环境风垂直切变对发展阶段热带气旋的结构和强度变化的影响

The vertical wind shear (VWS) is one of the major factors affecting the intensity, structure and precipitation distribution of tropical cyclones. Therefore, the understanding of the effects of VWS on TCs is one of the hot issues in tropical cyclone dynamics. However, the available researches mainly focus on examining the impact of VWS on intensity, structure and precipitation on mature tropical cyclones. There are few studies focusing on the impact of VWS on the structure and intensity change of tropical cyclones during the development period. This project intends to investigate the influence of VWS on the development of tropical cyclone through two approaches including the statistical analysis and numerical simulation. By using the daily NCEP reanalysis data and TC best track, the statistical relationship between VWS and TC intensity during the development period will be examined. Using the high-resolution mesoscale numerical model, the project will further analyze the effects of different intensities and different levels of VWS on the tropical cyclone. Through a series of ideal numerical experiments, we intend to reveal the dynamic processes and physical mechanisms of the influence processes. The results of this project will enhance the understanding of the VWS effect on the genesis and development of tropical cyclones and facilitate people to understand and analyze the intensity and track-changing of tropical cyclone in wind shear environment, which in turn provide a theoretical basis to improve the intensity and track prediction of tropical cyclones.

环境风垂直切变是影响热带气旋强度、结构和降水分布的一个重要动力因子，一直是热带气旋动力学中的一个热点问题。但现有这方面的研究主要集中于探讨环境风垂直切变对成熟热带气旋强度、结构和降水分布特征的影响，而对于环境风垂直切变在热带气旋发展增强过程中的影响研究甚少。本项目拟从资料统计分析和数值模拟两方面系统探讨环境风垂直切变对发展阶段热带气旋的结构和强度变化的影响。首先，项目将利用NCEP/NCAR再分析资料和最佳路径数据集针对热带气旋的发展阶段，统计分析不同强度、不同垂直结构的环境风垂直切变对热带气旋发生、发展的影响。在此基础上，项目将利用高精度中尺度数值模式，设置敏感性试验，进一步分析不同强度的环境风垂直切变和不同结构的环境风垂直切变以及环境风风向切变对热带气旋发生、发展过程的影响，揭示环境风垂直切变影响热带气旋发展的动力过程和物理机制。本项目的研究成果将进一步增进人们对环境风切变影响热带气旋

近年来热带气旋导致的极端灾害频发，使得热带气旋活动及其变化机理的研究备受关注。在过去的几十年中，热带气旋的路径预报取得了长足的进步，但是强度预报的提高十分有限。环境风垂直切变是影响热带气旋强度变化的一个重要因子，认识环境风垂直切变影响热带气旋的物理机制对改进热带气旋的强度预报具有重要意义。. 本项目首先利用2000~2010年NCEP (National Centers for Environmental Predictaion)再分析日资料和JMA (Japan Metorological Agency)最佳路径数据集对西北太平洋11年间253个热带气旋增强阶段的气旋和环境风垂直切变进行了统计分析。统计结果显示热带气旋在其生成和发展阶段大多伴随有一定强度的环境风垂直切变，其中风切变主要来自于对流层中高层，对流层低层水平风速的垂直变化一般比较小。在强风切变环境下，热带气旋强度相对较弱、增强速度较慢，其发展受到抑制。. 在统计分析基础上，本文设计了一系列数值试验模拟了不同强度和不同高度风切变环境下一个具有热带低压强度的热带气旋的发展变化过程，分析了环境风垂直切变影响热带气旋结构和强度变化的物理机制。研究结果表明，在相对较强的垂直风切变的影响下，热带气旋的快速发展会被滞后，当风切变集中在不同高度的时候热带气旋快速发展的滞后时间存在差异。当垂直风切变集中在对流层的中下层时，垂直风切变对热带气旋的抑制作用更为明显，热带气旋需要更长的时间来调整恢复。