台风中心气压变化理论取得重要突破

理解台风强度变化机理对防灾减灾具有重要意义。台风强度通常以海平面中心气压（p_c）或最大风速（V_m）衡量。自20世纪70年代以来，国际上一直将二者共同作为台风强度分级的主要标准。近年来，多项研究表明，与V_m相比，p_c更能反映台风整体风场的能量特征，因此在评估其潜在破坏力方面具有更高的代表性（如 Klotzbach et al., 2020）。然而，长期以来，研究与业务预报多集中于V_m，而p_c变化的动力学机制尚未得到系统解释，也缺乏具备物理意义的理论模型。

南京大学谈哲敏院士团队长期致力于台风强度变化理论研究，近期发展了p_c变化的理论模型，进一步完善了台风强度变化理论体系。团队分别从能量学和动力学两种角度出发进行推导：在能量学角度，假设低层环境气块向内核运动过程中满足伯努利方程；在动力学角度，假设最大风速半径内满足旋衡风方程。结果发现，两种推导途径最终得到数学形式统一的p_c变化理论。无论从能量守恒还是动力平衡出发，均可揭示p_c变化与V_m变化之间存在紧密的耦合关系，即风压调整机制。

图1. 中心气压变化理论推导示意图。

团队随后利用一系列包含完整物理过程的理想数值模拟，对所提出的理论模型进行了系统验证。结果表明，模拟结果与理论预期高度一致：在给定初始V_m、初始p_c以及稳态V_m（可根据最大潜在强度理论计算）的条件下，该理论模型能够准确再现p_c的时间演变过程（图2b、d）。其中，V_m的变化率根据Wang et al.（2021）和Li et al.（2024）中理论模型计算得到（图2a、c）。此外，研究团队还利用北大西洋和东北太平洋的最佳路径资料对模型进行了观测验证，结果进一步证明了该理论的普适性与适用性（图3）。

图2. 数值模拟结果（实线）与理论模型结果（虚线）对比。（a, c）为最大风速随时间的演变，（b, d）为中心气压随时间的演变。

图3. 观测中心气压变化率（X轴）与理论模型计算结果（Y轴）对比。左图为北大西洋，右图为东北太平洋。

本研究为揭示台风中心气压的演变机理提供了新的理论框架，并为业务化台风强度预报提供了重要的科学支撑。该工作以“A theoretical model for predicting tropical cyclone central pressure”为题发表在《Journal of the Atmospheric Sciences》上。研究工作受到国家自然科学基金重大项目“台风发生发展理论与精细预报技术研究”(42192555)和青年项目（42205001）的资助。论文第一作者为南京大学大气科学学院李元龙助理教授，通讯作者为南京大学谈哲敏院士。

【论文信息】

Li, Y., and Z.-M. Tan, 2025: A theoretical model for predicting tropical cyclone central pressure. J. Atmos. Sci,82, 2021–2035.

【延伸阅读】

Klotzbach, P. J., M. M. Bell, S. G. Bowen, E. J. Gibney, K. R. Knapp, and C. J. Schreck, 2020: Surface pressure a more skillful predictor of normalized hurricane damage than maximum sustained wind. Bull. Amer. Meteor. Soc., 101, E830–E846.

Li, Y., Y. Wang, Z.-M. Tan, 2024, On the size-dependence in the recent time-dependent theory of tropical cyclone intensification. J. Atmos. Sci.,81, 1669–1688. （进展：台风尺度对潜在强度的调控机制、进展：台风尺度如何影响增强率？）

Wang, Y.,Y. Li, and J. Xu, 2021: A new time-dependent theory of tropical cyclone intensification. J. Atmos. Sci., 78, 3855–3865. （进展：一个基于非定常卡诺热机的热带气旋增强动力系统模型）