西北太平洋不同形态的季风槽环流对热带气旋生成影响的数值模拟研究

The tropical cyclone (TC) research is a hot topic in atmosphere research over the past several decades. The key question is TC formation. TC genesis is a process through which disorganized convective-scale cloud systems are developed into a self-sustaining cyclonic system with a warm core under favorable large-scale background conditions. Due to the generally lack of reliable observational data over open oceans and complex multi-scale interactions involved, the understanding of tropical cyclogenesis remains limited. The western North Pacific (WNP) is the most active region of tropical cyclogenesis, where more than 30% of global TCs form here. Over the WNP, approximately 70%–80% of TCs develop within a monsoon trough (MT), which is characterized by the monsoon westerly to its south, the trade easterly to its north, and abundant convergence. The previous analysis between the MT and TC genesis were mainly focused on the statistical composite of reanalysis observational data. The multi-scale mechanisms through which the MT affects TC genesis are rarely examined. Therefore, in this project, we plan to systematically investigate the effects of the WNP MT on TC formation using the Advanced Research Weather Research and Forecasting (WRF-ARW) model. Two scientific questions will be examined with much attention. On one hand, we will discuss how the large-scale fields of MT with the different patterns involving the climatological mean fields develop and what are the similarities and differences in TC genesis induced by the large-scale fields of MT with the different patterns through a meso-scale model when a weak bogus vortex is not inserted into the background fields. On the other hand, numerical experiments will be further conducted to examine where the weak bogus vortex can develop fastest when the bogus vortex is inserted into the different positions of MT with the different patterns and contrast the numerical results. Through the high-resolution numerical data, the collective roles of the large-scale, meso-scale and convective-scale systems in TC formation will be also examined.

热带气旋的研究一直是大气科学领域的热点问题，它与人民的生活息息相关。而由于海洋上观测资料的缺乏以及多尺度相互作用的复杂性，使得热带气旋的生成成为目前科研理论中的一个难点。而西北太平洋上季风槽是赤道西风与偏东信风的辐合切变区，它伴随的大尺度环流条件有利于热带气旋在季风槽中生成。以往关于季风槽和热带气旋生成的关系研究主要集中在再分析资料的统计分析，本项目拟利用中尺度数值模式（WRF-ARW），针对西北太平洋上不同形态的季风槽对热带气旋生成的动力学过程和机理进行系统研究，重点研究两个核心问题，即一方面在不加入人为涡旋的情况下探讨不同形态的季风槽的大尺度环流中最不稳定的区域，以及形成热带扰动乃至发展为热带气旋的物理机制的异同点；另一方面在加入人为涡旋的情况下探讨季风槽的不同区域的大尺度环流造成热带气旋生成快慢的物理过程，同时揭示出大尺度、中尺度以及小尺度环流对热带气旋生成的共同作用。

热带气旋生成的研究一直是大气科学领域的热点，它与人民的生活息息相关。而由于海洋上观测资料的缺乏以及多尺度相互作用的复杂性，使得热带气旋的生成成为目前科研理论中的一个难点。而西北太平洋上季风槽是赤道西风与偏东信风的辐合切变区，它伴随的大尺度环流条件有利于热带气旋在季风槽中生成。以往关于季风槽和热带气旋生成的关系研究主要集中在再分析资料的统计分析，本项目利用中尺度数值模式，针对西北太平洋上不同形态的季风槽对热带气旋生成的动力学过程和机理进行系统研究，主要研究内容包括在不加入人为涡旋的情况下探讨不同形态的季风槽的大尺度环流中最不稳定的区域；然后在加入人为涡旋的情况下探讨季风槽的不同区域的大尺度环流造成热带气旋生成快慢的物理过程。模式结果显示在不加入人为涡旋的情况下背景为东伸型季风槽模态时，热带扰动易生成于西北太平洋的东部，大致位于150°–160°E，而在西退型季风槽模态下，热带扰动更易生成于西北太平洋的西部，大致位于120°–130°E。在两种季风槽模态下，热带扰动主要通过局地的动力和热力因子的过程在对流最不稳定的区域被激发生成。而当加入人为涡旋的情况下我们探讨了在强季风槽背景下最快产生热带气旋的位置。我们的研究结果主要是通过再分析观测资料和中尺度模拟得出来的。再分析观测资料的合成分析显示更多的热带气旋生成发生在西北太平洋中部（130°–165°E），而更少的热带气旋发生在西北太平洋西部（120°–130°E）和西北太平洋东部（165°–180°E）。然后我们利用中尺度模式进行敏感性实验。结果显示热带气旋在西北太平洋中部发展更快（145°–160°E）。而在西北太平洋东部（165°–170°E）热带气旋发展较慢，而在西北太平洋的西部（120°–140°E）热带气旋没有生成。模拟结果和再分析观测合成有较一致的结果。其中西北太平洋西部没有热带气旋生成的原因主要由于靠近附近的岛屿从而增加了地面的摩擦力作用所导致的。而西北太平洋东部热带气旋发展较慢的原因主要是因为相对较大的垂直风切变和高空的干空气所致。