[发明专利]一种计算台风潜在生成指数的新方法

说明书

本发明涉及一种计算台风潜在生成指数的新方法，通过将台风风场从大气再分析资料中定量分离，计算对流层低层850hPa绝对涡度和对流层高低层200hPa减850hPa垂直风切变；计算600hPa相对湿度和台风潜在强度；将计算结果输入到原有的GPI指标中，进而最终获得改进后的GPI指数。本项发明所提出的新方法从物理意义和计算方案上对传统潜在生成指数GPI算法进行优化，利用不含台风风场等台风天气系统资料的要素变量来计算GPI指数，进而得到更为纯粹的大气海洋环境背景场对台风生成潜在贡献的指标。

技术领域

本发明涉及台风气候学技术领域，尤其涉及一种计算台风潜在生成指数的新方法。

背景技术

台风(typhoon)，又称为热带气旋(TC)，其潜在生成指数(GPI，Genesis PotentialIndex)常被用于估计大气海洋中的各个环境场要素对海上生成的天气尺度大气系统，特别是刻画像台风这类强对流和危险性天气系统生成贡献的综合影响。

台风主要在夏秋季节热带洋面上生成并发展，针对影响我国的台风而言，大多数台风在热带西北太平洋和南海生成之后向西、西北或向北移动，也有少数台风向东或东南移动。台风需要在一定的大气海洋环境场条件下才有可能生成出现并不断发展增强，经典的大气科学理论认为，影响台风生成与发展的关键因素包括广阔的暖洋面、对流层风速垂直切变要小、地转参数要大于一定的数值，以及对流层低层要存在一定的小扰动，满足上述条件后，热带洋面上小扰动可以作为台风发展的“胚胎”，在接下来的几天内发展壮大，也即为“生成台风”。因此，依据上述大气环境场物理条件，影响台风生成和发展的气象环境要素因子主要有海表面温度、对流层低层相对涡度、对流层相对湿度、大气垂直运动以及垂直风切变等。

基于上述基础理论，Emanuel和Nolan两位气象学家提出热带气旋潜在生成指数(GPI)这一概念，该指标可以较好地描述台风生成的气候态时空特征，其GPI表达式见下一段内容。这一指数涉及到了和台风生成密切相关的若干个大尺度环境因子，包括对流层低层850hPa绝对涡度(η)、对流层中层600hPa的相对湿度(RH-relative humidity)、气旋潜在强度(V_pot)、200hPa和850hPa的风切变(V_shear-vertical shear)。其中潜在强度这一参数是诊断变量，其取决于海气热力不稳定和绝热上升的边界层气块达到中性浮力时的温度与海表温度之间的差异，涉及到了海表温度，海平面气压，垂直大气温度和混合比，后来又考虑耗散加热的作用。GPI指数被应用到对台风生成和移动诊断分析和预报预测中，同时也应用于分析多种气候模式的输出数据资料，用来研究热带气旋的气候变化。大量结果证实，在台风的季节性变化和生成位置上，模式结果与观测结果呈现了一定程度的吻合，因此被证明对台风活动具备一定的描述能力。

与本发明最相近的技术方案是上段提到的经典GPI的计算方式，GPI的表达式和计算方法步骤如下：

其中，η是850hPa绝对涡度，H是600hPa相对湿度，V_pot是Emanuel定义的台风潜在强度，其是由海表面温度(SST)、垂直方向上的气压、气温和比湿所决定并可以精确计算，V_shear是200hPa和850hPa垂直风切变的量值。GPI计算结果大小分别表示了大气海洋要素的环境条件对台风生成活动的影响。数值大表示贡献强，台风容易生成和发展，对流性天气尺度系统频发；数值小表示贡献弱，台风生成等活动受到了环境条件的抑制，台风等强对流天气不易发展。计算GPI指数的所有资料数据(如大气各个层次的风场、湿度场、温度场，以及海表温度等)均可以使用大气科学研究领域常规再分析资料，或者各类大气模式的输出数据资料。例如美国国家大气环境研究中心(NCEP/NCAR)再分析数据集，包括高空17层风场、相对湿度、垂直速度和温度场，以及国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的重建海表面温度资料，全球海表面温度格点数据。