Nature Communications:近20年全球热带气旋内核区域降雨率减弱

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2021-06-10 14:40


热带气旋是热带、副热带地区最常见的天气现象之一。由于热带气旋内部有强烈的螺旋性上升气流,气流中的水汽在上升过程中降温凝结并形成降雨,所以热带气旋通常伴随着强风强降雨过程。热带气旋降雨与其本身的强度有关,强度大的热带气旋产生的降雨通常较强。

早期观测资料相对匮乏,大部分有关热带气旋降雨的研究结果都是基于陆地站点观测资料;后来随着卫星技术的飞速发展,一定程度上解决了数据匮乏这一重大问题。气候模式模拟结果指出,到21世纪末,随着全球变暖,热带气旋的降雨率可能会增加约3%至37%。距热带气旋中心100 km区域内的降雨率预计在2100年增加约20%。但这一结果并没有得到直接的观测验证热带气旋雨率是否随着全球变而持续增加,同时,在热带气旋不同位置降雨率变化趋势是否一致还不清楚。总的来说,当前对于热带气旋降雨的研究结果大多基于数值模拟或单一的观测资料。使用不同类型资料对全球范围内的热带气旋降雨开展的系统性研究相对较少。

针对上述问题,在丝路环境专项支持下,广东海洋大学南海海洋气象研究院徐建军教授团队与香港城市大学Johnny C. L. Chan教授以及美国乔治梅森大学Long S. Chiu教授合作,使用TMPA(Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multi-Satellite Precipitation Analysis)数据集定量分析了全球6个主要海盆的热带气旋降雨率在1999-2018年的变化趋势。结果显示,热带气旋中心附近的降雨率在近20年明显减弱,并且热带气旋强度越大,内核区域平均降雨率减弱趋势越明显(图1a)。进一步,统计了时长相对较短的GPM(Global Precipitation Measurement)数据集(图1b)以作验证。尽管TMPA和GPM所得的降雨率线性趋势的径向梯度有所不同,但两者均显示了热带气旋内核区域降雨率明显减弱的趋势。但值得注意的是:基于ERA5数据的统计结果(图1c)显示出热带气旋内核的降雨率呈增长趋势,与卫星观测结果相反。造成这种差异的可能原因是再分析资料在整合、同化这些观测数据时,将热带气旋内核区域降雨率较大的数值当作“异常值”剔除,故使得结果产生偏差。

大气稳定度的增加会抑制热带气旋内核区域的上升运动,从而使得降雨率减小。另一方面,大气中水汽含量随表面温度的升高而增加,为热带气旋外围区域的降雨率增强提供了有利条件。

该成果以“Recent global decrease in the inner-core rain rate of tropical cyclones”为题发表在《Nature Communications》。这一成果对研究热带气旋降水变化具有重要的参考意义。该研究受中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA20060503)以及广东省基础与应用基础研究基金项目(2019B1515120018)等联合资助。

文章引用:Tu, S., Xu, J., Chan, J.C.L. et al. Recent global decrease in the inner-core rain rate of tropical cyclones. Nat. Commun. 12, 1948 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22304-y


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图1基于不同数据集的热带气旋降雨率线性趋势(mm h–1 y–1)的径向分布。a TMPA,b GPM和c ERA5数据集。阴影区域表示热带气旋降雨率线性趋势的标准误差。蓝色:热带风暴(TSs),橙色:category 1-2(CAT12),红色:category 3-5(CAT35)。垂直虚线表示TC降雨量的估计边界(全球范围约为450km)。