初始涡旋结构对热带气旋快速加强的影响研究

本课题将深入研究初始涡旋结构，包括涡旋大小（平均最大风半径（RMW））、形状（眼墙外侧最大风径向衰减廓线）、强度（边界层内平均切向最大风速）以及垂直结构（流函数垂直分布）对热带气旋快速加强过程的敏感性，主要就初始涡旋结构与热带气旋快速加强过程的统计特征，热带气旋内核动力学过程对热带气旋快速加强的影响机制，以及不同初始涡旋结构特征对热带气旋快速加强的敏感性进行研究。通过探讨初始热带气旋快速加强阶段内核动力学和热力学过程，加强对初始涡旋结构与热带气旋强度变化的关系的认识，为有效提高热带气旋数值预报中涡旋初始化和热带气旋强度预报的准确率提供科学理论依据。

当热带低压在热带洋面上生成，在适宜的环境背景下，正反馈机制促使其发展成为成熟热带气旋，达到其生命史中的最大强度。在热带气旋业务预报中，这些环流背景因子已经作为预报因子，但尽管如此，台风强度预报，尤其是快速加强过程的预报仍然进步很慢，主要原因之一就是，除了环境背景因素，热带气旋的强度变化很大程度上是由涡旋的内部动力机制控制的。本课题按照原计划研究初始涡旋结构对热带气旋快速加强过程的敏感性，通过探讨初始热带气旋快速加强阶段内核动力学和热力学过程，加强对初始涡旋结构与热带气旋强度变化的关系的认识，为有效提高热带气旋数值预报中涡旋初始化和热带气旋强度预报提供科学理论依据。.主要研究成果可概述为1）对1988-2012北大西洋最佳路径资料进行统计分析，发现初始涡旋的尺度和强度会影响后期热带气旋的加强速度，特别是快速加强的速度。结果表明，当TC强度小于（大于）80kt时，TC增强速率与初始涡旋强度成正相关（反相关），初始涡旋尺度越大或者从眼墙到34kt半径处宽度越宽，即眼墙外侧最大风径向衰减廓线，则加强速度越小。首次提出了热带气旋发展中存在最大可能加强速度；2）本研究基于热带气旋加强的能量和动力学的认识，建立了物理概念模型来解释TC加强速率与初始强度的关系，表明最大可能加强速率Vimpi和热带气旋最大可能强度（Vmpi）之间存在Vimpi=0.577 Vmpi的关系，此理论推导与统计事实相符，此结论对热带气旋数值预报及业务预报具有很好的参考价值。3）利用多重嵌套完全可压的非静力热带气旋理想模式来研究初始涡旋尺度和形状对随后的热带气旋快速加强的影响，研究结果表明，热带气旋初始涡旋结构通过影响TC外围惯性稳定度，进而通过外螺旋雨带来影响飞绝热加热，对热带气旋RI过程的影响。此结论对如何在台风数值模式中进行涡旋动力初始化具有较好的参考价值。.课题执行情况良好，按照既定计划进行了统计分析、数值模拟和诊断分析。完成了课题的考核指标，在SCI杂志Weather and Forecasting 上发表论文一篇，相关成果在国际会议上邀请报告五篇，其中邀请报告四篇。在本课题资助下，课题主持人前往美国NCAR访问学习三个月。