太平洋南信风模式对孟加拉湾雨季前气旋活动变化的影响

《Global and Planetary Change》：Impact of the pacific meridional mode on the variability of pre-monsoon cyclones over the Bay of Bengal

　　

摘要

孟加拉湾（BoB）最频繁且最为强烈的自然灾害之一是热带气旋，它们对沿海地区的生命和财产造成了巨大的风险。因此，深入理解驱动这些现象的机制对于提高区域适应策略至关重要。虽然已有大量研究集中在季风后的孟加拉湾气旋上，但对于季风前形成的气旋则关注较少。通过观测数据和气候模型实验，我们发现北太平洋地区的显著气候模式——太平洋经向模（PMM）——产生了有利于气旋形成的条件，包括减少的垂直风切变和通风指数。此外，PMM的影响主要通过改变太平洋沃克环流来实现。这一发现对于提高孟加拉湾气旋的可预测性具有重要意义，对于加强印度沿海地区的气候适应能力和抵御能力具有重大价值。

引言

近几十年来，人为引起的全球变暖现象加剧（Min等人，2011；Mitchell等人，2006；Cheng等人，2016；Kirchmeier-Young等人，2019），从而增强了极端气候事件的影响（Mitchell等人，2006；Seneviratne等人，2021；Trenberth等人，2015），尤其是热带气旋（TCs）（Yamaguchi等人，2020；Wu等人，2020）。多项研究表明，近年来热带气旋的频率和强度有所增加（Knutson等人，2010），这主要是由于气候变化的影响（Murakami等人，2017；Knutson等人，2010）。北印度洋（NIO）上的热带气旋通常发生在季风前和季风后季节，涵盖了孟加拉湾和阿拉伯海区域，占全球热带气旋分布的7%左右（Dube等人，1997）。然而，气候记录显示，孟加拉湾在热带气旋形成方面的活动频率是阿拉伯海的四倍左右。特别是在季风前季节，孟加拉湾形成的气旋频率显著增加。研究还表明，季风前的孟加拉湾气旋更容易演变为强烈的气旋风暴（Singh等人，2000；Jena和Pattnaik，2024），例如Amphan和Fani气旋就是明显的例子（Jena和Pattnaik，2024；Mishra等人，2020）。因此，了解这些气旋的特点和形成机制对于制定有效的区域适应政策至关重要。

研究表明，气旋形成的关键前提条件包括——但不仅限于——垂直风切变、科里奥利力、海洋温度超过26°C且深度达60米左右、以及对流层中相对湿度大于60%-70%（Yanai，1964；Syōno，1953）。以往的研究指出，海洋-大气相互作用（Li和Tan，2023）以及大尺度遥相关（Zhang等人，2016；Zhang等人，2018a；Zhang等人，2017a；Pradhan等人，2025）在促进热带气旋形成的有利条件中起着重要作用。例如，Zhang等人（2016；Zhang等人，2018a）证明了北大西洋和太平洋的经向模通过调节沃克环流影响了西太平洋地区的热带气旋活动。在北印度洋的热带气旋背景下，最近的研究揭示了阿拉伯海气旋与北大西洋海表温度变化之间的联系（Hari等人，2021；Zhang和Villarini，2019）以及季风后季节（Pradhan等人，2025）。相反，孟加拉湾的气旋则受到厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响，尤其是在季风后季节（Girishkumar和Ravichandran，2012；Felton等人，2013；Girishkumar等人，2015；Bhardwaj等人，2019）。除了ENSO外，印度洋偶极子（IOD）也对孟加拉湾季风后气旋的发生有显著影响（Mahala等人，2015）。此外，在次季节尺度上——特别是在季风后季节——马登-朱利安振荡（MJO）也被证明在调节孟加拉湾气旋活动方面起着重要作用（Girishkumar等人，2015）。

从上述研究可以看出，大多数努力集中在理解季风后孟加拉湾气旋的物理机制上。然而，尽管近年来季风前孟加拉湾气旋的频率显著增加（Singh等人，2000），并且它们演变成强烈气旋风暴的潜力也较高（Jena和Pattnaik，2024），但关于驱动这些气旋的大尺度机制的研究仍然有限。因此，本研究旨在揭示控制孟加拉湾季风前气旋形成的主要机制，以提高预测能力和减轻沿海灾害（Malakar等人，2021；Vittal等人，2020a）。

章节摘要

研究中使用的数据集

热带气旋的路径和强度数据来自国际最佳路径气候管理档案（IBTrACS）（Gahtan等人，2024）。研究时期为1982年至2024年的季风前（4月和5月）。观测到的路径密度是指每个4°×4°网格内热带气旋路径的总持续时间（Mei等人，2014）。此外，环境大尺度参数如风切变和相对湿度的观测数据也用于分析。

孟加拉湾气旋期间的大尺度大气条件识别

我们首先分析了研究期间发生在孟加拉湾的气旋特征。图1a显示，在1982年至2024年间，约有34个季风前气旋在该地区形成，影响了印度、孟加拉国和缅甸的沿海地区。进一步观察热带气旋路径密度的气候学特征（图1b）后，发现这些气旋主要集中在印度海岸附近——尤其是奥里萨邦海岸附近。

结论

尽管文献中有很多关于理解季风后孟加拉湾气旋物理机制的努力，但对于季风前形成的气旋的关注相对较少。观察发现，季风前季节气旋演变为强烈气旋风暴的概率高于季风后季节。例如，袭击奥里萨邦海岸的Fani气旋就是其中的例子。

CRediT作者贡献声明

Pragnya Pradhan： 数据可视化、验证、正式分析、数据整理。Vittal Hari： 文章撰写与编辑、初步草稿撰写、监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

VH感谢DST-SERB（SRG/2022/001376）的支持。作者还感谢各个组织和个人为这项工作提供的数据，包括ERA5和国际最佳路径气候管理档案（IBTrACS）。同时，我们感谢Fred Kucharski博士提供ICTP AGCM模型的使用权。

Pragnya Pradhan|Vittal Hari

印度理工学院（ISM）环境科学与工程系，丹巴德，印度