具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种计算台风潜在生成指数的新方法，所述新方法包括以下步骤：

第一步：从大气再分析资料中获得大气环流背景风场的整层风场结构，将台风风场从大气再分析资料中定量分离。

整层风场结构包括台风风场分量和大气环流背景风场分量，台风风场包括无旋运动风场和无散运动风场，最终是从整层风场结构中移除台风风场。

大气再分析资料是为数值天气预报或气候模式分析等进行服务的，前者更为常见，平时我们所见到的天气预报大部分就是对气象数值模式模拟结果做出的估计与判断。数值模式的核心是一组大气动力学方程组，为了得到较好的结果，方程组的求解需要准确的边界条件和初始条件，这些条件由输入的数据提供，而输入的数据就是大气再分析资料。

为了排除台风风场的时空分布特征及其强度的变化规律，得到不同气候背景下大气环境的均态分布，从而能够更精准地分析环境场中大气环流背景风场涡度、垂直风切变等要素对台风生成和活动的准确贡献，本项发明的第一步是将台风涡旋风场从大气再分析资料中移除。

移除台风涡旋风场的原理是，不可压缩流体平面无旋运动均可以进行分解，分解后可以将台风的相关风场信息从分析资料中定量分离，将这种方法应用于大气再分析资料每个标准层次上，即可以得到大气环流背景风场的整层风场结构。从分析资料中移除台风涡旋风场是台风数值模拟和预报中较为常规的手段，通过将大气不同等压面上的全球风场资料分解为台风分量和背景分量，达到简化不同尺度大气环流系统间非线性作用的目的。

移除台风涡旋风场的具体方法和实施步骤为，首先确定分析资料中台风所在位置中心，再对以该点作为圆心，一定距离为半径的区域进行风场分解。确定分析台风中心的过程如图3所示，以分析资料中距离台风最佳路径集定位位置最近的再分析资料格点作为真实台风中心，以600km为半径(r_search)搜索再分析资料上正涡度最大的格点，将搜索到的格点作为分析台风中心，在800km半径(r_vor)范围内将大气再分析资料分解为台风风场分量和背景风场分量。

图3中灰色三角形表示最佳路径集资料定位台风所在位置，由于这个位置是台风活动所在实际位置，所以其大概率并不在分析资料所在格点上。灰色大圆点表示真实台风中心，即距离最佳路径集台风所在位置最近的格点，黑色大圆点为搜索到的分析台风中心，虚线圆环区域为最大涡度搜索区域，实线圆环区域为分析台风区域，黑色小圆点表示分解分析资料所在的格点位置，所分解的分析场就位于大圆内的黑色小圆点上。图中以2.5°×2.5°空间分辨率的再分析资料为例，若使用1°×1°空间分辨率的再分析资料方法类似。

确定风场范围后，即可对目标区域进行风场分解，分离出背景风场和台风风场。

分解分析数据资料风场的原理是不可压缩流体的平面无旋运动存在速度势和流函数，再分析资料中的水平风场可以视为无旋运动风场、无散运动风场以及余差项的叠加，通过计算再分析资料风场的速度势和流函数，可以将无旋运动风场和无散运动风场的速度场叠加得到台风风场，再分析速度场与台风风场的余差项即为大气环流背景风场。

具体的计算方案为，在以分析台风中心为圆心，800km半径范围内，利用公式和计算无散运动风场，其中ψ表示无散风的流函数，ζ表示相对涡度；为平移运动速度场。与此同时，利用公式和计算无旋运动风场，其中χ表示速度势，δ表示散度，为旋转运动速度场。台风风场V_TC＝v_ψ+v_χ，消去台风风场后的环境背景风场V_E＝V-V_TC。

具体求解步骤为：

S1，已知气象数据再分析资料的大气风场(径向风分量v和纬向风分量u)，计算相对涡度ζ和散度δ：

S2，根据和求ψ和χ；

S3，根据和求v_ψ和v_χ；(k为z方向的单位向量)

S4，V_TC＝v_ψ+v_χ，进而求出V_E＝V-V_TC；

以上计算方法为现有技术，在此用于验证分离台风技术的可行性。

利用分离台风风场技术，将气象数据资料分解为台风风场部分和大气环流背景风场部分的具体流程。大气垂直方向上每个标准层分析资料均采用这种方法处理，可以得到各时次对流层整层台风风场分量和大气环流背景风场分量。目前发明人利用Fortran程序源代码，已实现了将大气大气再分析资料分解为台风涡旋风场分量和大气环流背景风场分量的目的。

需要指出，由于目前大气科学研究中使用的再分析资料具有不同的空间分辨率(例如2.5°×2.5°、1°×1°等分辨率的再分析资料)，当再分析资料空间分辨率较低时，会造成分解后的台风风场分量的空间分辨率也比较低，因而对台风强度和影响范围等信息的代表性不足，为了在一定程度上解决由此方法所可能导致的台风风场分量气候学特征偏弱的问题，本项发明将分解分析资料场的半径范围设定为较大阈值(例如800km)，同时建议使用较高分辨率(例如1°×1°及其以上)的再分析资料，使格点资料中更多的台风风场信息反映在分离出的台风分量中，以便于更加准确地表现出台风涡旋风场和大气环境场背景风场。对于分析区域阈值的选择，也可以根据卫星观测资料，采用动态定位分析台风尺度的方式确定分解大气风场的空间范围，以实现更加精准地消除环境场中台风系统的目的。

发明人为了验证这种消除台风风场方法的有效性，在此给出了一项实验实施数据。图4给出了将1997年8月27日12时西北太平洋和南海区域对流层低层850hPa风场及其涡度场分解为台风涡旋和大气背景环流前后的状态。

从图4(a)中可以看到，该时刻位于20°N附近纬向分布的正涡度带上同时存在三个台风系统，这里也正是东亚季风槽的所在位置，季风槽是较为典型的有利于台风生成和发展的形势场，因此可以看到，台风所在区域是季风槽中正涡度的极大值区域。图4(b)为分离出三个台风的850hPa风场和涡度场，与图4(a)的对比表明，正涡度主要是由台风造成的。图4(c)是移去台风涡旋后的背景场部分，可以看到季风槽中正涡度大为减弱，但季风槽的相关特征仍保留在背景资料中。

为了说明分解方法对长时间尺度气候特征的刻画效果，图4(d)给出了1997年850hPa风场和涡度场在台风多发季节(6-10月)平均的分布。图4(e)为分离出台风环流的季节平均，主要表现为西北太平洋东南区域明显的正涡度分布，此区域夏秋季节台风活动最为活跃，正对应于1997年作为上世纪最强的厄尔尼诺年而对西北太平洋台风活动的调制作用，因此能够准确地反映出了台风季节活动的气候特性(注：El年期间，西太平洋台风活动频繁，强台风多发)。图4(f)为移去台风场的背景场季节平均，与图4(e)相比，西北太平洋东南区域的风速和正涡度均有所减小，减小的是台风风场季节平均的部分，而主要的大尺度环流系统依然明显。因此将再分析资料采用这种处理方法，既达到了将台风的相关信息从分析场中分离，又有效地保留了背景场中的大尺度环流特征的目的。

第二步：利用大气环流背景风场计算对流层低层850hPa绝对涡度η_NOTC和对流层高低层200hPa减850hPa垂直风切变V_shear-NOTC；

利用第一步得到消除台风风场后的对流层各层大尺度环境风场数据资料，可计算850hPa绝对涡度η_NOTC和对流层高低层200hPa减850hPa垂直风切变V_shear-NOTC这两项参数。其中，流层低层850hPa绝对涡度η_NOTC计算公式为：

其中其中和分别表示850hPa层次上消除台风风场后的大气环流背景纬向风和经向风；

对流层高低层200hPa减850hPa垂直风切变V_shear-NOTC的计算公式为：

或

其中和分别表示200hPa层次上消除台风风场后的大气环流背景纬向风和经向风，其中和分别表示850hPa层次上消除台风风场后的大气环流背景纬向风和经向风。

第三步：利用常规数据计算600hPa相对湿度H和台风潜在强度V_pot；

600hPa相对湿度H无需计算，可直接从气象资料数据集中获取。台风潜在强度V_pot的计算方法可参考现有计算GPI指数公式中的方法获得，各参数和变量可直接从气象资料数据集中获取。

第四步：利用第二步所得参数η_NOTC和V_shear-NOTC，以及第三步所得参数H和V_pot计算GPI，进而最终获得改进后的GPI指数；

新方法获得的GPI计算公式为：

由此即可得到改进后的GPI指数。

本项发明的目的在于，在计算GPI指数时，先将对流层850hPa绝对涡度和对流层高低层200hPa减850hPa垂直风切变这两项中来自台风系统本身的影响去除，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。

具体来说，就是将大气环流中台风的风场资料信息去除，仅利用大气背景风场计算绝对涡度和垂直风切变这两项参数，进而将其代入计算GPI指数。改进后的GPI指数由于不包含台风信息干扰，可以认为是纯粹的环境背景场对台风天气系统生成和活动的潜在贡献，对大气海洋环境条件与台风等海上强对流天气尺度扰动系统生成关系的指示能力大幅提升，从而达到客观定量地准确评估大气海洋背景场对台风活动影响的目的。

当然在实际应用中，只要能将分析资料中台风的风场等信息移除，用移除台风风场后的资料计算GPI，都可以计算出改善后的GPI指数，从而达到与本发明相似的目的和预期计算结果。目前，除了本发明所提及的方法外，可能还可以利用平滑和滤波技术相结合的方法移除分析资料中的台风风场部分，方法如下：

将初始风场V分解为基本场V_B和扰动场V_D：V＝V_B+V_D；

再将扰动场分解为背景扰动场和台风扰动场，其中台风扰动场就是需要消除的台风风场分量。把扰动场中的台风扰动场V_台风剔除，即可得到剔除了台风的环境风场V_E：V_E＝V_B+(V_D-V_TC)＝V-V_TC；

这里的V表示的是矢量风场，包含了纬向风u和经向风v两个分量。技术路线中的风场是用纬向风和经向风直接表示的(小写的u和v)，所以感觉好像对应不上。

公式V_E＝V-V_TC表示矢量分量(经向风和纬向风)对应相减，即

纬向风：u_E＝u-u_TC

经向风：v_E＝v-v_TC

两者合起来可以用公式V_E＝V-V_TC表示，大写的V表示风场矢量。

为了确定分析台风的位置(台风中心)，可考虑距离的影响，加入距离权重。以最接近观测台风位置的格点为中心，用下列公式计算扰动风速V_Dij在一定范围内的质心位置。

其中，d＝200km，D＝400km，分别是分析台风中心的经度和纬度，ΔS_ij是网格对应的面积，为台风风场的风速，r是分析点距离台风中心位置的距离。

以上利用平滑和滤波技术相结合的方法移除分析资料中的台风风场部分的方法为现有的计算公式，在此不多复述。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。