氣候變化對(duì)熱帶氣旋活動(dòng)的影響.pdf

1、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)與全球氣候變暖之間的關(guān)系是當(dāng)前臺(tái)風(fēng)＼颶風(fēng)氣候?qū)W的研究熱點(diǎn)。本文首先主要系統(tǒng)地研究了全球氣候變暖對(duì)西北太平洋和東太平洋熱帶氣旋(TC)頻數(shù)的影響。針對(duì)若干TC形成的必要條件在響應(yīng)全球變暖時(shí)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(diǎn)放在以下三個(gè)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)因子氣候變化特征，旨在揭示全球變暖的背景下臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)及其可能的熱力、動(dòng)力學(xué)機(jī)理。其次，利用TC最大潛在強(qiáng)度理論(Maximum Potential

2、Intensity，MPI)研究了20世紀(jì)和全球進(jìn)一步變暖的背景下西北太平洋TC MPI的變化趨勢(shì)。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(jiǎn)稱ITCZ-Ⅰ)；2)位于140° E-140° W,5-15° N附近北太平洋中部的ITCZ(簡(jiǎn)稱ITCZ-Ⅱ)；3)位于東太平洋140° W-90° W,10-18° N附近的ITCZ(簡(jiǎn)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(qiáng)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(duì)TC生成的另一必要條件-垂直切變的氣候變率進(jìn)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(dòng)關(guān)鍵區(qū)的垂直切變分成三個(gè)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?。晃挥谖鞅碧窖?40-180E，10-25°N范圍西風(fēng)垂直切變?cè)黾?；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(shì)。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(kuò)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(gè)條件響應(yīng)氣候變暖背景下的氣候變率以及變化趨勢(shì)，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(cè)事實(shí)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(qiáng)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?cè)诿黠@減小和SST增暖的變化趨勢(shì)對(duì)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(bǔ)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?cè)谠鰪?qiáng)，熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)在增加。這樣的變化趨勢(shì)與西北太平洋上的變化趨勢(shì)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(qiáng)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(qiáng)度增加的幅度很大，從1949-2008年其中心平均正相對(duì)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(qiáng)的加強(qiáng)趨勢(shì)可能是導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域TC頻數(shù)增加的主要原因之一，即使垂直切變?cè)黾右矝]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(qiáng)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(qiáng)而頻繁。70年代末以后，ENSO暖事件發(fā)生強(qiáng)而頻繁，這與IPCC第三次

10、評(píng)估報(bào)告發(fā)表的結(jié)果也是一致的。ENSO冷事件占優(yōu)勢(shì)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(shì)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(qiáng)度響應(yīng)全球變暖發(fā)生的變化趨勢(shì)時(shí)，由于TC強(qiáng)度的歷史觀測(cè)資料的不可靠性，觀測(cè)事實(shí)無法判斷TC強(qiáng)度的氣候變化趨勢(shì)。因此本文重點(diǎn)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(qiáng)度(Tropical CycloneMaximum Potential Intensity，以下簡(jiǎn)稱TC MPI)的變化趨勢(shì)。利用IPCC WCRPCMIP3全球耦合多模式資料集，評(píng)估全球氣候變暖下，TC MPI的變化趨勢(shì)。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(duì)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(qiáng)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(qiáng)迫而只有溫室氣體

12、強(qiáng)迫的模式表現(xiàn)SST增暖更明顯的特點(diǎn)，而自然因子強(qiáng)迫和溫室氣體共同強(qiáng)迫的模式對(duì)流層上層和海表面增暖較小，自然強(qiáng)迫因子抑制了對(duì)流層上層氣溫和海面溫度的進(jìn)一步增暖。在CO2濃度每年以1％增長(zhǎng)率增加的氣候背景下，TC MPI隨著SST和對(duì)流層上層氣溫顯著增暖而同步增加。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)TC MPI的振幅與對(duì)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