非均匀环境风垂直切变影响热带气旋中尺度对流带的机理研究

The structure and intensity change of mesoscale convective belt in the tropical cyclone which is associated with the asymmetric mesoscale circulation in the vortex, is an important scientific problem of the tropical cyclone. In this paper, the methods of mesoscale dynamics and numerical simulations are used to extend the study of the influence of linear environmental vertical wind shear on the mesoscale circulation in the tropical cyclone to the dynamics process of nonhomogeneous environmental vertical wind shear . The genesis and development mechanism of the asymmetric mesoscale circulation in the tropical cyclone is examined under the condition of nonhomogeneous environmental vertical wind shear. The main contents are as follows: analyze the structure characteristics of mesoscale asymmetric disturbance in the tropical cyclone in nonhomogeneous environmental vertical wind shear; the transformation mechanism of momentum, heat and moisture between the asymmetric disturbance and the motion of the vortex are diagnosed by the piecewise potential vorticity inversion technique based on quasi-balance and then explore their interaction; examin the influence of dynamic stability of the mesoscale circulation caused by the nonhomogeneous environmental vertical wind shear on the intensity of the tropical cyclone, and construct the physical model on the influence of nonhomogeneous environmental vertical wind shear on the genesis and development of the mesoscale convective belt, which is consistent with observational studies.

热带气旋内中尺度对流带与涡旋内的非对称中尺度环流相联系，它的结构和强度变化是热带气旋研究的重要科学问题。本项目用中尺度动力学和数值试验方法, 将线性环境风垂直切变影响热带气旋中尺度环流的研究拓展到非均匀环境风垂直切变的动力学过程, 研究非均匀环境风垂直切变条件下热带气旋内非对称中尺度环流发生和发展的机理，研究内容包括：分析非均匀环境风垂直切变条件下,热带气旋内中尺度非对称扰动的结构特征; 用准平衡分片位涡反演技术诊断分析非对称扰动和涡旋运动之间动量、热量和水汽的转换机制，从而探索它们的相互作用; 解析非均匀环境风垂直切变产生的中尺度对流带扰动的动力稳定性对热带气旋强度的影响，构建与观测研究较为一致的非均匀环境风垂直切变影响中尺度对流带带发生发展的物理模型。

背景：热带气旋内中尺度对流带与涡旋内的非对称中尺度环流相联系，它的结构和强度变化是热带气旋研究的重要科学问题。构建与观测研究较为一致的非均匀环境风垂直切变影响中尺度对流带发生发展的物理模型具有重要科学价值。项目内容：将线性环境风垂直切变影响热带气旋中尺度环流的研究拓展到非均匀环境风垂直切变的动力学过程,研究非均匀环境风垂直切变条件下热带气旋内非对称中尺度环流发生和发展的机理。具体内容有：分析非均匀环境风垂直切变条件下,热带气旋内中尺度非对称扰动的结构特征;用准平衡分片位涡反演技术诊断分析非对称扰动和涡旋运动之间动量、热量和水汽的转换机制，从而探索它们的相互作用;解析非均匀环境风垂直切变产生的中尺度对流带扰动的动力稳定性对热带气旋强度的影响。重要成果：（1）揭示了风垂直切变的波状变化特征,其中在持续强盛期呈双模态分布。它不仅影响强对流带中尺度结构和持续强盛，也是台风内滚轴状对流带不稳定的可能启动机制。（2）台风不仅存在与周围环境系统的相互作用，同时与尾随台风存在相互作用，特别是尾随台风作为水汽集送的中间站，对台风在登陆时的强降水有重要影响。（3）长时间强度维持台风内核区的位涡具有中尺度高值分布不均匀的特征，高值PV区与内核区强对流具有对应关系 ，位涡分布呈现由单极位涡和中空位涡态的相互转化。（4）热带气旋内中尺度对流带扰动的稳定性和结构变化研究取得进展：系统内部非对称结构的形成和传播机制中，弱不稳定的位涡环的低波数波最不稳定波动具有典型涡旋Rossby波特征；TC型涡中的中尺度对流带扰动的最不稳定模态具有典型的涡漩Rossby-惯性-重力混合波(VRIGWs)特征。(5)成熟台风的“云陀螺”模型及移动路径数值模拟特征研究表明,台风高低层的涡旋中心并非垂直对齐,这种斜压性表现为台风旋转轴的倾斜,从而导致台风涡旋存在进动运动,进动周期决定了台风快速增强发生的时间。发表11篇论文、培养博士后、博士各1名、硕士1名。