热带气旋榴莲(2001)生成的垂直耦合特征和机制

作者：张文龙^*; 崔晓鹏; 董剑希

来源：中国科学:地球科学 , 2021, 51(03): 465-482.

• 热带气旋生成
• 垂直耦合
• 涡旋热塔
• 轴对称化分布
• 正压不稳定

热带气旋(Tropical Cyclone, TC)生成过程中的垂直耦合过程及其机制,是一项隐含在TC生成关键因子——弱的水平风垂直切变条件下的,重要但尚未被解答的基础科学难题.文章通过实例数值模拟和理论分析对这一问题开展了针对性研究,主要结论如下:即使是发生在正压环境下的TC生成过程,仍然存在TC胚胎区的对流层中低层槽(涡)系统的垂直耦合过程.垂直耦合主要发生在热带扰动(Tropical Disturbance, TDS)阶段,实现垂直耦合的热带低压(Tropical Depression, TD)环流,才能够通过WISHE(Wind-Induced Surface Heat Exchange)机制进一步自组织发展加强并进入到TS(Tropical Storm, TS)或更强烈的TY(Tropical Typhoon, TY)阶段.在TC垂直耦合过程中,涡旋热塔(Vortical Hot Towers, VHTs)起到具体的"垂直串接"作用,是垂直耦合的直接实践者.对流层中层槽线与低层槽线在VHTs的垂直串接作用下相向移动,实现垂直耦合. VHTs能够产生强烈的低层气旋性涡度,其主要由伸展项来完成,扭转项在中上层形成单偶极或双偶极涡度对,但大致相互抵消.伸展项使得中低层风场的气旋性旋转趋向一致,扭转项使得水平风在垂直方向上均匀化分布,实现风场的垂直耦合. VHTs通过对流层中上层的凝结潜热加热使得352K相当位温线在925～300hPa高度层垂直贯通,实现温度场的垂直耦合;通过形成云塔使得环境空气增湿并接近饱和, 95%相对湿度线在925～400hPa高度层垂直贯通,实现湿度场的垂直耦合.在热塔的群体作用下, TC胚胎区发展成为暖热、近饱和并且具有强烈气旋性涡度的核心区.正压不稳定机制在西北太平洋TC生成过程中也会发生,并为TC生成提供丰富的大尺度环境涡度. VHTs的轴对称化分布是TC生成的重要标志.在TC即将生成时, VHTs轴对称化过程与涡旋罗斯贝波可能存在伴随现象.

• 出版日期2021
• 单位南京信息工程大学; 中国科学院大学; 国家海洋环境预报中心; 中国科学院大气物理研究所