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1. 研究作者及发表信息

本研究由Chao Wang（南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室）、Yiran Wang、Bin Wang（南京信息工程大学地球系统模拟中心及夏威夷大学马诺阿分校大气科学系）、Liguang Wu（复旦大学大气与海洋科学系）、Haikun Zhao和Jian Cao（南京信息工程大学）合作完成，发表于Journal of Climate，2023年12月15日刊载，论文标题为《Opposite Skills of ENGPI and DGPI in Depicting Decadal Variability of Tropical Cyclone Genesis over the Western North Pacific》。

2. 学术背景

科学领域：本研究属于热带气旋（Tropical Cyclone, TC）气候学领域，聚焦于西北太平洋（Western North Pacific, WNP）热带气旋生成的年代际变率。

研究动机：热带气旋生成潜势指数（Genesis Potential Index, GPI）被广泛用于量化大尺度环境条件对热带气旋生成的影响，但不同GPI变体（如Emanuel-Nolan GPI, ENGPI和动态GPI, DGPI）在描述年代际变率时的表现尚未系统比较。西北太平洋作为全球最活跃的热带气旋生成区，其年代际变率对灾害预测和气候适应具有重要意义。

研究目标：
- 对比ENGPI和DGPI在刻画西北太平洋热带气旋生成年代际变率中的技能差异；
- 揭示导致两者表现相反的动力学和热力学参数机制；
- 明确大尺度环流对热带气旋生成年代际变率的主导作用。

3. 研究流程与方法

3.1 数据来源与预处理

• 热带气旋数据：采用国际最佳路径数据集（IBTrACS）中中国气象局（CMA）、日本气象厅（JMA）和联合台风预警中心（JTWC）的西北太平洋热带气旋生成记录（1979–2020年），定义风速≥17.2 m/s为热带气旋。
  
• 环境参数数据：
  
  • 海表温度（SST）：NOAA Extended Reconstructed SST v5；
    
  • 大气再分析数据：NCEP-DOE Reanalysis和JRA-55，用于计算GPI组分（如垂直风切变、绝对涡度、相对湿度等）。
    
• 预处理：去除线性趋势，应用5年滑动平均提取年代际信号。
  

3.2 GPI计算与验证

• ENGPI（Emanuel-Nolan GPI）：
  公式包含850 hPa绝对涡度、600 hPa相对湿度、最大潜在强度（MPI）和垂直风切变，反映热力学主导的生成条件。
  
• DGPI（Dynamic GPI）：
  公式侧重动力学参数（500 hPa垂直运动、850 hPa绝对涡度、垂直风切变等），由Wang和Murakami（2020）提出。
  
• 验证方法：
  
  • 空间相关性：对比GPI与观测的热带气旋生成频率分布；
    
  • 时间相关性：计算GPI与热带气旋生成数的年代际变率相关系数。
    

3.3 机制分析

• 环流异常诊断：回归分析揭示与热带气旋生成相关的异常气旋性环流及其对动力学（上升运动、涡度）和热力学（SST、MPI、湿度）参数的影响。
  
• 水分收支分析：通过600 hPa比湿倾向方程，量化水平/垂直平流和凝结对湿度异常的贡献。
  

3.4 统计方法

• 使用有效自由度校正的Student’s t检验评估显著性；
  
• 通过固定其他参数为气候态，分离各GPI组分的独立贡献。
  

4. 主要结果

4.1 GPI技能对比

• 空间分布：DGPI（空间相关性r=0.89）比ENGPI（r=0.84）更准确再现热带气旋生成的高频区（如南海和菲律宾海）。
  
• 年代际变率：
  
  • DGPI与观测显著正相关（r=0.66，p<0.05），能合理刻画1979–2020年的活跃-不活跃-活跃阶段转换；
    
  • ENGPI与观测显著负相关（r=−0.61，p<0.05），其变化与热带气旋生成反相位。
    

4.2 机制解析

• 动力学主导：异常气旋性环流通过增强上升运动、正涡度和减弱垂直风切变，促进热带气旋生成（DGPI升高）。
  
• 热力学抑制：同一环流导致：
  
  • SST降低→MPI下降（通过热力学方程关联）；
    
  • 异常北风通过非线性平流效应减少中层湿度。
    
• 参数贡献：
  
  • DGPI中，500 hPa垂直运动（r=−0.55）和垂直风切变（r=−0.46）是关键正贡献因子；
    
  • ENGPI中，MPI（r=−0.51）和湿度（r=−0.25）的负贡献压倒其他因子的正效应。
    

5. 结论与意义

科学价值：
- 揭示了动力学参数（垂直运动、涡度）在西北太平洋热带气旋年代际变率中的主导作用，挑战了传统GPI依赖热力学参数的局限性；
- 提出DGPI是研究当前及未来气候下热带气旋生成变率的更可靠工具。

应用价值：
- 为改进季节-年代际尺度热带气旋预测模型提供理论依据；
- 强调大尺度环流诊断在灾害风险评估中的重要性。

6. 研究亮点

1. 创新性发现：首次系统比较ENGPI与DGPI在年代际尺度上的表现，揭示其相反技能的根本机制。
   
2. 方法学贡献：通过水分收支方程定量解析湿度异常的物理过程，明确了非线性平流的关键作用。
   
3. 气候意义：支持“动力学控制”假说，为CMIP6模式中热带气旋生成数减少的预测提供观测验证。
   

7. 其他有价值内容

• 研究指出，其他ENGPI变体（如Murakami和Wang 2010修订版）同样因MPI的负贡献而表现不佳，进一步突显DGPI的优越性；
  
• 数据与代码公开（IBTrACS、NCEP-DOE、JRA-55），支持可重复性研究。