数据收集与定义：研究利用了中国气象局上海台风研究所提供的1980至2020年间的热带气旋最佳轨迹数据（包括每6小时的热带气旋位置与强度），以及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA5再分析数据。研究期间，约90%的多热带气旋事件发生在每年6月至10月的台风季节。

2. 季风槽长度指数（MTLI）计算：为了定量评估季风槽的长度，研究定义了一个基于850 hPa水平面风场的季风槽长度指数。该指数通过计算满足特定条件的网格点数来量化季风槽的长度。研究进一步选择了1997年和2010年作为典型的长季风槽年和短季风槽年，进行对比分析。

3. 多热带气旋事件的识别与统计分析：根据热带气旋生成的位置与时间，研究定义了多热带气旋事件（MTCE），即在同一地区3天内生成2个或更多热带气旋。通过统计分析，研究探讨了季风槽长度与多热带气旋事件发生频率之间的相关性。

4. 环境因素与物理机制分析：研究还利用生成潜力指数（Genesis Potential Index，GPI）和能量转换分析，深入探讨了季风槽长度对西北太平洋多热带气旋事件的影响机制。特别是，通过分析季风槽引起的平均流场变化，研究评估了季风槽如何通过改变大气层次的流动模式，调节由均匀流到天气扰动的能量转换，促进热带气旋的形成。

研究结果

本研究的主要发现可以总结为以下几点：

1. 季风槽长度与多热带气旋事件的显著正相关：季风槽的长度与西北太平洋多热带气旋事件的发生频率之间存在显著的正相关关系。较长的季风槽有利于更多多热带气旋事件的发生。特别是当季风槽长度达到标准差1.0时，发生多热带气旋事件的概率显著增加，尤其是发生3个或更多热带气旋的事件。

2. 季风槽长度与热带气旋生成位置的关系：长季风槽年内，热带气旋生成位置主要偏向西北太平洋的中东部，且生成热带气旋的最大经度距离显著增大，而短季风槽年则表现为热带气旋生成位置偏向西部，且生成热带气旋的最大经度距离显著缩短。

3. 大气环境变化与能量转换的作用：季风槽的延伸导致西北太平洋中东部地区低层相对涡度增加，垂直上升运动增强，湿度增大，并伴随海平面气压下降，这些因素共同促进了热带气旋的生成。此外，通过对比分析季风槽年与非季风槽年的大气环境差异，研究进一步揭示了能量转换在季风槽引起的天气扰动中的重要作用。季风槽引起的经向风剪切变化和风场的经向汇聚是年际变化中的主要驱动因素。

研究结论与意义

本研究的结论表明，季风槽长度对西北太平洋多热带气旋事件的年际变化有显著的影响，季风槽长度较长的年份更容易发生多热带气旋事件，且这种影响主要通过改变低层相对涡度和能量转换过程来实现。该研究不仅为理解季风槽在热带气旋生成中的作用提供了新的视角，也为进一步改进多热带气旋事件的预测模型提供了理论依据。

本研究的科学价值在于揭示了季风槽长度这一因素在影响热带气旋活动中的重要性，填补了当前研究中对季风槽长度的探讨空白，进一步深化了我们对热带气旋生成机制的理解。从应用角度来看，研究为西北太平洋地区多热带气旋事件的季节性预测提供了新的思路，有助于提高该地区台风灾害的预警能力。

研究亮点

1. 季风槽长度与多热带气旋事件的正相关：本研究首次明确了季风槽长度与西北太平洋多热带气旋事件发生频率之间的显著正相关关系，填补了相关领域的研究空白。

2. 物理机制分析的深入：通过生成潜力指数（GPI）和能量转换分析，研究详细探讨了季风槽如何通过调节天气扰动的能量转换，影响多热带气旋事件的发生。

3. 数据处理与方法创新：研究采用了一种新的季风槽长度指数（MTLI）定义方法，结合ERA5再分析数据和热带气旋最佳轨迹数据，提供了高质量的分析结果，具有较高的应用潜力。

本文不仅扩展了我们对季风槽影响热带气旋活动的认识，而且为未来的气象预测研究提供了新的方向和方法。