氣候變化對熱帶氣旋活動的影響.pdf

1、臺風(fēng)活動與全球氣候變暖之間的關(guān)系是當(dāng)前臺風(fēng)＼颶風(fēng)氣候?qū)W的研究熱點。本文首先主要系統(tǒng)地研究了全球氣候變暖對西北太平洋和東太平洋熱帶氣旋(TC)頻數(shù)的影響。針對若干TC形成的必要條件在響應(yīng)全球變暖時的產(chǎn)生的氣候變化，來尋找引起TC頻數(shù)氣候變化的可能原因，重點放在以下三個熱力學(xué)及動力學(xué)因子氣候變化特征，旨在揭示全球變暖的背景下臺風(fēng)活動的長期變化趨勢及其可能的熱力、動力學(xué)機理。其次，利用TC最大潛在強度理論(Maximum Potential

2、Intensity，MPI)研究了20世紀(jì)和全球進一步變暖的背景下西北太平洋TC MPI的變化趨勢。主要研究結(jié)果如下： 首先，研究過去60(1949-2008)年熱帶北太平洋TC生成的主要初始起源地-大尺度ITCZ(Intertropical Convergence Zone)的氣候變率，利用NCEP再分析資料的分析研究發(fā)現(xiàn)，依照信風(fēng)輻合類型和地理位置，北太平洋ITCZ清楚地分成三段，即1)位于西北太平洋100-140°E，10

3、-20° N附近的季風(fēng)輻合帶(簡稱ITCZ-Ⅰ)；2)位于140° E-140° W,5-15° N附近北太平洋中部的ITCZ(簡稱ITCZ-Ⅱ)；3)位于東太平洋140° W-90° W,10-18° N附近的ITCZ(簡稱ITCZ-Ⅲ)。研究結(jié)果表明，過去60年ITCZ的空間分布和氣候變率存在區(qū)域特征——其強度呈現(xiàn)出西減東增、位置呈現(xiàn)出西落東抬的氣候變率。其次，對TC生成的另一必要條件-垂直切變的氣候變率進行了研究，基于NCEP再分

4、析資料，過去60年熱帶北太平洋的垂直切變(200-850hPa差)空間分布以及氣候變率在不同海區(qū)存在區(qū)域差異，聯(lián)系區(qū)域TC發(fā)生頻數(shù)和垂直切變氣候分布的特征，把TC活動關(guān)鍵區(qū)的垂直切變分成三個關(guān)鍵區(qū)，1)位于西北太平洋100-140°E，5-20°N區(qū)域的東風(fēng)垂直切變減小；位于西北太平洋140-180E，10-25°N范圍西風(fēng)垂直切變增加；位于東太平洋130°W-90°W，7-18°N區(qū)域東風(fēng)切變表現(xiàn)增加趨勢。最后，根據(jù)NCEP再分析資料

5、研究過去60年熱帶北太平洋增暖過程，發(fā)現(xiàn)原來局限在太平洋西部跨赤道的高海溫或稱作暖池的28℃以上的閉合區(qū)域逐年代向中東太平洋擴展，最后20年熱帶東西太平洋連接起成一條完整的連續(xù)的高海溫帶。太平洋中部和東部的海面增暖后存在明顯的南北向SST梯度。根據(jù)本文的分析研究，SST增暖的不均勻性可能是造成北太平洋ITCZ區(qū)域差異的原因之一。 在模式資料研究方面，利用IPCC(Intergovernmental Panel on Climat

6、e Change)WCRP WGCM CMIP3(World Climate Research Programmers's Coupled ModelIntercomparison Project3)高分辨率全球耦合多模式資料集(Multi-Model Dataset)研究TC生成的上述三個條件響應(yīng)氣候變暖背景下的氣候變率以及變化趨勢，其結(jié)果與NCEP再分析資料得到的診斷結(jié)論基本吻合。 觀測事實表明，無論是西北太平洋(180°E

7、)還是140°E以西海域，近40年來熱帶氣旋頻數(shù)在明顯減少。本文的研究結(jié)果表明，這一海域熱帶氣旋頻數(shù)減少的原因和西北太平洋熱帶輻合帶ITCZ-I強度減弱和向赤道一側(cè)位移(Equatorialward displacement)有關(guān)。這一區(qū)域風(fēng)速垂直切變在明顯減小和SST增暖的變化趨勢對這一海域熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)增多是有利的，但它并不能補償ITCZ的不利作用而使TC頻數(shù)增加。 分析結(jié)果還表明，東北太平洋除了海面溫度增暖和西北太平洋是

8、一致的，都是全球增暖的一部分，但東太平洋風(fēng)速垂直切變在增強，熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)在增加。這樣的變化趨勢與西北太平洋上的變化趨勢恰恰相反，這一海域垂直切變的增加卻未能抑制熱帶氣旋的發(fā)生。而東北太平洋的熱帶輻合帶即ITCZ-III在加強并產(chǎn)生向極位移(Polarward displacement)，這樣的變化也與西北太平洋完全相反。特別是ITCZ-III強度增加的幅度很大，從1949-2008年其中心平均正相對渦度從開始的0.1*10-5S-1

9、一直增加到最后0.7*10-5S-1，如此強的加強趨勢可能是導(dǎo)致這個區(qū)域TC頻數(shù)增加的主要原因之一，即使垂直切變增加也沒有抑制TC頻數(shù)的增加。但不論熱帶氣旋是增多還是在減少，都與ITCZ強度和位移的有利變化一致。 研究的結(jié)果還表明，西北太平洋熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)的年代際變化還與ENSO冷暖事件的更迭有關(guān)。本文分析表明，50年代至70年代末之前，ENSO冷事件發(fā)生強而頻繁。70年代末以后，ENSO暖事件發(fā)生強而頻繁，這與IPCC第三次

10、評估報告發(fā)表的結(jié)果也是一致的。ENSO冷事件占優(yōu)勢的年代，西北太平洋熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)高，反之，ENSO暖事件發(fā)生占優(yōu)勢的年代，西北太平洋熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)低。春季MEI指數(shù)與西北太平洋熱帶氣旋頻數(shù)存在很好的反相關(guān)關(guān)系，特別是4月/5月的相關(guān)關(guān)系最好，相關(guān)系數(shù)為-0.5。 在研究TC強度響應(yīng)全球變暖發(fā)生的變化趨勢時，由于TC強度的歷史觀測資料的不可靠性，觀測事實無法判斷TC強度的氣候變化趨勢。因此本文重點研究在全球氣候變暖下，西北太

11、平洋熱帶氣旋的最大潛在強度(Tropical CycloneMaximum Potential Intensity，以下簡稱TC MPI)的變化趨勢。利用IPCC WCRPCMIP3全球耦合多模式資料集，評估全球氣候變暖下，TC MPI的變化趨勢。多模式集成結(jié)果表明：在20世紀(jì)氣候背景下，最后40年SST和對流層上層氣溫增暖不顯著，西北太平洋熱帶氣旋的最大潛在強度呈現(xiàn)出年代際及多年代際振蕩。在20世紀(jì)多模式中，沒有自然強迫而只有溫室氣體

12、強迫的模式表現(xiàn)SST增暖更明顯的特點，而自然因子強迫和溫室氣體共同強迫的模式對流層上層和海表面增暖較小，自然強迫因子抑制了對流層上層氣溫和海面溫度的進一步增暖。在CO2濃度每年以1％增長率增加的氣候背景下，TC MPI隨著SST和對流層上層氣溫顯著增暖而同步增加。同時也發(fā)現(xiàn)TC MPI的振幅與對流層上層氣溫振幅反相關(guān)。變暖后的氣候背景下最后40年、最后30年、最后20年相比較20世紀(jì)最后40年、最后30年、最后20年，西北太平洋TC M