本文作者为韩岩松、姜伟、蒋磊磊、雍阳阳、岳远福、李月儿、余克服，来自广西大学海洋学院南海珊瑚礁研究实验室（广西南海珊瑚礁研究重点实验室、中国珊瑚礁研究中心），以及南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）。文章发表于 Global and Planetary Change 第231卷（2023年），文章编号104319，于2023年11月26日在线发表。本文是一篇关于过去两千年西太平洋热带气旋（tropical cyclone, TC）与气候变化关系的综述性论文（类型b），系统总结了古热带气旋（paleo-TC）重建的代用指标、典型气候时段TC活动的时空特征，并讨论了其气候强迫机制。以下为本文主要内容介绍。

一、研究背景与目的

文章指出，西太平洋（western North Pacific, WNP）是全球热带气旋最活跃的区域之一，每年约有全球三分之一的TC在此生成。TC常伴随极端大风、暴雨、巨浪和风暴潮，其活动变化对沿海自然生态系统和人类社会具有重大影响。例如2019年台风“利奇马”登陆浙江，造成超过57人死亡和537.2亿元人民币直接经济损失。观测和数值模拟表明，全球变暖背景下WNP区域的TC强度呈增强趋势，TC的终身最大强度（lifetime maximum intensity, LMI）纬度出现向极地迁移，TC路径北移且移速加快，4至5级强TC数量和占比有所上升，但TC总体频次在卫星时代出现显著下降。由于可靠且系统的器测TC记录时间较短，难以厘清全球变暖与自然变率对TC长期变化趋势的相对贡献。因此，过去两千年作为包含罗马暖期（Roman Warm Period, RWP, 约公元前250年至公元450年）、黑暗时代冷期（Dark Ages Cold Period, DACP, 约450–800年）、中世纪暖期（Medieval Warm Period, MWP, 约800–1250年）、小冰期（Little Ice Age, LIA, 约1400–1850年）和当前暖期（Current Warm Period, CWP, 1950年至今）的典型气候时段，为研究气候变化对TC活动的影响提供了重要时间窗口。本文综述了WNP过去两千年古TC重建的多种代用指标，讨论了典型气候时段的TC活动特征，并探究其与气候强迫之间的关系，以期为当前全球变暖背景下TC演变规律和驱动机制的研究提供地质时期的长期参考。

二、古TC重建的常用代用指标

文章详细总结了重建古TC活动的主要代用记录，包括沉积物、历史文献、树轮、石笋、珊瑚、砗磲壳等，并评述了各代用指标的原理、优缺点与适用性。

第一，沉积物档案是重建千年尺度古TC最常用的指标。TC引起的高能事件（例如极端风浪）可导致陆架、潮滩和潟湖沉积物发生显著变化，如粗颗粒含量增加。常用的TC代用参数包括大于63 μm、大于1 mm、0.25–2 mm等不同粒径范围的粗颗粒组分，以及锶（Sr）含量和δ¹³C等地球化学指标。沉积物记录的优点在于可重建长达数千年的TC活动历史，但分辨率相对较低，通常为数十年，且存在多解性问题，即不同路径、强度和生命史的TC可能形成相似的事件沉积。此外，海啸和强降雨形成的极端事件堆积也可能干扰TC沉积的识别。

第二，历史文献记录具有高可靠性和高时空精度的优点，时间分辨率可达周至日。中国拥有近两千年的丰富天气和气候文献记录，包括方志、官方史书、报刊和私人日记等。例如，刘等（2001）根据方志重建了过去千年广东地区的TC登陆记录，发现相对冷期主导TC路径南移。历史文献的局限在于记录受人类活动范围限制，远海TC可能缺失，且需区分龙卷风、强对流降水等非TC事件。

第三，树轮档案可用于重建中纬度区域的TC活动。TC产生大量δ¹⁸O亏损的降水，这些信号被土壤暂存并最终被树轮纤维素吸收。因此，树轮δ¹⁸O可用于以季节分辨率重建过去数百年的TC频率和降水。Altman等（2021）利用韩国树轮δ¹⁸O重建了350年TC活动，并首次表明树轮δ¹⁸O不仅能反映TC频率，还可以指示TC强度，但树轮高精度数据主要集中在季节性明显的地区，且δ¹⁸O也受到温度、土壤湿度和非TC降水等因素影响。

第四，石笋δ¹⁸O的负异常可用于重建古TC降雨事件。TC降水具有δ¹⁸O明显偏负的特征，该信号可被洞穴石笋记录。石笋具有测年方便、时间尺度长、分辨率高的优点，有些研究可达到年或月分辨率。但在WNP地区利用石笋重建TC的研究尚较少，且需要排除滴水、地下水等对δ¹⁸O信号的影响。

第五，珊瑚是低纬度海洋记录古气候和古TC的有效载体。强TC可搬运大型珊瑚块至礁坪或海滩，通过测定珊瑚表面的年龄可获得TC事件年龄。陶等（2021）利用南海西沙群岛和黄岩岛的风暴搬运珊瑚块研究发现，相对暖期TC频率较低而相对冷期较高。此外，珊瑚骨骼δ¹⁸O和V/Ca比等元素比值也被证实与TC活动或最大风速相关。但风暴搬运珊瑚块的方法存在数量有限和时间不连续的问题。

第六，砗磲壳具有日到小时级别的超高分辨率，记录过去TC事件具有独特优势。在TC引起的强烈垂直混合作用下，富钡和富铁的深海水被带到表层，使砗磲壳中Ba/Ca和Fe/Ca出现峰值，从而指示TC活动。此外，TC引起的光合作用下降也会造成砗磲壳日增长率突然减小。砗磲壳为古天气尺度的TC研究提供了新的可能。

文章还比较了不同沉积记录中TC指标的敏感性和测年方法。例如日本大二湖和南向湖的Sr含量和越岸沉积频率作为TC指标；东海浙闽泥质带利用大于63 μm粗颗粒组分作为强TC指标；台湾大湖以粒度作为TC指标；南海永暑礁以大于1 mm粗颗粒作为沉积动力强度指标；安乐环礁和贾卢伊特环礁则使用0.25–2 mm粗颗粒组分。测年方面，海洋和湖泊沉积物常用¹⁴C测年，并用¹³⁷Cs时标校正；南海含珊瑚碎屑的沉积物还可使用铀系测年，为建立年龄框架提供了可靠材料。

三、过去两千年WNP区域古TC重建的时空格局

文章汇集了WNP地区从6.26°N到32.25°N共10个不同地点的古TC重建记录。结果表明，过去两千年WNP低纬到中纬地区TC活动具有显著的空间和时间异步性。日本西南部的湖沼沉积记录显示，TC活动在MWP等相对暖期频率较高，而在LIA等相对冷期频率较低。东海陆架泥质区的记录也表明，RWP、MWP以及近250年TC强度与频率较高，相对冷期较低，说明WNP北部在持续变暖情景下TC可能更加活跃。然而，台湾宜兰大湖的粒度记录表明，RWP和MWP期间TC偏少，而DACP和LIA期间TC偏多。广东及中国东南沿海的历史文献记录也显示，LIA期间登陆TC频率增强。南海永暑礁和安乐环礁的记录显示，在相对暖期南海TC频率较低，而在相对冷期TC频率增加。

此外，过去千年古气候模式比较计划第三阶段（PMIP3）的模拟结果也表明，在中世纪暖期WNP北部TC潜在强度增加，而南海和菲律宾周边海域潜在强度减弱；小冰期则相反，南海潜在强度增强而WNP北部减弱。该模拟结果与大部分地质代用记录一致，仅台湾大湖记录存在差异。

四、TC活动的气候强迫机制

文章讨论了影响WNP区域TC活动时空变化的主要气候强迫因子，包括海表温度（SST）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、气溶胶、太阳辐射和热带辐合带（ITCZ）等。

SST通过为TC提供感热和潜热能量而成为控制TC活动的重要因素。过去两千年，WNP北部、日本西南部和东海的TC频率与SST呈正相关，而WNP南部包括南海的TC频率与SST呈负相关，表明WNP北部TC活动受SST主导，而南部则受其他因素控制。文中重新界定了过渡带的位置为24.74°N至25.87°N，并估算在冷暖和冷暖气候转换期TC纬向迁移速率可达约300–600 km/世纪，其中从DACP到MWP的向极迁移速率约为400 km/世纪，与器测时期的TC向极迁移量级一致。太阳辐射在百年尺度上驱动SST变化，进而影响TC活动；南海部分记录还显示出约22年太阳活动周期信号。

ENSO是热带太平洋年际气候变率的重要模态，通过垂直风切变、WNP海温、沃克环流和季风槽等机制影响TC生成与路径。记录显示，El Niño主导时期更多TC指向日本，而La Niña状态下中国东南沿海和台湾东北部登陆TC增多。历史文献和器测记录均支持La Niña年登陆中国东南沿海TC频率高于El Niño年。此外，TC频率还存在约50年周期，可能与太平洋年代际振荡（PDO）有关。

气溶胶在TC发展的不同阶段作用不同，在发展阶段可能对TC强度产生较大影响。过去两千年尤其是小冰期气溶胶增加可能增强了中国东部沿海的TC活动，并可能抵消或逆转SST对TC的部分影响。大火山喷发通过注入平流层硫酸盐气溶胶冷却热带海洋表面，从而抑制TC发展。树轮氧同位素重建显示过去350年大火山喷发可导致TC生成频率减少，这与模拟研究结果一致。火山灰还可能通过海洋铁施肥效应促进浮游植物生长，调整全球环流并间接产生冷却效应，从而抑制TC活动。

ITCZ是近赤道的深对流辐合带，其南北移动通过提供涡度和湿度等有利条件影响TC生成。所有位于过渡带以南的沉积记录均显示相对冷期TC活动增加，这被认为主要受ITCZ位置变动控制。LIA期间ITCZ南移使TC路径和生成区南移，而暖期则相反。西太平洋副热带高压（WPSH）的南界在台风季约位于25°N，与该过渡带位置接近，可能对过渡带位置和TC路径起重要作用。此外，南海本地TC生成和WNP低纬TC生成在冷期的增强也贡献了过渡带以南的TC活动增加。

五、总结与展望

文章总结认为，过去两千年WNP的TC活动在低纬至中纬地区呈显著时空异步格局。中纬度WNP在暖期TC活动较强，低纬度WNP在冷期TC活动较强，过渡带大致位于24.74°N至25.87°N。在过渡带以北，SST是TC活动的主要控制因子；在过渡带以南，ITCZ的南北移动和南海及WNP低纬TC生成的增强在冷期对TC活动增加具有重要贡献。ENSO、气溶胶和太阳辐射也在不同时间尺度上与TC活动有关。文章最后指出，未来研究需要进一步提高现有代用指标的准确性，开发更多高分辨地球化学代用指标，综合不同区域的多种古TC重建记录，并结合古气候重建和气候模式，以更全面揭示过去两千年TC演变规律及其气候强迫机制，为当前全球变暖背景下西太平洋TC活动的预测提供有力支持。本文的科学价值在于系统梳理了WNP古TC重建进展，明确了过渡带位置和南北TC活动与气候因子关系的差异，为理解TC对气候变化的响应提供了地质时间尺度的证据框架。其应用价值在于为评估未来全球变暖背景下WNP不同纬度地区TC灾害风险提供长周期背景参考。