西北太平洋热带低压型波动对热带气旋生成作用的机理

Synoptic-scale cyclone-anticyclone-cyclone wave train, namely tropical depression-type wave (TD-type) continually appear over western North Pacific during typhoon seasons. Tropical cyclones always prefer to form in one of the cyclonic circulation of the TD-type wave. Therefore, TD-type wave is a significant precursor of tropical cyclogenesis over the western North Pacific. However, the critical physical mechanisms of a TD-type wave on tropical cyclogenesis is unclear. Through statistical analysis, dynamic diagnosis and numerical simulation, this project proposes two approaches for a TD-type wave on tropical cyclogenesis: 1) Affected by the monsoon trough over the western North Pacific, the cyclonic circulation in the middle troposphere of a TD-type wave intensify first, then downward to the near surface layer through a top-down route, leading to a tropical cyclone formation. 2) TD-type waves provide favorable environment for the development of convective activities. Strengthening convections near the center of the cyclonic TD-type disturbance through convection coupled positive feedback mechanism, the cyclonic circulation near the surface layer intensified first, and then the cyclonic circulation in the middle troposphere enhanced through a bottom-up process, result in tropical cyclogenesis. Besides, it is also addressed that during the TD-type wave and tropical cyclone transition, these two processes may occur successively or at the same time.

西北太平洋台风季节，天气尺度的气旋-反气旋-气旋式热带低压(TD)型波列不断地出现在西北太平洋上空，热带气旋往往发生在其中的气旋式扰动环流中。因此，TD型波动是西北太平洋热带气旋生成的重要预兆。目前，TD型波动中激发热带气旋生成的关键性物理机制，还不是十分清楚。本项目通过统计分析、动力诊断以及数值模拟的方法，提出TD型波动对热带气旋生成的两种作用机制：1) 由于西北太平洋季风槽对TD型波动的作用，对流层中层的涡旋首先加强，进而通过Top-down的过程下传到近地面，导致热带气旋生成；2）TD型波动为对流活动的发展提供了良好的环境，通过对流耦合正反馈机制加强气旋扰动中心附近的对流活动，进而加强近地面的气旋式环流，然后经过Bottom-up的过程加强对流层中层的气旋，最终导致热带气旋的生成。本项目还提出，在TD型波动激发热带气旋生成的过程，这两种过程中是可以先后或者同时发生。

西北太平洋台风季节,天气尺度的气旋-反气旋-气旋式热带低压(TD)型波列不断地出现在西北太平洋上空，热带气旋往往发生在其中的气旋式扰动环流中。因此,TD型波动是西北太平洋热带气旋生成的重要预兆。目前，TD型波动的加强与波动中激发热带气旋生成的物理机制，还不是十分清楚。针对这个问题，本研究通过统计分析、动力诊断以及数值模拟的方法，揭示了影响TD型波动加强的关键因子：水平基本流的辐合辐散、对流层高低层之间的垂直风切变、以及耦合的深对流活动。在北半球的夏季，西北太平洋上空的垂直风切变呈现西南-东北向渐变分布，西南侧呈现东风切变，东北侧呈现西风切变。当波动发生在中太平洋时，由于受到西风切变的影响，波动的最大振幅发生在对流层高层，波动环流与深对流活动处于弱耦合状态，高层波动在洋中槽的作用下加强；随着波动的西传，基本气流的垂直输送将高层的动能向下传输，在对流层中低层引起天气尺度的扰动；之后，深对流与波动环流之间的耦合逐渐变强，在耦合对流与西北太平洋季风槽的共同作用下波动迅速加强，为热带气旋的生成提供了初始的天气尺度扰动。本研究通过TD型波动这样一个媒介，成功地将大尺度环流、深对流活动与热带气旋的生成过程联系起来，从新的角度揭示了西北太平洋热带气旋的生成过程与物理机制。此外，本研究将西北太平洋的热带气旋生成的初始扰动追溯到中太平洋对流层高层的天气尺度扰动，可能在热带气旋生成的短期预报方面有潜在的应用价值。