海气相互作用对台风边界层径向内流的影响研究

The radial inflow in typhoon boundary layer is closely related to air-sea interaction, which impacts on the transport of dynamic and thermal fluxes from ocean to the typhoon inner core and plays an import role in the typhoon development.In the air-sea interaction, the cooling wake and wave response impact on the radial inflow dramatically. But, due to the lack of observation and the defect in numericcal model, there are still the limitations in the interpretation of their influencing mechanism. Therefore, in order to reveal the physical mechanisms of the effect of air-sea interaction on the radial inflow, a mesoscale atmosphere-ocean-wave coupled model, which is developed by ourselves, will be used in ideal experiments to analyse the dynamic and thermal features of the radial inflow and to study the effect of cooling and wave responses on the radial inflow in typhoon boundary layer in this project. Furthermore, this project will be assistant in revealing the importance of boundary layer in typhoon intensification.

台风边界层里的径向内流，与海气相互作用密切相关，影响了海洋向台风内核的动量、热量输送，对台风的发展演变起着重要作用。在海气相互作用过程中，海温和海浪的反馈效应对台风边界层径向内流具有显著影响。限于观测资料短缺及数值模式的缺陷，关于其影响机制的理解仍然有限。为揭示海气相互作用影响径向内流的物理机制，本申请项目拟采用自主建立的中尺度大气-海洋-海浪耦合模式，构建理想的大气、海洋环境，开展敏感性试验，分析台风边界层径向内流的动力、热力特征，着重研究台风条件下的"冷涌"效应和海浪反馈效应对台风边界层径向内流的影响机制，为进一步揭示边界层在台风加强过程中的重要作用提供科学依据。

项目较好的完成了相关任务，共发表6篇标注资助文章，3篇被SCI收录，另有2篇在审，其中达到了预期研究目标。取得的成果包括以下四个方面：（1）研究发现初始台风最大风速半径（RMWS）的影响贯穿台风整个模拟阶段，RMWS越大，下垫面热通量输送量级越大，台风强度越强。在台风强烈的风场作用下，海温反馈也越显著，从而引起热通量降低幅度增大。RMWS作为与台风结构密切相关的物理量在度量台风强度中起到了重要作用；（2）初步研究了均匀的东风环境场与β效应的共同作用，台风路径呈西北方向移动，冷尾流沿台风路径呈非对称分布，右侧降温幅度大于左侧，并持续影响台风内核海气界面热通量的输送。而均匀的西风环境场抵御了部分β效应，使得台风东移北抬，当强度增强到一定程度后向西北方向移动，最大幅度的冷尾流出现在台风南侧，眼区热通量的输送受冷尾流影响较小。另外，在台风快速加强阶段，眼区范围内的潜热通量输送对台风加强更为关键；（3）研究发现海洋反馈对海气间的热通量输送影响巨大，当无海表温度冷涌反馈作用时，海气间的热通量输送较大，由此引起眼墙内的中尺度对流加强，但集中爆发区仍然位于顺切变方向，不受热通量输送变化的影响。当不考虑海浪对海表粗糙度的影响时，在较小的海表粗糙度条件下，眼墙非对称性减弱，使得中尺度对流涡在切向方向上的分布较为均匀；（4）研究了径向内流层受海表粗糙度的影响。海表粗糙度增加时，径向内流层厚度增加，最大切向风速半径向内收缩。与此同时，均匀的环境风场和下垫面摩擦引起台风涡旋倾斜，使得眼墙内1波结构稳定在特定的切向方向；（5）研究发现海温反馈对次级环流的结构影响较小，主要降低了台风眼区和边界层的相当位温。台风减弱不仅是摩擦耗散作用所引起，同时与径向内流夹带了大量的干冷空气到台风眼区密切相关。