连续ENSO事件期间西北太平洋ENSO-热带气旋关系的中断

《Weather and Climate Extremes》：Disruption of the ENSO–Tropical Cyclone Relationship in the Western North Pacific during Successive ENSO Events

　　

研究人员利用ERA5再分析数据集、ERSSTv5海表温度数据、IBTrACS热带气旋记录（1965–2023）以及动态生成潜势指数（DGPI），证明ENSO与西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）活动之间的典型关系在连续ENSO事件期间显著减弱。反转（Reversal）ENSO事件触发全 basin 一致的气旋异常并显著提升7–9月累积气旋能量（JAS ACE）；孤立（Isolated）事件产生较弱但仍为正向的TC响应；而连续（Successive）事件在WNP上空诱发独特的气旋–反气旋偶极子。该偶极结构在主TC生成区施加相互抵消的动力影响，导致ACE响应不显著。DGPI因子分解揭示此种抵消主要由受抑制的低层涡度与增强的中层上升运动之间的竞争驱动。CMIP6/HighResMIP高分辨率气候预估表明，未来增暖情景下连续ENSO事件频率约增加30%。研究结果表明，连续ENSO盛行度上升将降低WNP TC的季节可预报性，需将ENSO时间分型整合进业务预报框架。

研究背景与问题提出

西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）通过极端大风、暴雨和风暴潮对东亚及东南亚沿海社会构成重大威胁，提升其季节可预报性是区域减灾与气候适应的核心。ENSO作为年际气候变率主驱动力，传统上被认为在El Ni?o年使WNP TC生成东移、强台风增多、垂直风切变改变，从而增强累积气旋能量（ACE）。然而ENSO存在孤立（Isolated）、反转（Reversal，相位切换）与连续（Successive，同相位持续≥2年）三种时间演化类型，近数十年连续ENSO频率上升，但其对WNP TC的调制机制不明，传统ENSO–TC关系在多年持续事件中是否失效尚未厘清。该文发表于《Weather and Climate Extremes》，旨在揭示连续ENSO年ENSO–TC关系中断的物理机制及其对未来预报的含义。

主要技术方法

研究人员基于1965–2023年IBTrACS v04 TC最佳路径资料（TC达热带风暴级及以上，WNP域0°–40°N、100°E–180°），ERSSTv5海温与Ni?o 3.4指数（5°S–5°N、170°W–120°W）做ENSO识别，ERA5 0.25°再分析提取多层风、相对涡度与垂直速度；以ONDJF平均Ni?o 3.4异常±0.5°C划分Isolated（10年）、Reversal（17年）、Successive（15年）三类。ACE按6小时间隔最大风速平方求和；动力生成潜势指数（DGPI）由850 hPa绝对涡度、500 hPa垂直速度、200/850 hPa垂直风切变、500 hPa纬向风经向梯度四因子构成，并做单因子置换分解；CMIP6 HighResMIP取11个模式hist-1950与SSP5-8.5下highres-future模拟，TRACK算法检出的TC路径计算频率与ACE。

研究结果

3.1 三类ENSO频率与年代际变化

1965–2023年共42个ENSO年，Reversal占41%、Successive占36%、Isolated占24%。Successive事件频率呈U形回升，1990年代初最低<1次/十年，21世纪升至5次/十年峰值，与PDO负位相增多及海洋记忆增强有关。

3.2 不同ENSO类型对WNP JAS ACE的影响

合成分析显示全ENSO年El Ni?o使ACE增约6×10⁴ m² s^?2、La Ni?a减约4×10⁴ m² s^?2。Isolated El Ni?o ACE正异常显著（p=0.002，>8×10⁴）；Reversal El Ni?o显著增（p=0.003，~8.5×10⁴）、La Ni?a显著减（p<0.05）；Successive El Ni?o/La Ni?a ACE均近气候态、不显著，传统关系中断。

3.3 大尺度环境场差异

3.3.1 环流与海温异常

El Ni?o减La Ni?a差场中，Isolated仅WNP见两弱气旋中心；Reversal见全basin气旋异常与强西风波；Successive则WNP呈<15°N气旋、15–30°N反气旋的偶极，局地SST亦呈偶极，动力效应互相抵消。

3.3.2 DGPI异常及因子贡献

Isolated DGPI正异常带状弱；Reversal正异常连续成带、峰值>3.6；Successive DGPI南北异号，区域平均近零。因子分解表明Successive年低层涡度（VOR）正贡献被中层上升运动（OMEGA）及其他动力项负贡献抵消。

3.3.3 环流季节演变

Successive年前期冬季WNP残留反气旋，经风–蒸发–SST反馈维持至MAM并延续至JJA，与当年新生气旋形成偶极；Reversal年承袭前冬气旋并增强；Isolated年环流信号至JJA才弱显现。

3.4 未来情景下连续ENSO频率与预报影响

11个HighResMIP模式历史期（1950–2014）模拟与观测接近；SSP5-8.5（2015–2050）下9/11模式连续ENSO频率显著上升，多模式均值由14.7增至19.1次/百年（＋30.2%）。历史期El Ni?o/La Ni?a ACE分布分明，未来期El Ni?o ACE离散度剧增、与La Ni?a重叠，ENSO信号不再保证可预测TC增强。

讨论与结论翻译

本研究证明ENSO对WNP TC活动的影响强烈依赖于ENSO转换类型。连续ENSO事件关联的TC响应远弱于反转与孤立事件，表明ENSO–TC关系在不同时间演化下非平稳。该特征在未来增暖下更突出：CMIP6 HighResMIP模式再现连续ENSO发生并预估其频率上升；历史模拟中ENSO可显著区分TC活动，未来该关系减弱，强ENSO年ACE分布更宽、方差更大。含义在于基于ENSO的传统季节预报技巧可能下降，东亚与东南亚台风风险预估不确定性增加。综上，研究凸显ENSO转换多样性对WNP TC变率与可预报性的塑造作用，理解变化中的ENSO–TC关系对改进季节预报与变暖气候下风险管理至关重要。