高空强迫对西北太平洋热带气旋生成的影响研究

Tropical cyclone (TC) formation is a great challenge in TC research and forecast. The upper-level disturbance is an important impacted system for tropical cyclone genesis. The impact of upper-level forcing on TC formation has become an international frontier topic in recent tropical cyclone research. This project focuses on the influence of upper-level forcing on TC formation over western North Pacific. Using the statistical analysis, classification, contrast and high-resolution numerical simulation, the activities of TC formation under the impact of upper-level forcing will be explored firstly. Then, the coupling of upper-level disturbance and low-level circulation during TC formation will be studied, in order to obtain the characteristics of circulation evolutions forced by upper-level disturbance. Finally, the interaction between upper-level synoptic-scale systems and mesoscale convections will be investigated to get better understanding on the impact mechanism of upper-level forcing on triggering TC formation. This study will help to improve the knowledge on tropical cyclone formation and provide scientific reference for operational forecast of TC formation.

热带气旋（TC）生成机理是热带气旋研究的挑战性课题，TC生成预报是我国台风预报最为薄弱的环节之一。对流层高层扰动是TC生成和发展不可忽略的重要影响环流系统，其强迫作用是当今国际TC研究的热点问题。本项目拟开展高层强迫对西北太平洋TC生成的影响研究。采用统计分析、分类合成对比以及高分辨率数值模拟及试验等方法，首先对西北太平洋TC生成过程中受高空强迫状况进行统计，得到两者的相关特征；其次分析TC生成过程中高、低空系统的耦合状况、环流结构演变特征；最后，从高空扰动系统与中低层中小尺度对流相互作用的角度，讨论高空强迫触发TC生成的动力和热力学机制。本项目研究旨在认识西北太平洋海域上空的高层强迫在何种环流形态下以何种形式影响TC生成过程，从而丰富台风生成机理认识，为其业务预报提供理论参考。

热带气旋（TC）生成机理是热带气旋研究的挑战性课题，TC生成预报是我国台风预报最为薄弱的环节之一。对于西北太平洋地区而言，对流层高层扰动是TC生成和发展不可忽略的重要影响环流系统。本项目首先制作了1979-2017年TC在其生成前72h的pre-TC低层涡度扰动数据集，并对其高空的扰动系统活动进行统计分析，结果表明，39%的TC在其生成前72h曾受到高空扰动系统影响，半数以上影响时间超过24h。在8月影响概率最高（60%），极少出现在冬半年。在20°N以北占比在20%以上，向东北逐渐增加，在中太平洋地区达80%以上。其次，按高空扰动出现的方位对高低空环流配置进行合成分析，最常出现的配置是低层为季风切变/辐合环流型，高层在低层扰动北侧（东北和/或西北）出现扰动系统，占63%左右。其次是低层为东风切变型，高层处在槽内部或者由槽向低纬延伸的狭长带东侧，占19%。还有8%表现为低层为季风辐合，高层西侧出现闭合强冷涡特征。对高空强迫上升运动进行诊断分析，发现低层为季风型时强迫上升运动在气旋性环流内位于实际对流组织位置的前方，而东风波型基本在为高空强迫上升运动处。相对不受高空强迫影响生成的TC，受影响TC经历的海表面温度较低，纬向风垂直切变多为西风切变，平均值相对东风切变要小，但冷涡外围急流可以显著加大全风速垂直切变。最后，对季风背景下受高空冷涡影响的台风“莫兰蒂”生成过程做诊断分析和数值模拟。分析表明，冷涡西侧存在一条高湿涡度带，随之靠近TC生成地中层涡度和湿度都明显增加，而中上层存在的次级环流上升支与低层季风扰动耦合形成的强垂直运动可触发bottom-up过程。数值试验结果表明，低层季风扰动的存在是莫兰蒂生成的必要条件，但冷涡可以加速TC涡旋加强。以上结果增加了对西北太平洋TC生成过程高空强迫影响状况的认识，加深了高空扰动系统影响TC生成机制的理解，可为TC生成业务预报提供一定的理论参考。