针对上述科学问题，清华大学地球系统科学系林岩銮教授课题组聚焦于全球热带气旋的年频数开展研究，尝试探索新的认识和理解。研究利用观测数据，评估了热带气旋与环境相互作用对后续局部时空区域所造成的影响，包括大气相对湿度、稳定性的变化和海洋冷却效应等，这些影响会在热带气旋经过后持续一段时间，可能作为一种反馈机制抑制或降低后续热带气旋的生成概率。类似于热带气旋对生态环境或人类社会所造成的破坏需要一定时间的恢复，研究引入恢复时间来量化环境的恢复过程。研究通过构建理想模型，再现了观测中热带气旋的时空分布特征，得到了其年频数与模型参数的依赖关系（图1）。
图1. 理想模型中热带气旋的时空分布和年频数与模型参数的依赖关系
研究进一步将全球热带气旋频数视为一个三维时空填充问题，提出了一个基于时空约束的热带气旋年频数公式。公式将气旋的影响范围视为空间间隔，环境的恢复时间视为时间间隔，量化了每个热带气旋平均占据的时空面积。恢复时间作为一个新的时间约束因子，刻画了热带气旋在时空中的填充密度。因此，年频数由热带气旋生成区域的总时空面积与每个热带气旋平均占据的时空面积的比值决定。这一频数公式得到了理想模型的验证，结果显示在2-3周的恢复时间下，全球每年形成约100个热带气旋（图2）。随着全球变暖，热带气旋尺寸增大和环境恢复时间延长，可能使未来热带气旋年频数减少。
图2. 全球热带气旋频数公式和理想情景下的简化
研究强调了热带气旋与环境的相互作用，特别是海洋恢复过程，对其频数和活动的重要影响。研究中将热带气旋频数转化为时空填充的问题，也为理解热带气旋频数和活动提供了新的视角。相关研究成果在2024年第三十六届美国气象学会飓风与热带气象会议上获得优秀学生海报奖（Outstanding Student Poster Presentation），并以“A toy model for the global annual number of tropical cyclones”为题发表于Earth’s Future（《地球的未来》）期刊上。清华大学地球系统科学系林岩銮课题组博士生周宇峰为论文第一作者，林岩銮教授为论文通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目（42130603）的支持。
论文信息：
Zhou, Y., & Lin, Y. (2024). A toy model for the global annual number of tropical cyclones. Earth's Future, 12, e2024EF004839. https://doi.org/10.1029/2024EF004839
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供稿：周宇峰
编辑：王佳音
审核：林岩銮 张强
