高空外流特征及其对热带气旋强度与强度变化的影响

The studies of thermodynamics on the tropical cyclone (TC) intensity are mainly focus on the middle and lower-level troposphere. With the improvement of observational methods and research techniques, some recent studies have shown that the impact of upper-level outflow is the important on the TC intensity and intensity change. Investigations would be focus on the TC upper-level outflow of the western North Pacific using high-resolution reanalysis data and satellite observations, as well as very high-resolution numerical simulations. The objectives of this proposal are to clarify the outflow structure pattern and the interactional type between the outflow and the environmental disturbances, document the 3D structures and evolution of the upper-level outflow, understanding the roles of the upper-level environments in TC intensity. This proposal are to examine the characteristic evolution of the second circulation as the outflow interacts with the environment that corresponding to changes in TC intensity, reveal the outflow influence on air temperature of the outflow layer and the upper-level warm core that also corresponding to the changes in TC intensity. Satisfying results will improve the understanding of the TC upper-level outflow and TC intensity change, benefit operational TC intensity predictions.

影响热带气旋（TC）强度变化的动力热力学过程已有很多研究，但主要集中在对流层的中低层，针对TC外流层的研究相对较少。随着观测手段与研究技术的提高，近年来越来越多的研究表明高空外流是影响TC强度及其变化的一个重要方面。本项目拟以西北太平洋TC的高空外流为研究对象，通过最新的观测系统和卫星资料分析，明确西北太平洋TC外流的类型与高空环境场和外流相互作用的类型，基于各外流型的典型TC个例，利用高分辨率的数值模拟，研究不同外流型中高空外流的结构特征以及高空外流伴随TC强度变化的演变规律，进而利用典型TC个例的高分辨率敏感性数值试验，揭示TC外流与高空环境气流相互作用通过改变TC次级环流、TC外流层温度分布与TC暖心结构对TC强度变化的动力、热力学机制。预期项目完成有助于增进对TC外流演变的动力过程、TC外流影响TC强度变化的物理过程的理解，为有效地改进TC的强度预报准确率提供科学理论基础。

影响热带气旋（TC）强度变化的动力热力学过程已有很多研究，但主要集中在对流层的中低层，针对TC外流层的研究相对较少。随着观测手段与研究技术的提高，近年来越来越多的研究表明高空外流是影响TC强度及其变化的一个重要方面。本项目依照预期的研究内容与技术方案，以西北太平洋TC的高空外流为研究对象，通过最新的观测系统和卫星资料分析，明确了西北太平洋TC外流的类型与高空环境场和外流相互作用的类型；基于各外流型的典型TC个例（利奇马”(1909)；“黛蒂”（9318）；“蝴蝶”（1321）；“山神”（1223）），研究了不同外流型中高空外流的结构特征以及高空外流伴随TC强度变化的演变规律；进而利用典型TC个例（Roke（2011））的高分辨率敏感性数值试验，揭示了TC外流与高空环境气流相互作用通过改变TC次级环流对TC强度变化的动力、热力学机制。项目的完成有助于增进对TC外流演变的动力过程、TC外流影响TC强度变化的物理过程的理解，为有效地改进TC的强度预报准确率提供科学理论基础。.项目研究认为迅速加强热带气旋的高空外流特征分为5类：单通道朝向赤道型(SE)、单通道朝向极地型(SP)、双通道分别朝向极地与赤道型(D)、无急流通道型(N)、通道转换型(T)。SP、SE和D型TC的高空外流均在175 hPa左右达到最强，厚度均在100~300 hPa，半径方向超过2000 km，且上层冷下层暖。不能类型的TC在迅速发展过程中的影响机制存在差异。中纬度高空槽与台风相互作用的高度主要在150-300 hPa。当高空槽前西南急流与台风的相对距离约5-10个纬距且台风附近环境风垂直切变较弱时有利于台风迅速增强。此时，与高空槽相伴随的弱PV向热带气旋中心的水平平流，强辐散与对流促发区位于中纬度高空急流次级环流的上升支，西南急流入口区的次级环流促进了台风对流层尤其是低层的对流发展。TC半径方向向内传播的REFC (Eddy flux convergence of relative angular momentum) 在垂直风切变较低的情况下增强了TC外流层的角动量输出，使TC外流比TC强度更早达到峰值。