南海发展与不发展热带扰动三维结构的比较研究

Tropical disturbances are often the precursors of tropical cyclones. The process from tropical disturbance to tropical depression is the process of tropical cyclone formation. The general problem of tropical cyclogenesis remains one of the great mysteries of the tropical atmosphere. The sufficient conditions for one tropical disturbance to develop and the reasons why more tropical disturbances could not develop are still not well explained. The project will focus on tropical disturbances over the South China Sea region. Comparitive studies on the three-dimensional structures in thermal and moisture properties for non-developing and developing tropical disturbances will be carried out, using multi-satellite observations and numerical simulations. The project aims to reveal the physical mechanisms for the development of tropical disturbances. The reasons why more tropical disturbances could not develop into tropical cyclones and the sufficient conditions for tropical disturbances to develop will be investigated in this project. The results from this project will be expected to improve our skills in tropical cyclone formation forecasts.

热带扰动是热带气旋的胚胎状态，热带扰动发展为热带低压的过程即为热带气旋的生成过程。热带气旋的生成问题依然是大气科学的一个未解之谜。对于热带扰动能够发展为热带低压的充分条件以及为什么更多的热带扰动不能够发展的原因，人们至今仍然无法给出满意的答案。本项目拟以南海海域的热带扰动为研究对象，利用多种卫星遥感观测资料和数值模拟对南海海域能够发展和不能够发展的热带扰动的热力和水物质三维结构进行对比研究，揭示热带扰动发展的物理机制，探究更多的热带扰动不能够发展的原因，探寻热带扰动能够发展的充分条件，并以此来提高我们对热带气旋生成进行早期预警的能力。

热带扰动是热带气旋的胚胎状态，可能有机会发展为热带气旋。关于为什么更多的热带扰动不能够发展的原因，人们至今仍然无法给出满意的答案。本项目以南海海域的热带扰动为研究对象，对南海海域能够发展和不能够发展的热带扰动进行了对比研究，探寻了能够辨别热带扰动能否发展为热带气旋的关键影响因子，致力于更好地理解为什么有些热带扰动能够发展为热带气旋而更多的热带扰动不能够发展。研究提出了一种南海热带扰动的发展机制：高低空大气耦合作用机制（Coupling of Lower-Upper Troposphere (CLUT)）。CLUT机制的主要内容包括：（1）持续大量的潜热释放是热带扰动发展和热带气旋生成的关键条件，潜热释放量的大小决定了热带扰动能否发展为热带气旋；（2）高低空大气在动力条件和热力条件的耦合作用是产生大量潜热释放量的关键条件；（3）不能够发展的热带扰动不能够发展成为热带气旋的原因是缺少高低空大气在动力和（或）热力条件方面的耦合作用。研究结果表明南海热带扰动的潜热释放量与五个环境因子密切相关：（1）海表面温度（SST），（2）低层大气辐合和高层大气辐散，（3）500 hPa 相对湿度，（4）850 hPa 相对涡度，（5）向外长波辐射（OLR）。研究发现南海海域不能够发展的热带扰动对应潜热释放量低的原因包括：（1）850 hPa大气辐合和200 hPa大气辐散较弱，（2）OLR值较高(表征较高的云顶温度),（3）较冷的SST。这些因素限制了不能发展的热带扰动中潜热释放量的大小。根据选取的预报因子构建了南海热带扰动发展趋势的预报方程，利用构建的预报方程可以对南海热带扰动的发展趋势进行判别和预报。研究结果加深了我们对南海热带扰动发展的物理过程和物理机制的理解，并且有助于提高我们对南海热带扰动发展和热带气旋生成的早期预报能力。