本文题为“Modulation of the Cold Tongue Mode (CTM) in tropical cyclone genesis over the western North Pacific during 1975–2021”,研究的主要作者包括 Chunqiao Lin、Lingli Fan、Congwen Zhu 和 Jianjun Xu,分别来自广东海洋大学、中国气象科学研究院和广东海洋大学深圳研究院。文章发表于《Environmental Research Letters》,为一项开放获取的研究,发表于2024年第19卷第044045号。
本文研究了冷舌模态(CTM)的阶段性变化及其对热带气旋(Tropical Cyclone, TC)生成的调制作用。CTM是一种发现在热带太平洋海表温度异常(SSTA)中的模态,与全球变暖背景下的拉尼娜(La Niña)现象密切相关。研究表明,CTM近年来逐渐呈现出显著的正相位特征,这对西北太平洋(Western North Pacific, WNP)台风生成的频率与分布位置产生了深远影响。由于热带气旋是全球最具破坏性的天气系统之一,对气候变暖背景下其生成的变化规律研究具有重要的科学意义和应用价值。
本研究的主要目标是从海洋热力条件和大气环流的异常角度,揭示冷舌模态正负相位变化对西北太平洋热带气旋活动的潜在影响,并详细探究不同冷舌模式阶段对台风生成频率、生成位置分布及其气候相关变量的作用机制。
CTM模式定义与分期
研究通过经验正交函数(EOF)分解热带太平洋SSTA,去除影响最大的ENSO(El Niño-Southern Oscillation,厄尔尼诺-南方涛动)模态后,观察到一种冷舌模态,其SSTA表现为西太平洋变暖,而东热带太平洋呈现冷却(占比19.31%)。将1950年至2021年划分为三个阶段:(1)1950–1974年前,不明显的冷舌模态阶段;(2)1975–1997年冷舌模态负相位阶段(P1);(3)1998–2021年冷舌模态正相位阶段(P2)。
热带气旋活动的统计与空间分析
台风生成位置定义为中心风速超过17.2 m/s的初始位置,分析重点为台风生成频率及分布纬经度的变化趋势。
海洋和大气变量的分析
计算了关键区域海表温度场、西太平洋暖池面积、海洋热传输以及大气环流(包括哈德莱环流、沃克环流)的变化。采用经向与纬向热量通量公式,评估了不同边界的热传输量(单位:108 W)。
气候因果关联分析
建立回归方程,以检验台风生成频率与海洋热传输、大气环流变化之间的关系,并借助显著性检验(P < 0.05 / P < 0.1)解释关联的统计学意义。
CTM趋势及分期热力差异
CTM在1975–2021年显示出显著增加的线性趋势,尤其在1998年前后表现出分相变化。在P2阶段,西太平洋暖池区(主要在125°E–165°E,0°–16°N)的海表温度异常显著增加,局部高达29.5°C;而东热带太平洋在冷链区内表现出海温进一步降低,冷舌范围收缩。东西向SSTA梯度显著上升,从P1阶段的2.69°C增至P2阶段的3.06°C。
台风生成频率与分布
晚期冷舌模态正相位(P2)阶段,台风总体生成频率明显下降(从P1的24.1个/年下降至P2的21.8个/年,P < 0.05)。生成位置表现为向西北方向的显著迁移,经向上北移了约1°(P1:16.2°N;P2:17.3°N);纬向上西移了约2°(P1:136.8°E;P2:134.3°E)。台风在20°N以北和130°E以西生成的比例分别增加了7%和8%。
海洋与大气环流导致频率变化的原因
P2阶段东西向热量通量从P1的1.75 × 108 W下降到1.55 × 108 W,经向热量从2.49 × 108 W下降到2.32 × 108 W,总热量输出减少,总计降幅约9%。这种边界热量传输减弱推动了西太平洋暖池热量的积累,降低了台风生成频率。此外,SSTA导致的沃克环流西移与增强(100°E–150°E间气流上升增强),以及区域哈德莱环流的北移,也共同促成了台风生成频率的下降。
CTM与ENSO的关系
CTM的切换影响了ENSO对台风频率的指示性。在P1阶段,台风生成频率与Nino3和Nino1+2区域SSTA指数显著正相关,而这一关系在P2阶段弱化,说明传统ENSO指数对晚期冷舌正相位下台风频率的解释力有所减弱。
研究通过观测数据和模型分析,指出冷舌模态正相位的形成与全球变暖背景下的拉尼娜趋势密切相关,对西北太平洋台风生成频率与位置的变化产生显著影响。CTM的正相位通过减少纬向和经向热传输、改变区域热力条件以及调整大气环流模式,进而降低台风生成频率,使生成位置向西北移动。
本研究不仅为理解全球变暖背景下的台风变化提供了科学依据,同时也为区域灾害预警、气候预测和政策制定提供了基础支持。
文章提到虽然研究揭示了CTM与WNP台风生成频率减少的因果关联,但具体机制仍需通过动态模型模拟进一步验证。此外,不同类型ENSO事件的长期影响以及区域气候模式的反馈效应,均是后续研究的重要方向。