迅速增强与非迅速增强的热带气旋是否代表两种不同的动力学模式

为什么有些风暴力量会迅速爆发式增长

热带气旋——根据生成区域可称为飓风或台风——并非都以相同方式发展。有些逐步增强，而有些则在仅一天内强度骤然暴增，让预报员与沿海社区措手不及。本文提出了一个简单却关键的问题：这些快速增强的风暴是否遵循与那些较慢增强的风暴不同的底层行为规则？

变暖世界中的两类风暴

作者首先在气候变化的背景下铺陈研究背景。越来越多的研究表明，尽管在更暖的气候中全球热带气旋的总数可能下降，但更大比例的风暴可能达到极高的峰值风速。一个关键指标是风暴的“生命周期最大强度”，即其维持最久的最高持续风速。对1990到2021年的历史记录分析显示，这个峰值强度并不集中在单一典型值上；相反，它呈现出两个明显的峰，暗示存在两种不同类型的风暴。先前的研究显示，其中一个峰来自经历快速增强（本文中定义为24小时内风速增加至少30节）的风暴，而另一个峰则来自从未经历此过程的风暴。

证据表明快速增强风暴行为不同

利用来自六个海洋盆地的全球最佳路径数据，研究首先确认了快速增强（RI）到底有多普遍。大约40%的热带气旋至少经历过一次RI事件，几乎所有达到“超台风”强度的风暴都曾经历RI。然而，大多数气候模型仍无法真实再现强烈风暴的内核，因此完全遗漏RI过程。作者随后考察风暴达到峰值所需的时间及其最终强度。对从未发生RI的风暴而言，存在一个紧密、几乎线性的联系：它们可用的增强时间越长，变得越强，好像遵循着一个稳定、近似时钟式的增长速率，大约为每天5–10节。对经历RI的风暴来说，这一整齐的模式崩溃了。它们的最终强度不再强烈依赖于可用的增强时间，意味着其增长率会以更不规则的方式陡增或放缓。

通过时滞图洞察风暴行为

为更深入探查这种行为，作者借用非线性动力学中的一种工具，称为滞后图或相位图。他们不是把风速对时间作图，而是将每个测量值与若干小时后的值（6、12或24小时）相互作图，并将这些点按时间顺序连接。对中国近年两次登陆台风的分析显示，迅速增强的八季（Yagi）与未迅速增强的贝碧嘉（Bebinca）形成鲜明对比。在这些图上，贝碧嘉的轨迹沿对角线附近画出一条平滑线，表明“之后”的强度与“现在”紧密对应，在登陆前几乎以恒定速率加强。相反，Yagi的轨迹在RI开始时突然出现垂直和水平段，表明增长出现尖锐跳跃和停滞。当对全球数百乃至数千个风暴重复相同分析时，这一现象依然成立：非RI风暴聚集在狭窄、有序的路径上，而RI风暴的轨迹则大幅展开，尤其在24小时滞后时更为分散。

隐含的转变与预报挑战

作者接着探问：注定会快速增强的风暴从一开始就与众不同，还是它们经历了一次突变？通过对100个RI风暴的滞后图进行颜色编码，他们展示出在RI开始前，这些风暴的轨迹类似于非RI风暴，沿着近直线行进，意味着稳定增长。只有在RI开始时，图形才突然扩展为带有垂直和水平段的混乱模式。在一个简单的诊断模型中，该模型假定未来的强度变化会遵循近期趋势，这些尖锐弯曲对应着大的预报误差。也就是说，就在RI发生前后，用“持续性”假设的预报表现非常糟糕，突显出一个本质上可预测性受限的阶段——这是现有的业务预报模型至今仍难以克服的难题。

这对风暴与社会意味着什么

通俗地说，该研究表明许多热带气旋在其生命的大部分时间里像“稳定生长者”一样，按相对可预测、逐步的方式增强。然而，其中一些会发生快速转变，进入一种增强呈爆发式、且更难预测的模式。这种快速增强的状态并非只是正常增长的强化版；它在时间上表现不同，并主导了最具破坏性的风暴。识别这两种状态以及它们之间的突变，可能有助于科学家设计更好的预警工具和气候模型，从而最终提升我们判断哪些风暴可能成为最危险的能力。

引用: McBride, J.L., Tang, L., Yu, Z. et al. Do rapidly and non-rapidly intensifying tropical cyclones represent two different dynamical regimes. npj Clim Atmos Sci 9, 57 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01329-4

关键词: 热带气旋, 快速增强, 飓风, 气候变化, 风暴预测