西北太平洋是全球热带气旋活动最活跃的区域之一，每年约有26个热带气旋生成，占全球总数的三分之一左右。这些台风主要集中在6月至10月的台风季节，对东亚和东南亚地区造成严重影响。台风带来的强降雨、洪水和风暴潮不仅对这些地区的经济和基础设施造成破坏，还对当地居民的生命安全构成威胁。尤其在秋季，尽管台风的发生率较低，但其破坏力和经济损失有时会超过夏季台风。

研究表明，海表温度（SST）是影响热带气旋生成的关键因素之一，如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO），维多利亚模态（VM）、太平洋经向模（PMM）等对台风的频率、强度、生成路径等方面均起着重要作用。此外，大气环流和海洋条件的变化也会对台风活动产生影响。为了减轻台风带来的灾害，科学家们致力于改进台风预测模型，深入研究台风活动的气候驱动因素。这对于保护这一地区数亿人的生命财产安全至关重要。提高对热带气旋活动规律的认识，不仅有助于提升气象预报的准确性，还能为制定更有效的防灾减灾政策提供科学依据。

最近，北京师范大学系统科学学院陈晓松教授团队提出了统计系综的本征微观态方法，并将复杂系统中的本征微观态方法应用于大气科学领域。作者基于该方法发现了西太平洋海面温度（SST）异常的一种新模态，称之为马蹄形模态（HWP）（图1a），研究发现该模态2-3月的年际变化与西北太平洋9-10月热带气旋（TC）的生成频次之间存在显著正相关（图1b）。2-3月暖位相的HWP由于开尔文波响应导致赤道太平洋上空出现东风异常，增强了纬向海温梯度，通过风-蒸发-反馈过程进一步导致随后9-10月西北太平洋增暖。秋季海温的升温有利于西北太平洋相对湿度、云量和向下的长波辐射增加，创造有利于热带气旋生成的条件（图2）。基于该模态和维多利亚指数构建的线性回归模型可以较好地再现9-10月西北太平洋热带气旋生成频次的年际变化（图3）。以上分析结果表明，HWP可能是提高热带气旋预测水平的重要指标之一。

图1: (a) 去趋势后SST异常的第三大本征微观状态（HWP）的空间分布。(b) 9-10月西北太平洋TC生成频次（红线）与2-3月HWPI（蓝线）的标准化时间序列，均去除了7年滑动平均和线性趋势。

图2: 2-3月HWPI去趋势后的年际变化与9-10月各种气象要素之间的相关系数。（a）500 hPa的垂直速度，（c）600 hPa的相对湿度，（e）总云量，（g）地表净的热辐射通量（向下为正）。打点的区域表示相关系数通过了95% 的显著性检验。

图3:（a） 1950-2018年，西北太平洋9-10月去趋势后的TC年际频率的标准化时间序列（红线）和线性拟合的热带气旋生成频次（绿线）。拟合的TC频率是基于2 -3月HWPI和1-2月Vicotria指数线性拟合的。（b）与（a）类似，但1950-1985年用于建立线性回归模型，1986-2018年用于检验模型的稳定性，其中，拟合和预测的热带气旋生成频次分别用绿线和蓝线表示。

该论文以 “The frequency of autumn western North Pacific tropical cyclone linking to spring western Pacific SST anomalies”为题于2024年7月12日正式发表在 Environmental Research Letters期刊上。北京师范大学系统科学学院的博士后马旋为论文的第一作者，陈晓松教授和谢飞教授为论文的通讯作者。该论文的研究得到了国家自然基金（42305075, 42375070, 12135003）、国家重点研发计划（2023YFE0109000）、博士后基金（BX20220039，2023M730301）的支持。

论文信息：

Xuan Ma, Fei Xie, Xiaosong Chen, Na Liu, and Rizhou Liang. The frequency of autumn western North Pacific tropical cyclone linking to spring western Pacific SST anomalies.Environmental Research Letters, 19084019(2024).

文章链接：https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad5fa8

供稿：马   旋

编辑：郝林青

审核：李   辉