西北太平洋季风多尺度环流在热带气旋生成中的作用及其数值模拟研究

The western North Pacific is characterized by the most active monsoonal circulation and the most frequent tropical cyclone (TC) formation among all of the basins. Other than the large-scale monsoonal circulation which can provide favorable environmental conditions for tropical cyclogeneses, the interaction of convectively-coupled multiscale waves can help evolve incipient disturbances to tropical cyclones. From the aspect of climatological statistics, the modulation of high-low-frequency waves on tropical cyclogeneses was investigated extensively in previous studies. However, there is still lack of deep understanding on the evolution process from tropical disturbances to tropical cyclones in association with the interaction of multiscale monsoonal systems. Based on diagnostics analysis, dynamic theory and numerical simulation, the optimum configures of monsoonal circulation types and multiscale waves during the period of TC formation are examined, and the key physical factors controlling TC formation are explored, which can be instrumental to reveal the roles of the interaction of multiscale waves in tropical cyclogeneses. This project can not only advance the understanding of the mechanism of TC formation, but also provide a practical guide for the prediction of tropical cyclogenses.

西北太平洋处于世界上最显著的季风活动区，同时又是全球热带气旋生成最频繁的海域。大尺度季风环流除了为热带气旋生成提供有利的环境背景外，季风区内与对流耦合的多尺度环流系统之间的相互作用可以通过对流组织化过程使得初始扰动发展成为热带气旋。以往主要从气候统计的角度，考察高低频热带波动对热带气旋生成的调制作用，而对于季风多尺度环流相互作用触发初始扰动发展成为热带气旋的过程还缺乏深入的了解。本项目通过资料诊断、动力理论和数值模拟相结合的方法，系统分析与热带气旋生成相关的季风环流型与多尺度波动之间的最佳配置，考察有利于多尺度波动演变发展成为热带气旋的关键物理因子，从而进一步揭示季风环流与多尺度波动相互作用引发热带气旋生成的物理过程。此项目的研究不仅有助于理解西北太平洋热带气旋生成的物理机制，也可以为热带气旋生成的预测提供理论指导。

本项目在2013-2016年执行期间，按照计划书的各项研究内容和科学目标展开系统深入的研究。通过资料诊断、动力理论和数值模拟相结合的方法，系统分析与热带气旋生成相关的季风环流型与多尺度波动之间的最佳配置，考察有利于多尺度波动演变发展成为热带气旋的关键物理因子，从而进一步揭示季风环流与多尺度波动相互作用引发热带气旋生成的物理过程。截止2016年底共发表项目相关的研究论文15篇，其中14篇为SCI期刊收录，6篇发表在美国高影响因子的权威学术刊物上（包括JAS，MWR，JC，GRL）。项目全面并部分超额完成项目计划书的研究任务和科学目标。. 项目的主要研究成果归纳如下：1. 通过对西北太平洋热带气旋生成期间大尺度环流型分类，利用能量转换方法分析诊断不同季风模态在热带气旋生成中的作用；2. 通过对影响西北太平洋热带气旋生成的多尺度波动系统的分类，考察了在热带气旋生成期间的多尺度波动的活动特征及其大尺度环流背景的差异；3. 西北太平洋季风槽作为热带波动和热带气旋生成主要的源地，利用数值模式对季风槽年际及其季内变化对热带气旋生成影响进行理想试验，对比影响热带气旋生成的关键动力和热力过程；4. 西北太平洋天气波动诱发热带辐合带崩溃生成热带气旋的个例研究，揭示了热带天气尺度波动如何通过改变热带辐合带正压不稳定结构，加速热带辐合带崩溃过程而诱发TC生成的物理过程；5. 热带波动初始涡旋内核结构对热带气旋生成和移动的影响研究，通过数值模式揭示了不同初始结构对热带气旋生成发展及其移动影响差异的内在物理原因。. 本项目研究成果不仅深入揭示了西北太平洋热带多尺度波动与热带气旋生成之间的内在联系，阐明了热带多尺度波动影响热带气旋生成的物理过程，而且也为西北太平洋区域热带气旋活动的短期气候预测和影响我国台风的监测预报提供科学的理论指导。