【现代气象】21世纪热带气旋预计因人为变暖而减少

2184

CMIP6模拟预测人为变暖将导致全球热带气旋频率下降

在气候变暖背景下，热带气旋（TC）频率的变化仍存在高度不确定性，模型模拟常得出相互矛盾的结果。近期，南信大等高校的研究者，通过分析SSP5-8.5情景下26个CMIP6模型发现，到21世纪末全球热带气旋频率将下降2%-10%。这种下降由类厄尔尼诺增温模式驱动，其特点是赤道中东太平洋、赤道大西洋和北印度洋的变暖加剧。

一、引言

随着全球变暖加剧，热带气旋活动对人类活动引起的气候变暖如何响应已成为社会关注焦点，因其对人类生命和经济造成的重大影响。过去、现在和未来，大量研究探讨了气候变化对全球热带气旋活动的影响。然而，观测记录的质量和时长限制，仍为检测和归因人类活动变暖对热带气旋活动的影响带来挑战，阻碍了为未来预测变化提供观测证据的能力。最新综述表明，全球变暖总体上会增强热带气旋伴随的风速和降雨量。IPCC第六次评估报告指出，随着气候变暖，全球热带气旋的平均峰值风速、4-5级强台风占比及平均降雨率极可能增加，而全球热带气旋发生频率可能减少或基本不变。尽管热带气旋频率是评估气候变化对热带气旋影响的关键指标，但目前尚无明确的观测证据支持热带气旋频率存在长期趋势。

全球气候模式（GCMs）是预测热带气旋频率未来变化的重要工具。然而这些数值模式在模拟热带气旋频率变化时存在不一致性，无论是历史模拟还是未来预测。这种不确定性主要源于模式模拟热带气旋能力的差异，以及预测的热带气旋指标和相关环境场稳健性的不同。目前针对全球变暖背景下热带气旋频率将如何变化，建模研究尚未达成共识——尽管多数气候模式预测热带气旋频率会减少，但仍有部分模式预测其频率将增加。

基于统计-动力降尺度框架的研究普遍预测全球热带气旋(TC)频率将呈上升趋势。然而最新研究表明，统计-动力降尺度方法得出的TC频率变化对气旋生成指数的性能极为敏感，尤其是这些指数所包含的湿度参数。近年来，高分辨率模型被广泛用于预测未来TC频率变化。通过直接检测和追踪高分辨率模型输出中的TC，大多数研究预测未来TC频率将下降。但另有部分采用高分辨率模型的研究却模拟出全球TC频率上升的现象。与直接在模型中识别类TC特征不同，一项采用替代性TC检测方法的研究（该方法基于从较大尺度动力和热力学条件诊断风暴）发现CMIP5中预测的全球TC频率呈下降趋势。

对驱动热带气旋频率响应气候变化的物理机制认识不足，是导致未来预测缺乏信心的原因之一。既往研究提出两种主要假说——上升质量通量假说和饱和差假说来解释全球热带气旋频率的预测变化。上升质量通量减弱会促进干空气侵入，抑制热带气旋形成并可能削弱低层质量辐合，从而阻碍热带气旋尺度涡旋的发展；而饱和差增大会增强通风效应，进一步限制热带气旋的形成与发展。然而这些假说仍不足以完全解释不同模型模拟结果的差异。深入理解驱动热带气旋频率变化的物理机制，将有助于阐释未来预测结果并增强对模型预测的信心。

图1 热带气旋频率趋势的空间分布及各热带气旋盆地的变化情况。a为2015–2099年多模式集合平均热带气旋频率趋势的空间分布。北半球季节定义为7月至10月，南半球季节定义为1月至4月。灰色圆点表示趋势在95%置信水平上显著。方框标注各海盆热带气旋生成的主要发展区域（MDR）：西北太平洋[5°N–30°N, 110°E–150°E]、东北太平洋[5°N–20°N, 120°W–80°W]、北大西洋[5°N–30°N, 80°W–10°W]、南印度洋[5°S-25°S, 40°E-135°E]、南太平洋[5°S–25°S, 135°E–140°W]、中太平洋[5°N–30°N, 160°E–130°W]。图b为21世纪末期（2070–2099年）相对于21世纪初期（2015–2025年）热带气旋频率百分比变化的小提琴图。阴影部分显示26个CMIP6模式的热带气旋频率变化概率密度分布（黑点），蓝线表示变化范围，红点代表多模式集合平均值。箱线图展示自助法检验的95%置信区间。

图2 各海区DGPI趋势的空间分布及单因素对DGPI趋势的贡献。2015–2099年期间多模式集合平均趋势的空间分布：(a) DGPI，(b) ENGPI。灰色圆点表示趋势在95%置信水平上显著。方框标注了各海盆热带气旋生成的主要发展区域（MDR）。(c) 各海盆平均DGPI趋势（蓝色）及四个独立因子（850 hPa绝对涡度[橙色]、垂直风切变[绿色]、600 hPa垂直运动[红色]和500 hPa纬向风切变涡度[紫色]）对该趋势的贡献。(d) 同(c)，但展示ENGPI（蓝色）及其四个因子（850 hPa绝对涡度[橙色]、垂直风切变[绿色]、600 hPa相对湿度[红色]和潜在强度[紫色]）。柱状图上方的“*”号表示通过Mann-Kendall检验具有统计显著性的趋势。

二、未来热带气旋减少

利用CMIP6多模式在SSP5-8.5情景下2015至2099年的未来模拟数据，对热带气旋频率变化进行预测。研究发现，全球热带气旋频率呈现显著下降趋势，到21世纪末将下降2%-10%。北太平洋区域的风暴减少主要集中在西西北太平洋和东东北太平洋，而中太平洋和西东北太平洋则呈现明显增加趋势。其余海盆均表现出全域一致性的减少特征。

三、归因

通过分析环境场对热带气旋频率变化的贡献度，研究人员深入探究了驱动这些变化的潜在物理机制。

研究采用两种TC生成潜势指数：同时包含动力与热力因子的Emanuel-Nolan生成潜势指数（ENGPI），以及仅包含动力因子的动态生成潜势指数（DGPI），用以评估大尺度环境对TC形成的影响。ENGPI与DGPI的空间变化格局与TC频率的预估变化高度吻合（图2a、b），唯一显著差异体现在南印度洋东部区域的ENGPI大幅上升。GPIs的变化表明，TC频率的预估变化具有较强可靠性，可归因于大尺度动力与热力条件的改变。

结果表明，海表温度增暖模态通过调控大气环流，对全球热带气旋频率变化具有重要调制作用——TC频率下降由类厄尔尼诺增温模式驱动，其特点是赤道中东太平洋、赤道大西洋和北印度洋的变暖加剧。这些非均匀的海表温度（SST）变化趋势削弱了纬向海温梯度，抑制了沃克环流，并引发吉尔型大气对局地加热的响应，此外还导致热带辐合带向赤道方向偏移。这些变化使大部分海区的上升运动减弱，从而抑制热带气旋生成。此外，辐射强迫作用减弱了半球间的温度差异，抑制了跨赤道的Hadley环流，并进一步降低了热带气旋的发生频率，这一现象在印度洋南部尤为显著。

图3 2015年至2099年相对海表温度、相对海平面气压及风场的变化趋势。2015至2099年7月至10月期间，多模式集合平均的相对海表温度（10−2 °C；填色）与850 hPa风场（m s−1；矢量）的趋势（a），以及相对海平面气压（SLP，Pa；填色）与200 hPa风场（m s−1；矢量）的趋势（b）。图c、d分别对应1月至4月的（a、b）同类数据。填色区域与黑色矢量标示的数值表示通过95%置信度检验的显著趋势。

图4 2015年至2099年降水、气压垂直速度及辐散风变化趋势。2015–2099年7–10月期间，多模式集合平均的降水趋势（10−7毫米/天）和500百帕欧米伽（10−4帕/秒）与200百帕辐散风（米/秒）的分布。图c、d与a、b相同，但对应1–4月。阴影和黑色矢量标示了置信度达95%的显著趋势。图a中紫色线条表示2015–2099年间热带辐合带（ITCZ）的平均位置。

这项研究的结果凸显了海表温度空间非均匀变暖对调节热带气旋活动的关键作用，并强调必须降低未来海表温度预测的不确定性。这些发现深化了对气候驱动下热带气旋预测的物理理解，为脆弱地区的适应规划提供了重要指导。

参考文献：
Zhao, K., Zhao, H., Klotzbach, P.J. et al. Anthropogenic warming projected to drive a decline in global tropical cyclone frequency in CMIP6 simulations. npj Clim Atmos Sci 9, 58 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01330-x