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这篇研究报告由Munehiko Yamaguchi(日本气象厅气象研究所)、Johnny C.L. Chan(香港城市大学能源与环境学院)、Il-Ju Moon(韩国济州国立大学台风研究中心)等五位作者共同完成,发表于2020年《Nature Communications》期刊。
研究背景聚焦于全球变暖对热带气旋(Tropical Cyclones,TCs)移动速度(translation speed)的影响机制。作为世界上最强烈的天气系统之一,热带气旋的移动速度直接影响其影响持续时间,进而与强降雨等极端天气事件密切相关。此前Kossin(2018)基于观测数据提出1949-2016年间全球TC移动速度减缓10%的观点,但Moon等(2019)指出该结论可能受卫星时代前(1965年之前)弱TC漏检的影响。为厘清争议,本研究通过高分辨率大集合数值模拟,系统分析历史时期(1951-2011)和未来气候情景下TC移动速度的变化特征。
研究采用日本气象研究所开发的MRI-AGCM3.2大气环流模式,水平分辨率60公里,共包含三个核心工作流程:
模型验证阶段
研究团队首先进行了100成员的60年(1951-2010)历史气候模拟,使用COBE-SST2观测海温作为边界条件。通过对比1982-2011年(地球静止卫星时代)的观测数据,发现模型能准确再现全球年平均TC移动速度(17.6 km/h),在西太平洋、北大西洋等盆地的纬度分布特征上也表现良好(补充图1)。特别值得注意的是,模型成功揭示了前卫星时代(1951-1965)观测数据中因弱TC漏检导致的速度高估现象(图2a,c),为Moon等(2019)的质疑提供了模型证据。
历史趋势分析
通过1951-2011年的模拟数据,研究发现全球及各半球尺度均未出现TC移动速度的显著下降趋势(图1)。该结果与观测数据在卫星时代(1982-2011)的一致性(p=0.597)表明,Kossin(2018)提出的减速趋势很可能源于数据 inhomogeneity。模型还发现西太平洋盆地前卫星时代的观测速度比模拟值高约15%,这一差异从统计上解释了所谓”全球减速”的假象。
未来情景预测
基于RCP8.5情景下的4K升温模拟(2051-2110),研究揭示了TC移动速度的纬度分异机制:
研究结论包含两个重要科学价值:
首先,通过大集合模拟证实历史时期不存在TC移动速度的全球性减缓,解决了观测数据 inhomogeneity 引发的学术争议;其次,首次揭示全球变暖下TC速度的”纬度补偿机制”——即高纬度频率增加抵消局部减速效应。这一发现对防灾减灾具有特殊意义:虽然全球均值上升,但登陆高纬度地区的TC速度实际会减缓,意味着这些地区将面临更长时间的风雨影响。
研究亮点体现在方法学创新:
1) 采用60km高分辨率多成员集合模拟,克服了单个模式的不确定性;
2) 设计了SST扰动方案来捕捉观测误差的影响;
3) 通过分纬度、分盆地的精细统计(图4),揭示了速度变化的区域异质性。研究也指出未来需改进之处,包括考虑海气耦合效应和更高分辨率模型对TC双峰强度分布的刻画。
该研究为理解气候变化背景下极端天气事件演变提供了新视角,其采用的”观测-模拟互证”方法对气候归因研究具有示范意义。成果特别提醒决策者:不能仅关注全球平均指标,必须结合空间分布变化来评估TC风险。