北大西洋热带气旋降水估算与水分来源的拉格朗日数据集（LagTCPMoS）：1980-2023年高分辨率追踪与分析

本研究针对热带气旋（TC）降水估算与水分来源追踪的难题，基于FLEXPART v10.4模型和LATTIN工具，构建了北大西洋1980-2023年热带气旋拉格朗日降水估算与水分来源数据集（LagTCPMoS）。通过500 km固定半径内的6小时降水估算和0.5°网格水分来源分析，结合MSWEP数据偏差校正，显著提升了TC降水与水分输送路径的精度。该数据集为理解TC对全球水循环的影响提供了关键工具，成果发表于《Scientific Data》。

　　

热带气旋（TC）带来的强降水既是灾害源头，也是重要水资源补给。全球范围内，TC贡献了沿海地区年降水量的10%-50%，但其降水估算和水分来源仍存在显著不确定性。传统观测数据难以捕捉TC降水的空间异质性，而现有水分追踪工具或未公开或更新滞后。这一领域亟需高时空分辨率的数据集，以解析TC降水形成机制及其对水循环的影响。

针对这一挑战，西班牙维戈大学海洋研究中心（Centro de Investigación Marina, Universidade de Vigo）的Albenis Pérez-Alarcón团队联合里斯本大学等机构，利用FLEXPART v10.4模型和3000万空气粒子模拟，开发了北大西洋1980-2023年热带气旋拉格朗日降水估算与水分来源数据集（LagTCPMoS）。该数据集通过500 km半径内的6小时降水估算和0.5°×0.5°网格水分来源追踪，结合MSWEP数据的偏差校正，首次实现了TC降水与水分输送路径的系统性量化。研究成果发表于《Scientific Data》，为TC水文学研究树立了新基准。

关键技术方法
研究团队采用三项核心技术：1）基于HURDAT2数据库获取TC轨迹数据；2）利用FLEXPART模型模拟全球大气水分输送，结合LATTIN工具计算拉格朗日降水（LagTCP）和水分吸收（MU）；3）以MSWEP为参照，通过比例分配法校正降水估算和水分来源的空间偏差（cLagTCP/cMU）。

研究结果

1. 数据架构与验证
LagTCPMoS包含6小时分辨率的两类数据产品：固定500 km半径内的降水估算和对应水分来源的空间分布。通过飓风"哈维"（2017）的案例验证显示，校正后降水（cLagTCP）与MSWEP的Spearman相关系数达0.99（p<0.05），KGE效率指数为0.99，显著优于未校正结果（相关系数0.84，KGE 0.83）。

2. 水分来源解析
以哈维飓风为例，墨西哥湾（贡献占比>60%）和加勒比海是主要水分来源，但校正后（cMU）更凸显了陆地蒸发的作用（图3）。水分输送受北大西洋高压环流控制，与ERA5再分析的垂直积分水分通量（VIMF）一致。

3. 系统性能评估
基于全数据集（1980-2023）的验证显示，校正后降水检测概率（POD）中位数达0.97，误报率（PFD）降至0.05，Peirce技巧评分（PSS）提升至0.98（图4）。水分吸收与降水的累积量线性关系R²从0.85提升至0.99，证实偏差校正对消除拉格朗日方法系统性高估的有效性。

结论与意义
该研究创建了首个覆盖44年的北大西洋TC拉格朗日降水-水分来源数据集，其创新性体现在：1）通过物理约束的偏差校正，将降水估算误差降低90%；2）揭示TC水分来源中陆地蒸发贡献被既往研究低估（如哈维案例中陆地贡献校正后增加35%）；3）开源LATTIN工具为后续研究提供标准化分析框架。

尽管存在ERA5再分析对TC过程解析不足、拉格朗日模型对湍流等次网格过程表征有限等局限，LagTCPMoS仍为TC灾害评估、水资源管理和气候变化研究提供了不可替代的数据支撑。研究团队计划将该数据集扩展至全球其他海盆，持续推动TC水文学研究从现象描述向机制解析的跨越。