西北太平洋与大西洋热带气旋发生频数的演变特征及其可能归因

从历年热带气旋（台风）发生频数的统计情况来看，西北太平洋是全球台风发生最多的海域，平均每年有26个左右，大西洋平均每年有13个左右。由于大气和海洋动力和热力条件的变化，各个海域上的台风活动也存在着显著的年际和年代际变化。从1995年开始，大西洋上的台风发生频数较以前有明显的增大，国际台风专家认为大西洋多年代际振荡（AMO）的年代际变化、气溶胶冷却作用的减小，以及全球变暖的共同作用导致大西洋上台风发生频数的增加；对于西北太平洋台风发生频数而言，从1998年开始呈现与大西洋相反的变化趋势，对于这种变化趋势的归因，太平洋年代际振荡（IPO）和AMO有一定的贡献。绝大多数的台风发生在西北太平洋和大西洋，两个海域台风发生频数的差异在时间轴上具有什么样的变化特征？导致该变化特征的归因有哪些？解决以上的问题，对于评估全球气候数值模式能否模拟出差异的变化特征有着重要的指导意义，对于预测未来两个海域台风发生频数的变化趋势更是如此。

香港城市大学陈仲良教授团队就西北太平洋和大西洋台风频数差异(W-A)变化特征及其归因问题首次进行了研究，利用历史台风观测资料统计了1975年至今两个海域台风发生频数差异的变化特征；解释了该变化特征与AMO和IPO变率的关系；说明了像气溶胶、温室气体等外部强迫以及ENSO（El Nino-Southern Oscillation）事件对该变化特征可能的影响。

图片展示了最近大西洋和西北太平洋之间热带气旋的数量差异。近年来，北太平洋西部的热带气旋发生频率下降，而北大西洋的热带气旋发生频率上升，导致两个盆地之间的热带气旋数量差异减少。

W-A近20年前所未有的变化特征

国际上，从1975年开始利用卫星常规观测台风的活动情况，该观测数据被公认为是最权威和可信的。因此，研究者们通过统计分析1975—2020年的台风观测数据，发现W-A随着时间的推移呈现下降的趋势以及年代际变化特征，在1998年发生了稳定态的转换，平均值从1975—1997年的17.4转变为1998—2020年的8.5。同时，还发现气候态上台风发生最多的西北太平洋海域竟然在2005年、2010年、2011年和2020年这四年台风的年数量小于大西洋，导致W-A呈现负值。

1998—2020年W-A较1975—1997年显著性下降的部分原因是在这期间，大西洋处于台风发生频数偏高时期，而西北太平洋处于台风发生频数偏低时期。由于1975—2020年，活跃的大西洋和相对安静的西北太平洋同时出现只有一次（1998—2020），为了验证1998年W-A显著性下降是气候态上的一种趋势，还是属于年代际振荡的一部分，陈仲良教授团队把研究数据的起始时间前移到观测数据相对可信的1944年，发现在1945—1959年，两大海域台风发生频数高低形态类似1998—2020年，W-A属于相对低值，但是后者数值比前者更低，前者也从没出现过负值的年份，最终说明从1944年至今，W-A在1998年显著性下降是前所未有的。

1975—2020年(a)西北太平洋台风数量时间序列(b)大西洋台风数量时间序列(c) W-A时间序列（a-c黑色点划线表示台风数量逐年变化特征，红色虚线表示稳态转换）(d)1945—2020年九点高斯滤波的AMO指数（蓝），TPI指数（红）和W-A（绿），图中竖线是将研究的时间段分为了AMO+/IPO-和AMO-/IPO+的多个时间段。

前所未有W-A出现的可能归因

陈仲良教授团队探究引起近20年W-A下降趋势的原因，发现伴随着其中4年大西洋海域的台风发生频数超越西北太平洋海域，这类过去差不多80年从未出现过的变化特征的归因，在于正相位的AMO和负相位的IPO同时期出现（AMO+/IPO-）。它们通过影响两个海域上空的垂直风切变，导致大西洋处于台风发生频数偏高时期，西北太平洋处于台风发生频数偏低时期，引起W-A的下降。同时，全球变暖和减弱的气溶胶冷却效应引起的热带大西洋海表温度上升的趋势，使得大西洋海域台风的发生频数进一步增加；全球变暖对西北太平洋台风的发生频数没有显著的影响，西北太平洋海表温度对于台风生成的海温条件来说，已经足够高，海表温度的进一步增加可能不会引起台风发生频数的增加。全球变暖和减弱的气溶胶冷却效应加强了W-A的下降趋势的显著性。另外，众所周知ENSO对两大海域上台风发生频数有着显著的影响。拉尼娜年对西北太平洋的台风发生频数有着抑制作用，而对大西洋的台风发生频次有着增强作用。因此，在太平洋拉尼娜式海表温度变化趋势加剧了W-A的减小幅度。

（a）1975—2020年海表温度与W-A相关性（b）海表温度趋势空间分布。图中等等值线分别代表（a）相关系数、（b）海表温度趋势（单位：℃ yr-1）。蓝色和红色填色分别表示通过95%置信度检验的（a）负相关和正相关、（b）显著趋势。

1998—2020年期间AMO+/IPO-的出现，伴随着全球变暖和减弱的气溶胶冷却效应，以及太平洋拉尼娜式海表温度变化趋势，这些因素共同造成了W-A的显著减小甚至出现负值。与同样处于AMO+/IPO-阶段的1945—1959年时期的W-A相比较，1998—2020年的数值更低，其中更有4年大西洋台风发生频数超过西北太平，导致W-A出现负值，这种现象是自1945年以来前所未有的。陈仲良教授认为很有可能是因为近20年的全球变暖效应比以前显著导致的。

预测W-A未来趋势的建议

对于台风在气候尺度上未来的变化趋势，国际台风专家关注不同海域台风发生频数的预测，主流方法是利用气候模式进行数值模拟预测。目前，已有一些气候模式预测在全球变暖气候下，大西洋和（或）西北太平洋海域台风发生频数未来会减小。国际台风专家对气候模式预测台风活动的能力做了检验，但是这种检验只是针对单独的海域，并非大范围的多海域预测检验。因此，对于W-A未来的变化趋势仍然不清楚。

要使气候模式能比较准确地预测不同海域台风活动情况，气候模式必须具备预测不同海域台风活动差异的能力。对于预测西北太平和大西洋两大海域未来台风活动的情况，陈仲良教授团队建议，在现有已知气候态下评估气候模式再现已知W-A演变特征的能力。气候模式有能力再现已知的变化特征是其有能力较为准确地预测未来变化趋势的充分必要条件。