热带气旋暖心结构形成与变化机制及对强度变化的影响

Warm-core structure is one of the most important features of tropical cyclones (TC), its formation and variations have great impact on the intensity change of TC. It is well known that warm core usually locates at the upper-level troposphere, however, more and more observations and numerical results indicate that the height of warm core shows large variability. Whereas, little is known about the details of the warm core, including the mechanism determining the height of the warm core and the variability of this height with intensity and environment. With high-resolution numerical simulations for both real and idealized cases and budget calculations, the project plan to identify the dynamical processes determining the formation, strength, and height of the warm core, investigate the response of TC warm-core structure to the variation of environment, and understand the internal relation between the variations of warm core and TC intensity change, especially the rapid intensification. This project will provide the theoretical basis to further improve the forecast skill of TC intensity change.

暖心结构是热带气旋最重要的特征之一，它的形成与变化对热带气旋的强度变化具有重要影响。一般认为热带气旋暖心主要位于对流层高层，但是近年来越来越多的观测与数值模拟指出热带气旋的暖心在高度上呈现出巨大差异。目前对决定暖心结构变化，尤其是其高度变化的控制机制仍不清楚；对暖心结构变化与热带气旋强度变化之间的内在联系仍不清楚。本项目拟通过高分辨率数值模拟，包括实际个例与理想数值试验，利用动力学诊断分析及收支计算，厘清决定热带气旋暖心形成、强度与高度变化的主要动力过程；探讨垂直风切变等环境因素影响暖心结构变化的具体途径；理解不同高度的暖心与热带气旋强度变化，尤其是快速增强之间的内在联系，为提高热带气旋强度预报的准确率提供理论参考。

项目围绕着台风暖心结构特征与台风强度变化之间关系，开展了统计分析、理想试验、实际台风个例数值模拟试验、以及敏感性和资料同化试验等工作。研究了西北太平洋台风暖心特征及其与台风强度和强度变化之间的关系，探讨了西北太平洋台风高层动力、热力结构特征及其对台风强度及强度变化的影响，分析了方向性垂直风切变对台风动力、热力结构及强度变化的影响，并评估了卫星资料同化对台风热力结构以及强度变化预报改进的效果。.项目研究发现了在区域气候模拟中，不同的对流参数化方案模拟的TC暖心高度有显著差异，并分析了这种造成这种差异的原因；完成了西北太平洋台风出流层的客观分型工作，归纳了不同出流类型台风的热力特征及强度和强度变化特征，发现不同出流类型台风的暖心强度、范围具有显著差异，且与台风的强度及强度变化密切相关；厘清了切变气流方向随高度变化的差异造成台风动力、热力结构差异以及强度变化的差异具体机制；发展了适用于台风的卫星资料集合同化的新局地化方法，指出通过卫星资料同化可以改善台风热力结构的模拟，并最终有助于提高台风强度预报。这些工作指出了目前高分辨率再分析资料集以及区域气候模拟的台风暖心的合理性及局限性，丰富了对台风暖心的科学认识，为进一步提高台风强度预报的准确率提供科学理论依据。