地球科学进展

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (5): 515 -532. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.079

全球变化研究 上一篇    下一篇

全球变化背景下热带气旋主要变化特征及影响因素
韩岩松 1( ), 姜伟 1 , 2( ), 肖玉雯 1, 雍阳阳 1, 余克服 1 , 2   
  1. 1.广西南海珊瑚礁研究重点实验室/广西大学海洋学院, 广西 南宁 530004
    2.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519080
  • 收稿日期:2022-09-30 修回日期:2022-11-30 出版日期:2023-05-10
  • 通讯作者: 姜伟 E-mail:hanyansong1999@163.com;jianwe@gxu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目“南海北部岸礁区海底地下水排泄的高分辨率珊瑚记录”(41976059);国家自然科学基金重点项目“全新世南海珊瑚礁发育的时—空差异及其对全球变暖的适应机制”(42030502)

Main Change Characteristics and Influencing Factors of Tropical Cyclones Under the Background of Global Change

Yansong HAN 1( ), Wei JIANG 1 , 2( ), Yuwen XIAO 1, Yangyang YONG 1, Kefu YU 1 , 2   

  1. 1.Guangxi Laboratory on the Study of Coral Reefs in the South China Sea/School of Marine Sciences, Guangxi University, Nanning 530004, China
    2.Southern Marine Science and Engineering;Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai Guangdong 519080, China
  • Received:2022-09-30 Revised:2022-11-30 Online:2023-05-10 Published:2023-05-10
  • Contact: Wei JIANG E-mail:hanyansong1999@163.com;jianwe@gxu.edu.cn
  • About author:HAN Yansong (1998-), male, Baiyin City, Gansu Province, Master student. Research area includes ocean global change. E-mail: hanyansong1999@163.com
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China “High-resolution coral records of submarine groundwater discharge in the fringing reefs of the northern South China Sea”(41976059);“The spatial and temporal variations of Holocene coral reef development in the South China Sea and their significance on corals’ adaptation to global warming”(42030502)
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热带气旋是可以影响全球中低纬度海域的气象现象。系统总结和回顾了国内外热带气旋的主要特征、潜在影响因素及影响机制的相关研究进展，并对其在全球变化背景下的变化趋势进行了总结和剖析。全球变暖以来，热带气旋的源地和路径都出现极移的趋势，移动速度略有增加，频率减小并且强度增大，但各大洋存在显著差异。重点回顾了火山活动、厄尔尼诺—南方涛动和太平洋年代际振荡、太阳辐射、热带辐合带以及气溶胶等因素对热带气旋的影响。其中，火山喷发导致平流层存在大量气溶胶，通过降低海表温度对热带气旋产生消极影响，但这种机制存在地域性差异；厄尔尼诺—南方涛动和太平洋年代际振荡以遥相关的方式调制全球热带气旋活动；太阳辐射和热带辐合带的变化与热带气旋频数存在相关性；气溶胶对不同发展阶段的热带气旋存在相反的影响机制。由于器测热带气旋数据在时间长度上和大部分替代指标在分辨率上的不足，严重制约了全球变化背景下热带气旋潜在影响因素的研究。未来可以通过寻找高分辨率记录载体来量化热带气旋活动历史，进一步解析热带气旋与潜在影响因素的关系，完善在气候波动影响下热带气旋活动的变化机制。

关键词: 全球变暖, 热带气旋, 火山活动, 厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）, 太阳辐射, 热带辐合带, 气溶胶

Tropical Cyclones (TCs) are meteorological phenomena that affect middle and low latitudes worldwide. This paper systematically summarizes and reviews the research progress on the main characteristics, potential influencing factors, and influencing mechanisms of TCs at home and abroad, and summarizes and analyzes their changing trends under the climate background of GW. With the significant increase in global temperature, the sources and tracks of global TCs have shifted poleward, with a slight increase in translation speed, decrease in frequency, and increase in intensity; however, there are significant differences in each ocean. This paper focuses on reviewing the effects of volcanic activity, El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO), Pacific Decadal Oscillation (PDO), solar radiation, Intertropical Convergence Zone (ITCZ), and aerosols on TC activity. Volcanic eruptions release a large amount of aerosols in the stratosphere, thereby reducing sea surface temperature and negatively affecting TCs. However, there are regional variations in this mechanism. ENSO and PDO modulate the global TC activity through teleconnections, while changes in solar activity and ITCZ are also associated with TC activity. Aerosols have opposite influence mechanisms on TCs at different development stages. Due to the lack of time length and the coarse resolution of most surrogate indicators of instrumental TC data, research on the impact of potential influencing factors on TCs under long-term climate fluctuations is severely restricted. In the future, we should be able to quantify the history of storm activities by finding high-resolution record carriers, thereby further analyzing the relationships between TCs and potential influencing factors, and improving our understanding of the change mechanism in TC activity under the influence of climate fluctuations.

Key words: Global warming, Tropical cyclone, Volcanic activity, ENSO, Solar radiation, Intertropical Convergence Zone, Aerosol.

中图分类号: 

图1 热带气旋生成位置（a）和路径（b）
（a）1842—2021年全球热带气旋生成位置；（b）2018—2021年全球热带气旋路径（数据来源于IBTrACS ［ 10 ］）；WP表示西北太平洋、EP表示东北太平洋、SP表示南太平洋、NA表示北大西洋、NI表示北印度洋和SI表示南印度洋
Fig. 1 Generation locations （a） and tracks （b） of Tropical Cyclones （TCs）
（a） The global TC formation positions from 1842 to 2021；（b） The global TC tracks from 2018 to 2021 （data are from IBTrACS ［ 10 ］）；WP： West Pacific， EP： East Pacific， SP： South Pacific， NA： North Atlantic， NI： North Indian， SI： South Indian
表1 2011— 2021年全球热带气旋的年平均发生数及占全球总数的百分比
Table 1 Annual average occurrence and percentage of global Tropical Cyclones （ TCs） from 2011 to 2021
源地名称 IBTrACS数据集记录的年平均发生数/个 （占全球总数的百分比/%） 近中心风力大于等于8级年平均发生数/个（占全球总数的百分比/%） 近中心风力大于等于12级年平均发生数/个（占全球总数的百分比/%）
北印度洋 9.8（8.60） 2.9（4.90） 0.2（1.20）
南印度洋 17.2（15.00） 9.1（15.30） 2.0（12.05）
南太平洋 10.8（9.40） 7.0（11.80） 2.0（12.05）
北大西洋 19.9（17.40） 12.9（21.80） 4.6（27.70）
西北太平洋 33.4（29.10） 22.6（38.10） 7.2（43.40）
东北太平洋 23.5（20.50） 4.8（8.10） 0.6（3.60）
全球 114.6（100.00） 59.3（100.00） 16.6（100.00）
图2 不同区域年平均热带气旋移动速度的时间序列及其线性趋势
1949—2016年趋势用实线表示，1970—2016年趋势用虚线表示（数据来源于参考文献［ 21 ］）
Fig. 2 The annual average Tropical Cyclone Translation Speed （TCTS） time series and its linear trend in different regions
The trend from 1949 to 2016 is represented by solid line and the trend from 1970 to 2016 is represented by dotted line （data are from reference ［ 21 ］）
表2 衡量热带气旋强度的主要指标
Table 2 Main indicators of Tropical Cyclone （ TC） intensity
热带气旋强度指标 英文名 主要特征 参考文献
最大潜在强度 MPI （Maximum Potential Intensity） 根据海表温度和大气热力结构衡量热带气旋强度 ［ 24 ］
飓风破坏潜力指数 HDP （Hurricane Destruction Potential） 用风速平方衡量飓风破坏力 ［ 25 ］
台风破坏潜力指数 TDP （Typhoon Destruction Potential） 用风速平方衡量台风破坏力 ［ 25 ］
气旋能量指数 ACE （Accumulated Cyclone Energy） 用最大风速的累积平方和表征热带气旋的破坏潜力 ［ 26 ］
能量耗散指数 PDI （Power Dissipation Index） 考虑热带气旋的强度、频率和持续时间，最大风速的立方积分 ［ 27 ］
生命史最大强度 LMI （Lifetime Maximum Intensity） 表征热带气旋强化量 ［ 28 ］
潜在影响指数 TCPI （Tropical Cyclone Potential Impact） 考虑频数、强度、范围和持续时间等因素，衡量综合热带气旋综合破坏力 ［ 29 ］
动态强度潜力 DPI （Dynamic Potential Intensity） 考虑盐度，表征热带气旋强化的真实过程 ［ 30 ］
图3 1980—2019年全球主要海域热带气旋年际频率变化
这里指风速大于等于17.2 m/s的热带气旋。实线表示热带气旋数，虚线表示线性趋势（数据来源于参考文献［ 31 ］）
Fig. 3 Interannual frequency changes of Tropical Cyclones （TCs） in major global seas from 1980 to 2019
This refers to tropical cyclones with wind speed ≥17.2 m/s. The solid line shows the number of TCs and the dotted line shows the linear trend （data are from reference ［ 31 ］）
图4 1980—2010年全球主要海域热带气旋年际气旋能量指数变化（数据来源于参考文献［ 42 ］）
十字标识气旋能量指数年总值，线条取5年滑动平均
Fig. 4 Interannual changes of Accumulated Cyclone Energy （ACE） changes of Tropical Cyclone （TC） in the main sea areas of the world from 1980 to 2010 （data are from reference ［ 42 ］）
Crosses mark the annual value of ACE，while lines show 5 years running means
图5 1980—2019年北大西洋热带气旋频率和大西洋多年代际振荡分布
AMO使用7~10月平均数据，热带气旋数据来源于参考文献［ 31 ］，AMO数据来源于http：//climexp.knmi.nl/data/iamo_ersst_a.txt
Fig. 5 Tropical Cyclone （TC） frequency and Atlantic Multidecadal Oscillation （AMO） distribution in the North Atlantic from 1980 to 2019
AMO is 7~10 months average in figure， TC data are from reference ［ 31 ］， AMO data are from http：//climexp.knmi.nl/data/iamo_ersst_a.txt
图6 1980—1996年和1997—2013年的熵亏损（a）、潜在强度（b）、垂直风切变（c）、涡度（d）、海表温度（e）和500 hPa高度处的湿度（f）季节平均差异
北半球使用8~10月数据，南半球使用1~3月数据，图片来源于参考文献［ 11 ］
Fig. 6 Seasonal mean differences between 1980—1996 and 1997—2013 for： entropy deficit （a）， potential intensity （b）， shear wind shear （c）， vorticity （d）， skin temperature （e） and humidity at 500 hPa （f）
The data of northern hemisphere is from August to October， the data of southern hemisphere is from January to March， figures are from reference ［ 11 ］
图7 埃尔奇琼火山和皮纳图博火山喷发前3年和喷发后3年大西洋的季节性热带气旋数（a）、热带气旋持续时间（b）、季节性气旋能量指数（c）和生命史最大强度变化（d）（数据来源于参考文献［ 48 ］）
Fig. 7 Changes in number of seasonal Tropical Cyclone （TC） （a）， duration of TC （b）， seasonal Accumulated Cyclone Energy （ACE） （c） and Lifetime Maximun Intensity （LMI） （d） in the Atlantic Ocean during the three years before and after the eruption of El Chichón and Mount Pinatubo （data are from reference ［ 48 ］）
图8 1950—2007年西北太平洋MEI指数（a）、PDO指数（b）和热带气旋频率（c）变化
热带气旋分类采用萨菲尔—辛普森等级（数据来源于参考文献［ 101 ］）
Fig. 8 MEI （a）， PDO index （b） and Tropical Cyclone （TC） frequency （c） in the Northwest Pacific from 1950 to 2007
TC classification is based on the Saffir-Simpson scale （data are from reference ［ 101 ］）
图9 1996—2006年多海域热带气旋数和太阳磁暴数变化（数据来源于参考文献［ 130 ］）
Fig. 9 Variations in the annual number of Tropical Cyclones （TCs） and planetary geomagnetic index in multiple sea areas from 1996 to 2006 （data are from reference ［ 130 ］）
图10 1980—2016年大西洋热带辐合带的纬度变化和热带气旋数的变化
虚线为线性趋势，数据来源于参考文献［ 24 ， 138 ］
Fig. 10 Annual variation in latitude of Intertropical Convergence Zone （ITCZ） and frequency of Tropical Cyclones （TCs） in the Atlantic Ocean from 1980 to 2016
Dashed lines indicate linear trends and data are fromreferences ［24，138］
图11 1979—1996年和1997—2010年阿拉伯海季风前和季风后生命史最大强度（a）和垂直风切变（b）的变化（数据来源于参考文献［ 145 ］）
Fig. 11 Changes of Lifetime Maximum Intensity （LMI） （a） and vertical wind shear （b） in the Arabian Sea before and after monsoon， 1979-1996 and 1997-2010 （data are from reference ［ 145 ］）
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