水汽影响热带气旋结构的机理研究

Tropical cyclone (TC) is a type of high-impact weather system around the globe. Due to the lack of observations over tropical oceans, the previous studies focused mainly on TC motion and intensity, and our understanding of TC structural changes are still limited. Recent development in satellite remote sensing technique revealed the fact that TC structure has high temporal and spatial variability. Now the mechanisms of TC structural changes have become the new hotspot in the field of tropical meteorology. Condensational heating of water vapor is the major energy source during TC's life cycle, and recent observations showed that the structure of TC varies under different moisture conditions. This project will study the response of TC structure to its environmental moisture variations, by combining satellite observations, synoptic and dynamic diagnoses and numerical simulation and experiments. The structural changes in response to moisture disturbances will be tested in experiments, and the relationship between TC intensity, size and strength will be explored. The behavior of TC inner- and outer-core under varying moisture environment will also be studied separately. All these studies are to provide a better understanding of TC structure change, which will be useful in improving the forecast of TC structure.

热带气旋是影响全世界的高影响天气，受观测条件的限制，过去的研究多侧重于热带气旋的强度和路径，而结构往往被忽视。近年来迅速发展的卫星遥感技术为人们提供了大量热带气旋精细结构多样性的事实，因此对热带气旋的结构及其变化研究已经迫在眉睫，也是当前热带气象学研究领域的前沿问题。水汽是热带气旋的能量来源，最新的观测研究表明不同的水汽背景伴随着不同的热带气旋结构。本项目将全面利用卫星遥感，中尺度天气学分析，数值模拟和大气动力学等手段全面研究热带气旋环境场水汽对热带气旋结构及其变化的影响，揭示热带气旋的结构对不同水汽分布的响应机制，发现热带气旋对水汽响应过程中结构的各个因子intensity， strength 和 size 之间的动力学关联机制，探讨热带气旋内核和外核在不同水汽背景下的相互作用，为热带气旋结构及其变化的预报提供理论依据。

热带气旋是影响全世界的高影响天气，受观测条件的限制，过去的研究多侧重于热带气旋的强度和路径变化，尺度变化往往被忽视。虽然热带气旋的路径预报水平逐年升高，但是强度预报则提升有限，因此有必要从尺度的角度考虑热带气旋的强度与结构变化的关系。近年来迅速发展的卫星遥感技术为人们提供了大量热带气旋精细结多样性的事实，因此对热带气旋的结构及其变化研究已经迫在眉睫，也是当前热带气象学研究领域的前沿问题。水汽是热带气旋的能量来源，最新的观测研究表明不同的水汽背景伴随着不同的热带气旋结构。本项目全面利用2003~2013年，TRMM卫星和热带气旋的Best Track资料，对西北太平洋的热带气旋的尺度和强度及其变化进行了统计，发现有记录的362个热带气旋，其中包含强度和尺度观测值的记录共有4670个，强度的平均值为43.1m/s，尺度的平均值为210.7km，利用分类统计的方法，发现强度“增强”与强度“减弱”的相比，“增强”的热带气旋整体上水汽要比平均值多，“减弱”的要比平均值少。尺度“增大”与尺度“缩小”的相比，基本上呈现出“增大”的热带气旋外围水汽要比平均值多点，“缩小”的热带气旋要比平均值少，结果充分证明热带气旋的强度和尺度的变化过程与和环境场水汽有很好的对应关系；在观测基础上，利用中尺度天气学分析，数值模拟和大气动力学等手段揭示热带气旋的结构对不同水汽分布的响应机制，发现热带气旋对水汽响应过程中强度和尺度之间的动力学关联机制，探讨热带气旋内核和外核在不同水汽背景下的相互作用。本项目的结果丰富了人们对于热带气旋强度与尺度变化的认识，为热带气旋结构及其变化的预报提供理论依据。