复旦大学发最新:Nature

11月16日,复旦大学王桂华团队Nature在线发表题为“Ocean currents show global intensification of weak tropical cyclones”的研究论文,该研究发现在1991-2020年期间,基于来自表面漂移体的大量高度精确的洋流数据显示所有海洋盆地的弱TCSs(即热带风暴到基于萨费尔-辛普森尺度的1类TCSs)都增强


这些漂移器将“holy sock”锥筒埋在15米深,以减少海气界面过程引起的偏差,从而精确测量近表面流,即使是在最具破坏性的塔下。全球海流速度呈~4.0 cm s−1 / 10年的强劲上升趋势,与TCS强度呈1.8 m s−1 / 10年的正趋势相对应。进一步分析表明,全球TCSs在整个强度分布上都有所加强。鉴于最先进的气候模型未能完全复制这些趋势,这些结果作为历史基线,对评估模型物理、模拟和预测至关重要。


除了对经济和社会的巨大破坏性影响外,TCSs在大气-海洋系统中发挥着重要作用。TCSs强度通常用10米高度的1分钟、2分钟或10分钟最大持续地面风速来定义。然而,这个参数不仅是出了名的难以预测,而且从观察结果中精确估计也极其困难。Dvorak技术是一种广泛用于从卫星图像估算TCSs强度的经验方法。在实际应用中,该技术首先从云模式和红外云顶温度估计最终T数(final T number, FT),然后根据若干规则从FT中获得电流强度数(current intensity number, CI),最后使用标准表将CI转换为最大持续风(maximum sustained wind, MSW)。由于FT估计的主观性、CI赋值和使用中的转换表的差异,即使基于相同的信息,不同机构对强度的估计也可能相差很大,特别是对于小于90 kt和大于125 kt的1分钟最大风速。因此,使用这种主观技术获得的“最佳轨迹”数据集中的TCSs强度对趋势分析具有很大的不确定性。

从海洋动力学中可以看出,TCSs与洋流之间存在着密切的关系,并得到了各种观测的证实,这些观测包括声学多普勒洋流剖面仪、机载消耗性洋流剖面仪、系泊和漂流浮标、电磁自主剖面探测浮标和表面漂浮物。虽然风速计在海气边界不明确的情况下无法发挥作用,但表面漂移器配备了标称15米流的锥管,不会受到海气界面过程(例如风和破浪)的强烈影响。从热带风暴到5类气旋的近地表电流响应已经提供了有力的证据。这表明考虑到表面漂浮者对大量直接近表面海流的测量,洋流观测可以提供对TCSs强度的替代估计。

与弱TCSs(定义为测量时最大持续风速在17 – 42米秒– 1之间的1分钟)相关的漂移记录超过85,000个,而强TCSs的漂移记录(5800个)要少得多。重要的是要确保有足够的漂移观测量来合成不同时间段的TCSs风场,从而分析TCSs强度的变化趋势。

在这项研究中,通过采用每变量十个事件的方法(EPV)作为样本量考虑的最小准则,研究人员确认此时在全局上,漂移记录足以合成弱TCSs的风场,但不足以合成强TCSs的风场。尽管弱TCSs占所有TCSs的70%,但用德沃夏克技术准确估计其强度要困难得多。在1991-2020年的每5年期间,研究人员将复合TCSs风与基于Batts台风风场模型的理论TCS风进行了比较,发现两者之间的差异很小(即小于0.5 m s−1)。具体来说,尽管前5年的漂移记录数量很少(7165条,其中约23%发生在最近5年),但复合TCS风场仍然与理论TCS风场非常相似。这证明了所提出的方法在构建TCS风场和利用漂移电流测量估算TCS强度趋势方面的有效性和准确性。

该研究通过漂流观测和基于卫星的TCSs诱导的海面冷却表明,弱TCs在近几十年增强了。这与从传统最佳轨迹数据集推断出的变化不同,传统最佳轨迹数据集只显示了强TCs的增强。弱TCs强度的增加与TCs发展的大尺度大气环境中观测到的趋势一致,特别是热力场(即势强和对流层中部相对湿度)。上层海洋热分层变化的贡献相当有限。最先进的气候模型没有模拟到观测到的弱TCs的增强,这对目前的模型物理和预测提出了挑战。由于绝大多数TCS都属于弱类别,研究人员发现弱TCS的增强有助于模型改进和TCS预测。

最重要的是,研究人员提出了另一种精确的方法来估计遥远海洋的TCS强度。在这一阶段,现有的漂移器数据将我们对全球TCS强度的检测限制在17-42米每秒的风速范围内,但TCS强度PDF的变化似乎意味着全球向更高强度的总体转移。在NWP(唯一拥有足够漂移数据的盆地)上,强TCs的洋流速度显示出每年约0.6 cm s−1的上升趋势。

弱TCs诱导的海面降温(图源自Nature )

总的来说,这项研究表明随着时间的推移,越来越多的漂移数据积累,该研究使用方法有潜力揭示TCS强度的全谱变化。观察和识别TCS强度的这种光谱变化非常重要,无论是就其本身而言,还是对测试高分辨率模型而言。


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05326-4

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