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该研究由Yao Chen（南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、中国气象局海南省南海气象灾害预防与减灾重点实验室）、Si Gao（中山大学大气科学学院、热带大气-海洋系统教育部重点实验室）、Xun Li（中国气象局海南省南海气象灾害预防与减灾重点实验室）和Xinyong Shen（南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海））合作完成，于2021年1月发表在《Frontiers in Earth Science》期刊上。

学术背景
南海（South China Sea, SCS）是热带西太平洋最大的半封闭海域，其热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）具有持续时间短、路径和强度多变的特点，常对中国华南和越南沿海地区造成严重灾害。热带气旋的快速增强（Rapid Intensification, RI）是业务预报中的主要挑战之一，因其物理机制尚未完全明确。过去研究表明，南海热带气旋的RI与垂直风切变（Vertical Wind Shear, VWS）、低层水汽辐合等因素相关，但缺乏对多环境因子的重要性排序及其时间演变特征的系统分析。本研究旨在通过对比RI与非RI事件的环境条件，识别南海热带气旋RI的关键因子，为业务预报提供科学依据。

研究流程
1. 数据收集与预处理
- 使用2000–2018年CMA上海台风研究所提供的热带气旋最佳路径数据集（6小时间隔的TC中心位置和最大持续风速）。
- 环境场数据来自NCEP的FNL分析数据（6小时间隔，1°空间分辨率）和NOAA的日平均海表温度（SST，0.25°分辨率）。
- 通过涡旋去除算法（Kurihara et al., 1993）过滤TC尺度扰动，提取大尺度环境场（如散度、相对涡度、VWS和相对湿度）。

1. RI事件定义与样本分类

   • 定义RI事件为24小时内最大风速增加≥12 m/s（95百分位阈值），非RI事件为增加<12 m/s。最终筛选出34个RI样本和463个非RI样本（-24 h）。
     

2. 时间演变分析

   • 对比RI与非RI事件在-24 h、-12 h和0 h（RI起始时间）的环境场差异，包括：
     
     • 相对涡度：分析1,000–300 hPa层的空间分布及时间变化。
       
     • 散度：重点研究200–150 hPa高层辐散和边界层辐合的配置。
       
     • 垂直风切变：计算上层（400–100 hPa）与850 hPa的风矢量差。
       
     • SST与增强潜力（Potential Intensity, POT）：评估海温及理论最大强度（MPI）与当前强度的差值。
       

3. 关键因子识别

   • 通过盒差异指数（Box Difference Index, BDI）和逐步回归分析，量化各因子的重要性。
     

主要结果
1. 动力环境特征
- RI事件在-24 h即表现出显著的高层辐散（200–150 hPa）和低层辐合（1,000–850 hPa），差异通过90%置信度检验。这种配置强化了次级环流，促进TC增强。
- 深层垂直风切变（400–100 hPa与850 hPa的差值）在RI事件中始终<10 m/s，且随时间减弱，而非RI事件则保持稳定。

1. 热力条件

   • RI事件中心附近的SST显著高于非RI事件（>28°C），且POT在-24 h时TC中心北侧>40 m/s，表明更高的能量供给潜力。
     

2. 关键因子排序

   • 逐步回归表明，高层辐散-低层辐合配置（回归系数1.39）、弱垂直风切变（-0.62）、TC移动速度（0.31）和POT（0.10）是RI的最重要因子，重要性依次递减。
     

结论与价值
该研究首次系统量化了南海热带气旋RI的多环境因子贡献，揭示了动力-热力耦合机制。其科学价值在于：
1. 提出RI的早期信号（如-24 h的高层辐散和POT北侧高值），可改进业务预报模型。
2. 发现南海RI与西北太平洋RI的环境差异（如中层湿度重要性），强调区域特异性建模的必要性。

亮点
- 创新性采用BDI和逐步回归结合的方法，解决了多因子重要性排序问题。
- 揭示了南海RI与季风调整的关联（如西南水汽输送抑制干空气入侵），为气候尺度研究提供新视角。

其他价值
未分析海洋热含量（OHC）等因子受限于数据，未来需结合再分析资料进一步验证。