MRI-AGCM3-2-H模式是由日本气象厅(JMA)和气象研究所(MRI)联合开发的大气模式，试验类型为high resSST-present和high resSST-future (后文中简称为历史试验和未来试验)，未来试验对应的排放情景为共享社会经济途径5~8.5 (Shared Socioeconomic Pathway 5-8.5, SSP585)。该模式具有60公里的水平网格间距和60层，最高为1 hPa，输出数据包含海平面气压、温度、风场、位势高度和相对湿度等与TC生成和发展相关的气象要素。

本研究中TC路径由TempestExtremes算法检测筛选 [11] ，具体筛选条件和步骤如下：

1) 确定候选点：通过在海平面压力(SLP)场中寻找局部极小值来确定候选点。如果在该候选点的6˚圆距内存在更强的SLP极小值，则删除该候选点。

2) 筛选出具有SLP闭合轮廓的候选点：在候选点周围的5.5˚范围内，要求SLP至少增加2 hPa。

3) 筛选出具有暖心结构的候选点：在300~500 hPa位势厚度场上，候选点周围的1˚范围内，要求位势厚度在6.5˚圆距内至少减少6位势米。

4) 拼接候选点：检测出的TC必须具有至少60 h的生命史(不一定连续)，同一条路径下，间断时间不得长于18 h，否则将记录为两条轨迹。

以此得到MRI-AGCM3-2-H模式中的TC路径数据集。

本文在诊断TC生成条件式采用了提出了动力潜在生成指数(Dynamic Genesis Potential Index, DGPI)指数 [12] ，计算如公式(2-1)所示：

$DGPI={\left(2+0.1V_S\right)}^{-1.7}{\left(5.5-\frac{\partial u}{\partial y}{10}^5\right)}^{2.3}{\left(5-20\omega \right)}^{3.3}\times {\left(5.5+\left|{10}^5\eta \right|\right)}^{2.4}{e}^{-11.8}-1$(2-1)

其中， $V_S$是200~850 hPa的垂直风切变， $\frac{\partial u}{\partial y}$是500 hPa纬向风的经向梯度， $\omega$是500 hPa的垂直速度， $\eta$是850 hPa绝对涡度。

垂直风切变 $V_S$的计算如公式(2-2)所示：

$V_S=\sqrt{{\left(u_{850}-u_{200}\right)}^2+{\left(v_{850}-v_{200}\right)}^2}$(2-2)

其中 $u_{850}$和 $u_{200}$分别是850 hPa和200 hPa纬向风， $v_{850}$和 $v_{200}$分别是850 hPa和200 hPa经向风。

本文在诊断TC强度变化采用的是通风指数Λ [13] ，定义如公式(2-3)所示：

$\Lambda =\frac{V_{\text{S}}{\chi }_m}{MPI}$(2-3)

其中， $V_{\text{S}}$是200~850 hPa的垂直风切变， ${\chi }_m$是热力学参数，MPI是TC最大潜在强度。热力学参数的计算如公式(2-4)所示：

${\chi }_m=\frac{s_m^{\ast }-s_m}{s_0^{*}-s_b}$(2-4)

${\chi }_m$的分母项为海表面饱和熵与大气边界层底层熵的差值，代表了海洋–大气界面的热力不平衡。分子项在简化后为对流层中层的熵赤字，代表了对流层中层的热力情况。

对于熵赤字计算使用了假绝热熵 [14] ，如公式(2-5)所示：

$s=c_p\log \left(T\right)-R_d\log \left(p_d\right)+\frac{L_{vo}{r}_v}{T}-R_v{r}_v\log \left(H\right)$(2-5)

$c_p$是干燥空气在恒压下的比热，T是温度， $R_d$是干燥空气的气体常数， $p_d$是干燥空气的分压， $L_{vo}$是汽化潜热， $r_v$是水蒸气混合比， $R_v$是水蒸气的气体常数，H是相对湿度。并且，将 $L_{vo}$设置为2.555 × 10⁶J/kg以弥补对水蒸气熵的忽视。

TC最大潜在强度的计算如公式(2-6)所示：

$MPI=\frac{C_k}{C_d}\frac{T_s-T_0}{T_0}\left(h_0^{\ast }-h^{*}\right)$(2-6)

其中 $C_k$和 $C_d$表示焓交换系数和拖曳系数， $T_s$是海表温度， $T_0$为流出层温度， $h_0^{\ast }$是饱和湿空气从海平面上升时具有的对流有效位能， $h^{\ast }$是边界层空气上升时具有的有效对流位能。

图1(a) 展示了MRI-AGCM3-2-H大气试验模拟的WNP的TC盛季(7~10月) TC频数的年际变化和空间分布。在历史试验(1950~2014年)中，7~10月的生成TC频数为13.7个/年，未来试验(2015~2099年)中的生成频数为10.3个/年，这样的减少趋势是显著的。受到整体生成总数影响，TCGF的空间分布整体表现为一致减少的趋势( 图1(b) )。为了排除整体数量减少对TCGF空间分布的影响，更好的反映TC生成位置在未来空间上的变化，将基于4˚ × 4˚网格统计的每年TC生成频数的空间数量分布转化为TC生成频数的空间百分比分布，即TCGF的空间比例分布，结果如 图1(c) 所示。从空间分布概率上看，南海和WNP东部生成TC的比例减少，WNP西部生成TC的比例增加。综上所述，TC频数在未来显著减少，尤其在WNP东部海域，在TC频数和发生概率均表现出显著减少的变化特征。根据TCGF的气候态空间分布，确定模式中TC主要生成区的范围(8˚~25˚N, 110˚~170˚E)。

对DGPI指数进行环境因子的变化贡献诊断，探究TCGF减少的环境因素来源，各项变化贡献的柱状图和环境因子空间变化如 图2 所示。未来试验中WNP的TC主要生成区的DGPI显著降低，贡献最大的环境因子为500 hPa垂直速度，即垂直速度减小，不利于对流活动的发生。500 hPa垂直速度场除了反映TC生成相关的动力环境，还能一定程度上反映相对湿度即热力因素的变化。研究表明，相对湿度与垂直速度高度相关，这种高度相关反映了两者之间的物理联系，500 hPa上升相关的水汽辐合过程倾向于提高600 hPa的相对湿度 [12] 。因此，未来500 hPa垂直速度的减弱，也对应对流层中层相对湿度的降低，在热力因素上对TC的生成和发展产生不利影响。同样为DGPI的降低提供贡献的还有850 hPa绝对涡度，显示出大范围的减弱的趋势，表明大气水平运动减弱，这不利于涡旋结构的形成，阻碍了TC的生成和发展。唯一对DGPI的变化提供了正贡献的是垂直风切变项，这种趋势有助于维持TC结构。垂直风切变的减弱促进了热带扰动的增强和发展成TC的能力，因此在相应区域对DGPI指数提供了正向贡献。但结合垂直速度在未来显著减弱的变化表明，垂直风切变在热带WNP的减弱是由于垂直速度的减弱引起的，这意味着大气深对流活动减弱，不利于TC的生成。另外，在WNP东部，垂直风切变增强，这进一步抑制了TC在该区域的生成，因此WNP东部的TC生成概率有更显著的减少趋势。

如 图3(a) 所示，关注STY未来的年际变化趋势，与TC生成频数一致表现出了STY个数的减少，历史试验中7~10月STY平均生成频数为4.0个/年，未来试验中减少为2.5个/年，STY生成频数的减少趋势也通过了99%显著性水平的检验。普通TC与STY出现强度上的差异主要与两个阶段有关，一方面是TC的生成阶段，由 图3(b) 可知STY的生成范围主要位于WNP东部，这是因为生成位置偏东的TC更容易发展为STY，其在移动过程中在温暖洋面上的发展时间更长，有更充足的发展增强条件。另外一方面受到发展至最大强度的加强阶段的影响，因此统计出模式中STY从生成至发展到最大强度的路径点的空间分布，确定STY主要发展区域为(8˚N~28˚N, 110˚E~165˚E)，以便对加强阶段的环境变化进行进一步分析，如 图3(b) 所示。黑色矩形标识的区域为STY主要发展区，受到STY频数减少的影响，STY发展过程的路径点密度大范围显著减少。

TC生成位置是影响TC强度的关键因素之一，TCGF在WNP东部显著减少，原因是垂直风切变在WNP的东部显著加强，使该区域的生成条件趋向于不利，WNP东部生成TC的比例降低。而STY生成的集中区域位于东部，且有研究表明TC强度对垂直风切变变化的响应是显著的 [15] 。因此，从生成位置分析，垂直风切变在WNP东部的显著加强对STY的生成也有不利影响。

另一方面，为了针对TC的强化阶段进行分析，引用通风指数对强化阶段的环境因素进行定量描述，探究未来STY生成频数减少的原因。MRI-AGCM3-2-H模式历史试验中通风指数的空间分布和长期趋势如 图4 所示，其平均态分布表现为由南到北通风指数的增大，低值区域为WNP的东南部，向西北方向逐渐增加。这样的分布说明WNP东南部生成的TC有更有利的发展条件。研究表明，除少数情况外，TC的加强过程中通风指数的上限近似为0.1，更高的通风指数往往伴随着TC的衰减过程 [13] 。在未来试验中，WNP东南部的通风指数显著增大，这也是STY生成显著减少的区域。因此，STY频数的减少与通风指数的增加有关。进一步对STY发展区内通风指数的各项变化趋势进行分析，探究STY频数减少的环境因素来源。

除垂直风切变空间上的变化有东西差异，热力学参数和最大潜在强度均在STY发展区表现出一致的变化，因此对STY发展区的通风指数和环境因子进行区域平均，对其在未来的变化趋势进行分析，如 图5 所示，通风指数呈现显著增加的趋势。热力学参数表现为显著增加的变化趋势，即便垂直风切变减弱，但由于向内核区输送的为更加低熵的空气，这个过程仍然加强了通风指数，对TC强化产生了不利影响。最大潜在强度响应全球变暖的变化，在STY发展区显著增加，增大的表面通量可以通过抵消低熵空气的侵入来缓冲通风的衰减影响。但三者变化趋势综合表明，尽管最大潜在强度的显著增加有利于为TC强化提供能量，但受限于热力学参数更大程度的增加，通风指数整体仍然呈现显著增加的趋势。因此，TC的加强过程在未来受到抑制，从而引起STY生成频数的显著减少。