近日,我室张翰研究员及合作者在国际地学领域知名期刊《Geophysical Research Letters》上发表了题为“Oceanic Control on the Long‐Term Intensification of Extreme Tropical Cyclone‐Induced Sea Surface Cooling”的研究论文。论文第一作者为我室与上海交通大学联合培养的博士研究生张浩宇,通讯作者为我室张翰研究员和陈大可研究员,合作者包括浙江海洋大学刘宇教授以及河海大学禹凯副教授。
热带气旋(TC)是破坏性最大的自然灾害之一,准确预报其强度是减少其造成的巨大人员和经济损失的关键。TC过境造成的海面冷却(TCC)是海洋对TC强度的负反馈效应,是影响TC强度的重要因素。同时,TCC因其两周及以上的恢复时间,能够在大气海洋地球系统中留下“印记”,对气候系统产生影响。
以往研究多侧重于TC自身特性(如强度增强、移速变化)来探讨TCC的长期增强趋势。多数研究较少关注上层海洋变化对TCC强度的影响,且普遍认为海洋层结对TCC的长期影响微乎其微。然而,这些结论主要基于多年平均的TCC情况,对极端TCC事件的讨论相对匮乏。
本文采用了多源数据统计降尺度分析方法,对原有的TC潜在强度框架(SSTPI)扩展为整合了上层海洋热力信息的海洋耦合潜在强度框架(OCPI),讨论了极端TCC事件的主要影响因素。研究结果表明,OCPI对于解释极端TCC的变化较SSTPI有较大提升,并且使用上层海洋温度计算出的抑制指数是解释极端TCC变化的最优因子。这表明上层海洋控制了极端TCC的长期增强。此外,我们揭示了西北太平洋海盆尺度下极端TCC长期增强的原因,主要是由于TC向极地迁移和副热带上层海洋层化增强的共同作用。最后,研究结果表明,西北太平洋热带与副热带海盆的上层海洋层结长期变化呈现偶极子模式。这种差异进一步凸显了该海域上层海洋热结构变化的复杂性,从而加剧了解释极端TCC变化的难度。

图1:(a) 1981-2001 年和2003-2023 年期间TC个数的差异;(b) 1981-2023 年期间功率耗散指数的十年趋势;(c, d) 分别按1°C 和2°C 的TCC 临界值计算的CI。在99% 置信度下具有显著统计趋势的区域用黑点标出。正负号也表示在99%置信度下显著。

图2:1981 至 2023 年 TCC 超越概率 (a);使用 SGS 分布拟合的 TCC PDF (b);平均 (c),热带地区 (d) 和亚热带地区 (e) 的 TCC 时间序列;极端 TCC 事件时间序列 (f-h);典型 TCC 事件(>1°C)年比例时间序列 (i-k)。绿线表示 9 年滑动平均值,橙线表示线性趋势。左下角显示了假设残差正态的趋势和标准误差。所有p值均小于 0.01,表明在 99% 置信度下具有统计意义。

图3:SSTPI的十年趋势分布图(a-c);选择EN4(d-f)和GODAS(g-i)计算 1981-2023 年 OCPI 的十年趋势分布图。采用再分析数据ERA5(a、d、g)、MERRA2(b、e、h)和 NCEP(c、f、i)。在 99% 置信度下趋势显著的区域用黑点标出。
论文引用:Zhang,H., Zhang, H., Liu, Y., Yu, K., Chen, D. (2025). Oceanic control on the long-term intensification of extreme tropical cyclone-induced sea surface cooling. Geophysical Research Letters,52,e2025GL115192. https://doi.org/10.1029/2025GL115192
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