台风是世界上最严重的自然灾害之一，它带来的强风、暴雨和风暴潮等灾害破坏力极大，严重威胁人民生命财产安全和经济社会发展。即使是弱台风，其威力也不容忽视。
台风强度是目前台风预报的难点，其变化也一直是国际上的前沿科学问题。传统的台风强度估计主要采用基于卫星云图的Dvorak台风定强方法，该方法在台风云型特征识别分析等多个关键定强步骤都存在较大主观性。即使针对同一个台风，不同台风业务机构给出的强度估计也经常存在较大差异，这也给台风强度变化研究带来诸多困难。另一方面，近20年的理论研究指出海洋变暖会导致台风增强。该理论在大西洋获得较好的验证，得益于那里长期的飞机气象观测资料。然而，全球其它海盆的台风强度变化趋势因缺乏现场直接观测资料，一直存在争议。
针对以上两个问题，复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院王桂华教授课题组与其合作者，另辟蹊径，提出用海表面漂流浮标（drifter）观测的高精度海洋混合层流速来估算台风强度。通过分析1991-2020年期间全球大量drifter观测的混合层流速数据发现，最近30年占全球70%的弱台风无论在全球尺度还是海盆尺度上都存在明显的增强趋势。相关成果以《海流显示全球弱台风显著增强》（Ocean currents show global intensification of weak tropical cyclones）为题，于北京时间2022年11月17日在线发表于最新一期《自然》（Nature）杂志。
利用海流观测推测风场，提高对未来台风强度变化的预估
台风生成后，通常利用卫星云图估算台风强度。基于风场和海流的紧密关系，王桂华教授课题组创新性地提出从海流变化来推测台风强度变化。
海面风和表面漂流浮标所测混合层流速的紧密关系示意图
Drifter在海面以下15米深度配备有水帆，在台风极端恶劣天气条件下其运动状态不受风、波浪等海面过程的直接干扰，并能够结合GPS定位获取高精度海流数据。正是抓住了drifter的这一优势，王桂华教授课题组利用海面风和混合层流速的紧密关系开展了台风强度估计的工作。
王桂华教授课题组计算得到了1991-2020年期间弱台风条件下的混合层流速变化趋势（原文图2）。结果显示，所有洋盆中弱台风条件下混合层流速均呈现出明显的上升趋势，北大西洋、东北太平洋、西北太平洋、南印度洋、南太平洋中弱台风条件下混合层流速的上升趋势分别约为0.35、0.29、0.36、0.39、0.54 cm s-1 a-1。平均而言，世界大洋中1991-2020年期间弱台风条件下混合层流速大约存在0.40 cm s-1 a-1的增大趋势，这表明最近30年全球弱台风大约存在0.18 m s-1 a-1的增强趋势。
原文图2.1991-2020年期间各洋盆及世界大洋中弱台风条件下海洋混合层流速的逐年变化特征（NA, NEP, NWP, SI, SP, Global分别指北大西洋，东北太平洋，西北太平洋，南印度洋，南太平洋，世界大洋）。
最近30年全球弱台风显著增强这一发现，一定程度上证实了全球气候变暖导致台风增强的理论，将有助于提高对未来台风强度变化的预估。受drifter数据量限制，该工作主要聚焦弱台风，但在漂流浮标观测相对较多的西北太平洋，作者们发现最近30年强台风也在增强。随着观测数据的积累，该研究提出的从海洋混合层流速推测台风强度的新方法，可用于全球所有台风的强度变化分析，为进一步提高台风模拟和预测精度提供了重要基础。
复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院王桂华教授为本文第一兼通讯作者，第二作者为课题组博士研究生吴铃蔚，合作者还包括北卡罗来纳大学教堂山分校梅伟助理教授和加州大学圣地亚哥分校谢尚平教授。该项工作得到了国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金项目资助。
十年求索，大气与海洋未来可期
台风越强，海流越强，那么海流的强弱是否可以指示台风的强弱？早在10年前，这一想法就在王桂华教授心中萌生，并和学生开始了探索。该研究的一大难点在于动力学与统计学的结合，“台风风场有完整的组织结构，风速从台风眼向外先增大后减小。基于该动力学特征，已知台风下任何一点的观测速度，通过动力学公式可以估算台风强度。另一方面，近30年台风条件下的drifter观测具有随机采样的特点，因此需要利用统计学理论做深入分析。”
王桂华教授在办公室
今年2月，王桂华教授课题组向《自然》杂志投出了论文，经历4轮审稿后论文获得发表。“这是对我们长期研究工作的肯定。未来团队将积极运用课题组研发的‘海气浮标’进行海洋与大气同步观测，结合历史多源数据、数值模式和理论，为台风预测提供技术支撑。”
王桂华团队研发的海气界面浮标
王桂华教授本硕博都在国内就读，属于本土培养的海洋学者，用实际行动践行了导师苏纪兰先生当年的教诲“脚踏实地，在国内也能做出好研究”。同时，王桂华教授也重视国际合作，反复强调要将国内外优势相结合。
2016年复旦大学大气科学研究院成立之初，王桂华教授来到复旦，并于2018年见证了大气与海洋科学系的建立。他认为复旦将大气和海洋放在一个体系具有远见卓识。在张人禾、穆穆两位院士的带领下，院系发展势头良好。
“大气和海洋科学依赖基础学科与尖端技术。复旦作为综合性大学，基础学科有数学、物理、化学、生物等，尖端技术有微电子、信息、大数据和人工智能等，两方面优势显著。因此，复旦大学大气和海洋学科未来可期，能对地球科学发展做出应有的贡献。”王桂华教授如是说。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05326-4.
