西北太平洋與大西洋熱帶氣旋發生頻數的演變特征及其可能歸因

從歷年熱帶氣旋（臺風）發生頻數的統計情況來看，西北太平洋是全球臺風發生最多的海域，平均每年有26個左右，大西洋平均每年有13個左右。由于大氣和海洋動力和熱力條件的變化，各個海域上的臺風活動也存在著顯著的年際和年代際變化。從1995年開始，大西洋上的臺風發生頻數較以前有明顯的增大，國際臺風專家認為大西洋多年代際振蕩（AMO）的年代際變化、氣溶膠冷卻作用的減小，以及全球變暖的共同作用導致大西洋上臺風發生頻數的增加；對于西北太平洋臺風發生頻數而言，從1998年開始呈現與大西洋相反的變化趨勢，對于這種變化趨勢的歸因，太平洋年代際振蕩（IPO）和AMO有一定的貢獻。絕大多數的臺風發生在西北太平洋和大西洋，兩個海域臺風發生頻數的差異在時間軸上具有什么樣的變化特征？導致該變化特征的歸因有哪些？解決以上的問題，對于評估全球氣候數值模式能否模擬出差異的變化特征有著重要的指導意義，對于預測未來兩個海域臺風發生頻數的變化趨勢更是如此。

香港城市大學陳仲良教授團隊就西北太平洋和大西洋臺風頻數差異(W-A)變化特征及其歸因問題首次進行了研究，利用歷史臺風觀測資料統計了1975年至今兩個海域臺風發生頻數差異的變化特征；解釋了該變化特征與AMO和IPO變率的關系；說明了像氣溶膠、溫室氣體等外部強迫以及ENSO（El Nino-Southern Oscillation）事件對該變化特征可能的影響。

圖片展示了最近大西洋和西北太平洋之間熱帶氣旋的數量差異。近年來，北太平洋西部的熱帶氣旋發生頻率下降，而北大西洋的熱帶氣旋發生頻率上升，導致兩個盆地之間的熱帶氣旋數量差異減少。

W-A近20年前所未有的變化特征

國際上，從1975年開始利用衛星常規觀測臺風的活動情況，該觀測數據被公認為是最權威和可信的。因此，研究者們通過統計分析1975—2020年的臺風觀測數據，發現W-A隨著時間的推移呈現下降的趨勢以及年代際變化特征，在1998年發生了穩定態的轉換，平均值從1975—1997年的17.4轉變為1998—2020年的8.5。同時，還發現氣候態上臺風發生最多的西北太平洋海域竟然在2005年、2010年、2011年和2020年這四年臺風的年數量小于大西洋，導致W-A呈現負值。

1998—2020年W-A較1975—1997年顯著性下降的部分原因是在這期間，大西洋處于臺風發生頻數偏高時期，而西北太平洋處于臺風發生頻數偏低時期。由于1975—2020年，活躍的大西洋和相對安靜的西北太平洋同時出現只有一次（1998—2020），為了驗證1998年W-A顯著性下降是氣候態上的一種趨勢，還是屬于年代際振蕩的一部分，陳仲良教授團隊把研究數據的起始時間前移到觀測數據相對可信的1944年，發現在1945—1959年，兩大海域臺風發生頻數高低形態類似1998—2020年，W-A屬于相對低值，但是后者數值比前者更低，前者也從沒出現過負值的年份，最終說明從1944年至今，W-A在1998年顯著性下降是前所未有的。

1975—2020年(a)西北太平洋臺風數量時間序列(b)大西洋臺風數量時間序列(c) W-A時間序列（a-c黑色點劃線表示臺風數量逐年變化特征，紅色虛線表示穩態轉換）(d)1945—2020年九點高斯濾波的AMO指數（藍），TPI指數（紅）和W-A（綠），圖中豎線是將研究的時間段分為了AMO+/IPO-和AMO-/IPO+的多個時間段。

前所未有W-A出現的可能歸因

陳仲良教授團隊探究引起近20年W-A下降趨勢的原因，發現伴隨著其中4年大西洋海域的臺風發生頻數超越西北太平洋海域，這類過去差不多80年從未出現過的變化特征的歸因，在于正相位的AMO和負相位的IPO同時期出現（AMO+/IPO-）。它們通過影響兩個海域上空的垂直風切變，導致大西洋處于臺風發生頻數偏高時期，西北太平洋處于臺風發生頻數偏低時期，引起W-A的下降。同時，全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應引起的熱帶大西洋海表溫度上升的趨勢，使得大西洋海域臺風的發生頻數進一步增加；全球變暖對西北太平洋臺風的發生頻數沒有顯著的影響，西北太平洋海表溫度對于臺風生成的海溫條件來說，已經足夠高，海表溫度的進一步增加可能不會引起臺風發生頻數的增加。全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應加強了W-A的下降趨勢的顯著性。另外，眾所周知ENSO對兩大海域上臺風發生頻數有著顯著的影響。拉尼娜年對西北太平洋的臺風發生頻數有著抑制作用，而對大西洋的臺風發生頻次有著增強作用。因此，在太平洋拉尼娜式海表溫度變化趨勢加劇了W-A的減小幅度。

（a）1975—2020年海表溫度與W-A相關性（b）海表溫度趨勢空間分布。圖中等等值線分別代表（a）相關系數、（b）海表溫度趨勢（單位：℃ yr-1）。藍色和紅色填色分別表示通過95%置信度檢驗的（a）負相關和正相關、（b）顯著趨勢。

1998—2020年期間AMO+/IPO-的出現，伴隨著全球變暖和減弱的氣溶膠冷卻效應，以及太平洋拉尼娜式海表溫度變化趨勢，這些因素共同造成了W-A的顯著減小甚至出現負值。與同樣處于AMO+/IPO-階段的1945—1959年時期的W-A相比較，1998—2020年的數值更低，其中更有4年大西洋臺風發生頻數超過西北太平，導致W-A出現負值，這種現象是自1945年以來前所未有的。陳仲良教授認為很有可能是因為近20年的全球變暖效應比以前顯著導致的。

預測W-A未來趨勢的建議

對于臺風在氣候尺度上未來的變化趨勢，國際臺風專家關注不同海域臺風發生頻數的預測，主流方法是利用氣候模式進行數值模擬預測。目前，已有一些氣候模式預測在全球變暖氣候下，大西洋和（或）西北太平洋海域臺風發生頻數未來會減小。國際臺風專家對氣候模式預測臺風活動的能力做了檢驗，但是這種檢驗只是針對單獨的海域，并非大范圍的多海域預測檢驗。因此，對于W-A未來的變化趨勢仍然不清楚。

要使氣候模式能比較準確地預測不同海域臺風活動情況，氣候模式必須具備預測不同海域臺風活動差異的能力。對于預測西北太平和大西洋兩大海域未來臺風活動的情況，陳仲良教授團隊建議，在現有已知氣候態下評估氣候模式再現已知W-A演變特征的能力。氣候模式有能力再現已知的變化特征是其有能力較為準確地預測未來變化趨勢的充分必要條件。