全球热带气旋移动速度减缓外文翻译资料

 2022-11-09 16:12:52

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全球热带气旋移动速度减缓

James P. Kossin

NOAA国家环境信息中心，天气和气候中心，麦迪逊，威斯康星州，美国

随着地球大气层的升温，大气环流也在变化。这些变化因地区和年份的不同而异，但有证据表明，人为性的变暖会导致夏季热带环流的普遍减弱1-8。由于热带气旋是随着其周围的环境风场移动地，因此有一种合理的推测，即热带气旋的移动速度随着气候变暖而变慢。除了环流变化外，人为变暖还导致大气水汽容量增加，预计降水量普遍会增加9。随着全球气温的升高，热带气旋中心附近的降雨概率也将增加10-12。任何给定地区将发生的与热带气旋有关的降雨的次数与降雨率成正比，与热带气旋的移动速度成反比。在此我发现，在1949-2016年期间，全球热带气旋的移动速度下降了10%，这很可能加剧并可能主导当地降雨总量的增加，这些增长可能是由于热带气旋引起的降雨率上升。减速的幅度因区域和纬度的不同而有很大差异，但总体上与人为排放迫使大气环流预期的变化是一致的。特别重要的是，西北太平洋和北大西洋热带气旋在陆地地区分别减速了30%和20%，在澳大利亚陆地地区减速了19%。2017年哈维飓风13-15在德克萨斯州上空的“停滞”造成的前所未有的降雨总量，是区域降雨量与热带气旋移动速度之间关系的一个显著例子。因此，在考虑当地降雨总量的潜在变化时，热带气旋的移动速度，特别是在陆地上的移动速度与任何系统过去或未来的变化都是高度相关的。

控制热带气旋强度的内部和外部因素之间存在着复杂的相互作用16,17，这通常用气旋旋转速度来描述。除了旋转速度外，热带气旋的移动速度也很大程度上是由环境引导气流控制的。在地面层上最大的热带气旋强度在北半球(南半球)移动向量的右(左)侧，在那里综合了旋转速度和移动速度。因此，热带气旋移动速度减缓将降低两个半球的最大地面相对强度。在较弱的热带气旋中，移动速度与旋转速度的比率可以接近或大于一般比率，特别是在热带地区之外，那里的环境引导气流很强。但对于更具社会关联性的、强的热带气旋，特别是那些在相对较弱的热带信风中移动的热带气旋，这一比率一般较小；在这种情况下，移动速度的减慢会对地面相关最大强度产生相对较小的影响。另外，移动速度的减缓会对当地热带气旋相关降雨产生深远的影响，而这与热带气旋造成的降雨量成正比，与其移动速度成反比；也就是说，移动速度下降一个比例单位对当地降雨总量的影响与相同的降雨率增长比例单位的影响大体相当。

过去，人为变暖被预计将影响全球大气环流的强度和模式1-8。热带气旋一般在这些环流模式中移动，因此它们过去的移动速度可能表明过去的环流变化。特别是，变暖与热带夏季环流减弱有关, 有一种合理的推理，即热带气旋的移动速度可能正在下降。除了改变环流外，根据Clausius-Clapeyron关系2，预计人为变暖每升温1度 (摄氏度)还将使对流层底部水汽容量增加约7%。在全球变暖的情况下，对平均降水量增加的预期有据可查，但量化并不那么简单9,18。全球降水量的增加受到大气能量收支的限制，每升温1度降水量约增加 1%-2%19,20；区域降水中的降水进一步受到区域环流变化驱动的水分收敛变化的控制。与全球降水相比，极端降水可能变化更大，受能量的限制较小21-24。

在变暖的世界中，热带气旋降雨率的数值模拟在预测增加方面是相当准确的10-12。热带气旋对水汽的汇聚非常有效，在其中心附近，降雨率的增加往往最大；在距离其中心更远的地方，模拟降雨率的增加往往较小。靠近热带气旋中心, 降雨率的增加可能超过Clausius-Clapeyron尺度所显示的7%每变暖1度。在最近的全球模拟中，降雨率的最大增幅大约在10%每变暖1度25。因此，人为变暖预计将增加降雨率，降低热带气旋的移动速度。由于当地热带气旋相关降雨量取决于降雨率和移动速度 (移动速度的下降与上述降雨率的增加成比例的地方影响差不多)，这两种人为变暖造成的独立影响预计将增加当地降雨量。正如数值模拟所预测的那样25，全球每升温1度，热带气旋降雨率增加 10%，导致当地降雨量增加，但同时热带气旋的移动速度将减少10%，从而使当地降雨量增加一倍。此外，由于气候变暖，降雨率的增加在距热带气旋中心更远的地方变得更小，因此，雨带降雨率的增加仅是眼壁下模拟降雨率增加的一小部分10-12,25。移动速度没有这样的关系，因此，移动速度的减缓将使当地的降雨量在距离热带气旋中心的所有距离都能增加同样的百分比。这进一步加强了过去和预计的移动速度变化的影响的潜力，它主导着降雨率的变化。

根据全球热带气旋“最佳路径”数据集（见方法），全球和半球年平均移动速度的时间序列如图1所示。在1949-2016年68年期间，全球热带气旋移动速度明显下降了10%（扩展数据表1）。在此期间，全球平均地表温度增加了约0.5℃9。在68年间的后半期，移动速度的全球分布呈现出明显的向较慢速度的转变，并且在大多数分布中差异都非常显著（图2）。这种移速减缓现象在北半球和南半球都有发现（图1），但在北半球更为明显，在北半球，每年热带气旋的数量普遍较大。南半球的时间序列在1980年前后出现了一个变化点，但原因尚不清楚。1980年以前，热带气旋的分析主要依靠极轨卫星提供的热带气旋中心位置；1980年以后，还提供了地球静止卫星。预计卫星信息的这种变化将在热带气旋强度估计中引入异质性26，但热带气旋位置对这种变化相对不敏感。此外，由于速度是在每两次位置之间计算的，因此对沿热带气旋路径的热带气旋位置的估计相对不太准确，而当沿路径平均速度时，沿路径的位置误差大多会相互抵消。

图1 全球和半球时间序列的年平均热带气旋移动速度及其线性趋势。a，b，时间序列的周期是1949-2016年。灰色阴影表示趋势的双侧95%置信区间，已根据需要进行自相关调整（参阅方法）。显示全球数据(a)和南北半球分开的数据(b)的时间序列。全球和北半球数据的趋势置信度约为100% (基于p值；见扩展数据表1)。在双侧95%的置信水平上，南半球的趋势并不显著。

图2 热带气旋移动速度的全球分布变化。这些变化显示在1949-2016年期间的第一和第二部分之间。误差条显示基于自助采样法的双面95% 置信区间 (参阅方法)。后期移动速度低于20 km/h的概率明显较高，早期移动速度高于20 km/h的概率明显较高。

当按区域分析数据时，热带气旋移动速度及其信噪比的趋势变化很大，但除北印度洋外，每个盆地都出现了移速减缓现象（扩展数据图1，扩展数据表1）。在西北太平洋和澳大利亚周边地区（南半球，100°E以东）分别观察到20%和15%的显著放缓。当数据被限制在全球纬度带内时（扩展数据图2，扩展数据表1），在25°N以上和0°和30°S之间的纬度处可以观察到显著的减速。赤道附近的减速趋势往往较小且不显著，而南半球高纬度地区的移动速度有相当大 (但不显著) 的增长趋势。

当仅考虑与水上热带气旋相对应的数据（约占全球最佳路径数据的90％）时，趋势统计数据与全球减缓趋势（扩展数据表1）无法区分。全球10%的数据与陆地上的热带气旋相对应，当地降雨影响变得更具社会相关，也呈现出减缓的趋势，但并不显著。然而，陆地上热带气旋移动速度的变化因地区而异（图3，扩展数据表1）。受北大西洋热带气旋（68年期间减少20%）、西北太平洋热带气旋（减少30%）和澳大利亚地区的热带气旋（减少19%，但意义微乎其微）影响的陆地地区有明显的减缓趋势。这些趋势几乎肯定会增加这些地区的降雨总量，这些地区的降雨量更难以直接衡量。相反，热带气旋在受东北太平洋和北印度洋影响的陆地地区，以及受马达加斯加和非洲东海岸影响的热带气旋移动速度都呈现出加快的趋势，尽管没有一个是显著的。注意，这里显示的几个时间序列表现出异常值，表明趋势线的残差是非正态的;方法中提供了对此处呈现的趋势的稳定性的讨论和分析。

图3 年平均热带气旋移动速度的时间序列及其在陆地和海上的线性趋势。a–f, 显示了各个海洋盆地、陆地（实线）和水（虚线）上的时间序列。灰色阴影表示陆地上趋势的双侧95%置信区间，已根据需要进行自相关调整。区域是北大西洋 (a)、西北太平洋(b)、东北太平洋(c) 和北印度洋 (d) 盆地, 以及南半球东经100°以西 (e) 和东部 (f) 的区域。各区域受影响的陆地区域如扩展数据图3所示。

这里的所有分析都不依赖于热带气旋强度；在某些情况下，在最佳路径数据集中没有任何并行强度估计值的情况下计算移动速度（可获得位置而非强度信息的情况下）。这使得人们对历史最佳路径数据的一致性有了更大的信心，但不允许对数据进行基于强度的分层。这是对这些分析的一个附加说明，因为热带气旋的降雨率已被证明是其强度的函数，更大的降雨率与更强的热带气旋相关。在这种情况下，如果移动速度的趋势由较弱的系统主导，则有可能抵消热带气旋减速的影响；如果移动速度的趋势由较强的系统主导，则有可能加剧这些影响。这是一个未解决的问题。

本文的分析不构成检测和归因研究，因为可能有许多自然和人为因素控制热带气旋的移动速度。例如，在全球平均表面温度升高约0.5℃的时期内，最佳路径数据显示热带气旋全球移动速度降低了10%；然而，这一发现并没有真实地衡量这些相关现象的气候敏感性。为了确定真实的敏感度（即，人为作用下的预期移动速度变化），需要进一步的分析和数值模拟。

除了全球热带气旋移动速度的减缓外，有证据表明热带气旋在几个地区向极地迁移28。与此特别相关的是，发现西北太平洋的迁移率很大，这对区域热带气旋相关的灾害有重大影响29。如果将这一发现与该地区陆地上的移动速度大幅减缓（自1949年以来为30%）结合起来考虑，则灾害增加的可能性会更大，尤其是洪水灾害，这可能会造成特别大的死亡风险30。进一步加剧区域的变化，21世纪末西北太平洋热带气旋降雨率的预计增长约为全球平均增长率的两倍25。这些最近确定的热带气旋路径行为趋势强调，在建立气候变异和变化之间的联系以及过去和未来与热带气旋相关的风险时，不应只考虑热带气旋频率和强度。这些趋势进一步支持了人类因素在社会相关方面改变热带气旋行为的观点。继续研究热带气旋和气候之间的联系对于了解和预测全球范围内发生的风险变化至关重要。

文中的分析表明了移动速度的变化，但局部降雨总量也受移动方向的影响。例如，一个热带气旋沿着某一区域的环绕移动，可能会沿着路径快速移动，但由于空间上的限制，该区域的降雨量总量仍然很大。2017年，飓风哈维不仅在得克萨斯州上空缓慢移动，而且还逆转了方向，从而在特别长的时间内影响了同一地区。目前还没有正式定义什么是“停滞的路径”，尽管这个术语已经被用来描述飓风哈维的路径。关注在地理上受到限制的热带气旋的未来研究是有必要的。

参考文献：

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