季风槽内南海台风快速加强的机理研究

The rapid intensification (RI) forecast of tropical cyclones (TCs) in monsoon trough remains problematic in decades. Till now, there are no effective methods to predict RI occurrence. This problem turns to be even worse when the RI takes place in the South China Sea (SCS). The landfalling may occur within only 2-3 days, which leaves insufficient warning time and thus poses significant threat to the lives and properties in the southeastern coastal region of China. RI is the result of the cooperative work of environment control and inner-core dynamic processes, accompanied with complex multi-scale interactions. However, our understanding towards these processes is still limited and thus confines the progress to improve TC intensity forecast. In this project, the dynamic and thermodynamic impacts of monsoon trough on the TC intensity change will be investigated via observational studies, high-resolution numerical simulations and sensitivity experiments. The key physical processes and the associated dynamic mechanisms will be revealed based on the diagnostic analysis and budget calculations. These findings will be beneficial to advance our understanding towards the RI dynamics. In addition, they will provide important scientific knowledge to improve the RI forecast of TCs in the SCS monsoon trough.

季风槽内热带气旋的快速加强是台风预报中的难点问题，目前仍然没有有效的预报方法，尤其对于南海地区，热带气旋登陆前的快速加强往往导致防台工作的措手不及。热带气旋的快速加强为大尺度环境与内核动力学机制协同作用的结果，伴随复杂的多尺度相互作用过程，目前，我们对该问题的理解仍然不够深刻，这也是限制热带气旋强度预报水平提高的主要瓶颈。本项目拟通过观测分析、实际个例高分辨率数值模拟及敏感性实验，结合动力学诊断分析及收支计算去深入探讨季风槽在快速加强过程中所起的动力与热力作用，揭示南海季风槽内热带气旋快速加强的关键物理过程与动力学机制。研究成果将有助于加深热带气旋快速加强研究领域的动力学认识，为提高南海季风槽内热带气旋快速加强的预报水平提供科学依据。

垂直风切变环境下热带气旋的快速增强是台风预报中的难点问题，目前仍然没有有效的预报方法，尤其对于南海地区，热带气旋登陆前的快速增强往往导致防台工作的措手不及。在夏季季风槽背景下，南海强环境风切变使得台风涡旋垂直结构发生倾斜并更容易遭受环境干空气的侵入，这些过程均不利于台风的快速增强。本项目针对南海快速增强台风的典型个例的高分辨率数值模拟及敏感性实验，结合动力学诊断分析及收支计算等手段，深入分析了季风槽环境下热带气旋抵抗垂直风切变的动力学与热力学机制，一系列相关研究成果均已发表在一流SCI期刊上，包括MWR, JAS，GRL。..针对台风Vicente(2012)的模拟研究结果表明，在快速增强启动阶段，季风槽背景环流可有效得将涡旋尺度扰动涡度向低层台风中心方向输送，从而有利于该阶段台风涡旋内核尺寸的快速收缩。进一步研究结果揭示出台风抵抗强环境风切变的新途径，即“顺风切方向再生成机制”，即顺风切一侧强对流活动形成了一个垂直结构对齐的“新”的台风中心，该中心尺度不断增长并最终替代了倾斜的旧台风中心。该机制有别于传统轴对称加强机理认识，对夏季季风槽环境下（中等强度风切变）弱阶段台风快速增强的机理提出了新见解，并具有一定普适性。热力分析结果与敏感性测试表明，台风内核垂直结构对齐有效地减小了边界层以上的通风效应，增加了内核区的湿静力能与相对湿度，并可有效区分快速增强与慢速增强的台风。针对台风Mujigae(2015)的改变海温的不同实验进一步揭示出，不同海温下，涡旋先后均经历了快速增强，涡旋的垂直结构对齐无法准确表征快速增强的启动时间；相反，可以有效地指示快速增强的内核因子为紧凑的内核的形成。该系列研究成果系统揭示出涡旋内核结构及相应的热力状态调整为决定未来台风增强速率的关键因子。这些重要研究成果与提出的新机制将有助于加深热带气旋快速增强研究领域的动力学认识，为提高南海季风槽内热带气旋快速增强的预报水平提供科学依据