《Atmospheric Research》：Characteristics of summer typhoon activities over China during 2020–2022 and their relationships with the Triple La Ni?a events
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La Ni?a期间西北太平洋台风生成位置西北偏移、路径更趋近中国海岸，主要受西太平洋副热带高压（WPSH）扩张、Walker环流西移增强及跨洋气候模态（如北大西洋冷却、印度洋偶极子正相）共同影响，大气湿度与垂直运动增加亦起关键作用。
曾清波|王颖|张荣华
中国南京信息科技大学气候系统预测与风险管理国家重点实验室，南京 210044
摘要
2020–2022年间，西北太平洋地区的台风活动与由三次拉尼娜现象引起的全球热带气候异常有关，台风生成区域向西北方向移动，强度普遍减弱。本研究基于最佳路径台风数据和ERA5（欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据），探讨了2020–2022年中国夏季台风活动的主要特征及其背后的物理过程。主要发现如下：在拉尼娜期间，太平洋海表温度异常（SSTA）呈现东部偏冷、西部偏暖的模式，导致西太平洋副热带高压（WPSH）范围扩大，其脊线向北移动，西部边界向西延伸，从而引导台风路径向西北方向移动。沃克环流的上升支向西移动并增强，抬高了台风的生成纬度。同时，北大西洋热带地区的冷却以及印度洋偶极子（IOD）的正相位通过Kelvin波和Rossby波增强了水汽汇聚，进一步加剧了WPSH的异常。WPSH、沃克环流及其他气候模式的综合效应改变了台风形成的环境条件（相对湿度增加，垂直速度增大）。结果，台风生成位置向西北方向移动，台风路径的中心更接近中国海岸。
引言
热带太平洋海表温度（SST）在多个时间尺度上表现出复杂的变化，包括年际、十年和长期变暖成分（Ham等人，2019年）。作为地球气候系统中的主导年际变化模式，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）显著影响全球天气和气候。值得注意的是，自20世纪90年代末以来，热带SST模式的十年变化减弱了ENSO对西北太平洋（WNP）秋季热带气旋生成的影响，西部太平洋SST在调节气旋环流和台风形成中起着更重要的作用（Tan等人，2024年）。拉尼娜是ENSO的冷相位，其特征是赤道中东部太平洋海表温度异常偏低（Di和Mantua，2016年）。拉尼娜的演变不仅受太平洋内部动力学的影响，还与热带印度洋和大西洋的跨盆地相互作用有关（Zhang等人，2019年）。这些跨盆地过程对于维持多年的拉尼娜现象至关重要（Luo等人，2017年）。
在西北太平洋（WNP），ENSO通过改变大尺度环流模式来调节热带气旋（TC）的强度和路径（Camargo和Sobel，2005年；Liu等人，2019年）；同时，上层海洋对TC引起的风强迫的响应会反馈到上层大气环流中（Pei等人，2015年；Zhang等人，2013年；Ye等人，2024年，2025年）。特别是在拉尼娜事件期间，WNP的TC活动与气候常态有显著差异（Chan，1985年），其中最强的影响通常与强烈的拉尼娜事件相关（Wang和Chan，2002年）。在拉尼娜夏季，TC生成局限于WNP（120°E–150°E），西太平洋副热带高压（WPSH）增强，驱动台风路径向西，导致中国南部和南海的TC活动增加（Lai等人，2022年）。相反，在ENSO的暖相位期间，热带风暴的路径更加曲折，生成位置向东移动（130°E–160°E），由于持续时间更长、覆盖范围更广，增加了预报的不确定性和灾害风险（Pandey和Liou，2020年）。最近的研究表明，多年的拉尼娜事件会抑制WNP的TC生成和路径频率，第一年和后续年份有不同特征，例如第一年由于反气旋环流导致TC生成减少至20.7个（Xiao等人，2025年）。最近赤道西太平洋的变暖趋势可能影响了2020–2022年的三次拉尼娜现象，增强了东风，从而影响了TC的行为（Kao等人，2024年）。此外，气候趋势（如SST变暖）已被证明会增强与台风残余环流相关的极端降水，例如2023年台风多克苏里在中国北部引发的灾难性洪水（Yan等人，2025年）。ENSO与WNP夏季TC的关系涉及复杂的相互作用，尤其是在拉尼娜事件期间（Chen等人，2024a，Chen等人，2024b；Zhao和Wang，2018年）。不同类型的拉尼娜也会产生不同的影响。例如，衰减的拉尼娜和季节内振荡的联合效应可能触发WNP和南海的异常TC活动（Liu和Gong，2024年；Hsu等人，2014年；Chen等人，2019a，Chen等人，2019b）。
ENSO的多样性通过不同的模式表现出来（Takahashi等人，2011年），可以使用数值模型（如ENSO-MC v1.0）系统地分析这些模式，以识别关键前兆和敏感区域（Mu等人，2022年）。重要的是，不同类型的拉尼娜对WNP TC频率有不同的调节作用（Ha和Zhong，2013年），而TC活动可能反过来影响拉尼娜的演变（Wang等人，2022年），这表明可能存在双向相互作用。多年拉尼娜的形成机制很复杂。例如，2021年的第二次冷却可能与温带次表层冷水侵入有关，而2022年的第三次冷却则遵循不同的路径（Song等人，2022年；Gao等人，2022年；Chen等人，2024a，Chen等人，2024b；Dong等人，2024年）。热带东南印度洋的海平面异常可能是预测拉尼娜的潜在一年前兆（Zhao等人，2023年）。鉴于拉尼娜预测的难度以及多年事件中TC影响的差异，在双年拉尼娜的第二个衰减夏季，中国沿海的TC风险增加（Luo等人，2024年）。沃克环流作为重要的太平洋大气桥梁，具有深远的气候影响（Rosenlof等人，1986年）。在全球变暖的背景下，它对ENSO变化的响应向东移动（Bayr等人，2014年），最近呈现出加强趋势（Choi等人，2016年），以及自新生代以来的古气候重构（Yan等人，2021年）。在全球气候变化的背景下，TC活动表现出越来越复杂的趋势（Knutson等人，2020年）。全球变暖可能增加多年拉尼娜的频率（Geng等人，2023年），而1998–2000年和2020–2022年的三次拉尼娜事件与平均状态变化相关（Li等人，2023a，Li等人，2023b）。2023年的拉尼娜后TC活动保留了厄尔尼诺-消散的特征，揭示了持续的气候系统联系（Zhao等人，2024年）。WNP TC路径的分类有助于进行时空分析（Zheng等人，2013年）。极端的ENSO异常可以抑制后续强烈的TC（Fang等人，2022年），影响具有区域异质性（Corporal-Lodangco等人，2015年）。2020–2022年的三次拉尼娜事件通过多系统相互作用导致2022年中国夏季创纪录的高温（Boyu，2024年），进一步受到热带太平洋SST年循环的调节（Jiang等人，2023年）。梯度增强的拉尼娜与温带热强迫共同驱动了2022年南亚地区的极端事件“跷跷板”模式（Zhang等人，2024年）。2020–2021年的双重拉尼娜的演变动态为这种复杂的远距离联系提供了部分见解（Zhang等人，2024年）。此外，拉尼娜条件倾向于延长TC在中国东部的登陆时间（Chen等人，2019a，Chen等人，2019b；Ford，2000年）。多年拉尼娜事件的频率与向南移动的太平洋风场密切相关（Wang和Santoso，2024年）。从机制上看，2020–2022年事件中的第二次冷却是由大气过程引起的（Iwakiri等人，2023年），而2022年3月强烈的赤道东南风可能引发了第三年的拉尼娜阶段，这仍是正在研究中的课题（Fang等人，2023年）。持续多年的拉尼娜事件的动态最近引起了科学界的广泛关注（Taschetto和Gillett，2022年），特别是热力学反馈似乎延长了它们的持续时间（Dong等人，2024年）。三次拉尼娜的演变涉及跨盆地相互作用（Hasan等人，2022年）和与太阳周期终止的潜在联系（Leamon，2023年）。当前的研究重点在于阐明多年拉尼娜事件的机制及其气候影响，例如中国南部的异常春季降雨模式（Feng等人，2024年）。热带大气对不同类型拉尼娜的反应各不相同（Yuan和Yan，2013年），印度-太平洋次表层Kelvin波和体积输送在延长2020–2022年事件中起关键作用（Li等人，2023a，Li等人，2023b）。尽管关于ENSO对多年拉尼娜事件启动的影响仍有争议（Li等人，2022年；Kim等人，2023年），但持续事件与印度洋热量再分配有关（Mukhopadhyay等人，2021年）。此外，中纬度过程可能主导双重拉尼娜事件的形成（Park等人，2020年），而ENSO转换年份倾向于增强南海的秋季TC生成（Pan等人，2025年）。
尽管关于ENSO与TC活动关系的基础研究相对成熟，但2020–2022年罕见的三次拉尼娜事件对WNP TC活动的具体影响和潜在物理机制仍不够清楚。CESM2模拟实验表明，2020–2022年的三次拉尼娜增强了负IOD，并通过耦合的远程响应产生了异常的反气旋下沉，导致2022年夏季中国南部严重干旱（Jeong等人，2023年）。此外，系统评估全球变暖情景下此类长期事件的相关风险明显不足。本研究聚焦2020–2022年的三次拉尼娜事件，旨在明确其对中国夏季台风活动的具体影响，包括生成位置、路径和强度，并通过与气候基线的比较来探讨潜在的物理机制。本文的其余部分如下：第2节描述了数据集和方法论；第3节介绍了2020–2022年拉尼娜事件期间夏季台风活动的时空特征；第4节讨论了相关的动力学和热力学过程；第5节总结了结论并探讨了对未来研究的启示。
数据
WNP地区台风的最佳路径数据由日本气象厅（JMA）提供。该数据集包括精确的台风中心位置、最低气压和最大风速，每6小时记录一次（或更频繁）。研究期间不仅包括2020–2022年，还包括一个气候基准期（例如1990–2019年），作为30年的标准参考进行比较分析。这些台风形成于WNP（0°–60°N，100°–180°E）的夏季季节。
2020–2022年三次拉尼娜事件的特征
图1展示了1990年至2022年赤道太平洋SST异常的Hovm?ller图，说明了热带太平洋纬向热结构的时间演变。该图清楚地显示了2020–2022年的三次拉尼娜事件，其特征是这一时期赤道中东部太平洋（大约160°E–80°W）持续的大规模负海表温度异常（SSTA）。值得注意的是，这种冷异常最为强烈且持续时间最长。
讨论与结论
在2020–2022年的三次拉尼娜期间，一系列持续的拉尼娜Modoki事件导致太平洋中部显著冷却，加强了沃克环流，并同时增强了WPSH（Feng等人，2024年）。这种增强的WPSH表现出四个明显的异常——向西扩展（2022年达到110°E）、脊线向极地移动、水平扩展和持续增强（Geng等人，2023年；Zhao等人，2023年）——这些现象与加强的沃克环流协同作用。
CRediT作者贡献声明
曾清波：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件开发、数据管理、概念构思。王颖：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论、正式分析、概念构思。张荣华：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论、正式分析、概念构思。
未引用参考文献
Anderson等人，2023
Andréa和Zoe，GARC极端气候卓越中心，2022
Gao等人，2023
He等人，2018
Hu等人，2018
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Iwakiri和Watanabe，2021
Leipper和Volgenau，1972
Li和Wang，2016
Liu等人，2012
Shay等人，2000
Stuecker等人，2015
Wada和Usui，2007
Wang和Li，2022
Wang和Wu，2018
Wu等人，2015
Ye等人，2023
Zhao，1999
Zhou等人，2023
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所述的工作。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFC2815703）、国家自然科学基金（NSFC；项目编号：42030410）、崂山实验室（项目编号：LSKJ202202402）和江苏创新研究组（项目编号：JSSCTD 202346）的支持。作者还感谢南京信息科技大学高性能计算中心对本工作的支持。
