西北太平洋地区热带气旋生成活动与环境场的关系及其模拟研究

Tropical cyclone (TC) is one the main natural disasters in China. Prediction and Projection of TC are the major basis of disaster mitigation and risk assessment. Therefore it's important to explore the characters of TC activities and the related environmental factors. In this project, the relationship of TC genesis over western North Pacific (including South China Sea) and the environmental factors will be studied. Firstly, Since there are considerate spacial variation of TC genesis over WNP and the difference role of environmental factors on different time scale,the relationship between TC genesis and environmental factors in observation will be investigated on various temporal and spacial scale. The ability of the genesis potential index (GPI) to capture these relationships will be investigated. And efforts would be made to improve the index on capturing the temporal and spacial variation of TC genesis over WNP. Then, based on CMIP5 multi-model dataset, outputs of the experiment for history climate will be employed to estimate the ability of the models to reproduce the environmental factors, the TC genesis and their relationship. Possible causes of the bias will be explored. Outputs of the experiment for future climate projection will be used to investigate the change of environment factors and TC genesis under climate change scenario respectively. The consistence between these two will be analyzed, and also the change in the relationship of environmental factors and TC genesis under climate change scenario.

热带气旋活动是我国主要的自然灾害之一，对其进行预测和预估是减灾防御和风险评估工作的重要基础。为此，有必要对气旋活动的规律以及影响其活动的环境条件进行研究。本项目将利用观测资料和模式模拟结果研究西北太平洋区域（包括我国南海）热带气旋的生成活动与环境场的关系。首先，考虑到气旋生成活动空间分布的差异以及在不同时间尺度上环境场影响的差异,分析观测中不同时空尺度上气旋生成活动与环境场的关系。在此基础上,考查综合多个环境场因子的指数- - 热带气旋生成潜力指数对上述关系的描述能力，并对其进行改进，使该指数可以对气旋生成活动的时空特征进行合理描述。然后，基于CMIP5多模式数据集，利用历史情景试验的结果，考查模式对于环境场、气旋生成活动以及二者关系模拟，分析影响模式模拟性能的因素。利用气候变化预估试验的结果，分析气候变化背景下模式中环境场的变化和气旋生成活动的变化，并分析二者关系的变化。

热带气旋是主要的自然灾害之一，常常伴随着狂风暴雨和风暴潮等极端天气现象，引起重大的人员伤亡和财产损失。对热带气旋及其相关大气环流因子的研究一直是受到人们关注的热点问题。在本项目中，首先利用观测资料分析了西北太平洋地区热带气旋生成活动的空间分布特征，并与综合多个环境场因子的热带气旋生成潜力指数进行了对比，二者具有很好的一致性，表明相关环境场对气旋活动的空间变化有重要影响。然后，利用CMIP5计划中历史模拟试验的结果考查了模式对GPI指数的模拟情况，结果表明模拟值在西北太平洋地区东部偏高而西部偏低。东部区域偏高的误差主要是由相对湿度和纬向风切边两个环境场因子的误差所造成，而西部区域偏低主要是由相对湿度的误差所造成的。与上一代CMIP3模式相比，CMIP5模式的结果整体偏高。从空间相关系数和均方根误差的定量分析来看，两代模式结果没有明显差别。最后，为了考查气候变化的可能影响，利用CMIP5模式RCP4.5情景试验的结果，分析了GPI在本世纪末相对上世纪末的变化情况。结果表明整个西北太平洋地区GPI以增加为主，尤其在南海和菲律宾附近区域、以及西太北部地区。前者主要是由于潜在强度项和风切变的变化所引起，后者主要是由于潜在强度的变化所引起。这些研究有利于更细致地了解气旋变化的特征，更加合理使用、解释和改进气候模式对气旋活动的模拟。