热带气旋增强过程一直是国内外研究的热门问题。由于热带气旋增强过程收到动力、热力过程的协同控制，且具有多尺度相互作用的特征，因此热带气旋增强过程很难让人们清楚理解。

我院教师彭珂博士与南京大学方娟教授合作，利用非静力轴对称云分辨率模式CM1设计两组具有不同涡旋伸展高度的集合理想试验，对热带气旋初始垂直结构对热带气旋增强过程的影响进行了探讨。

研究结果表明初始涡旋垂直伸展较低的气旋第一阶段持续时间明显较长，且增强速率较慢（图1）。这主要是由于初始涡旋垂直伸展较低的试验中对流活跃程度较弱所造成。垂直伸展较低的初始涡旋，低层层结相对稳定，且对流层中上层的绝对角动量梯度较小，中上层涡旋难以增强，深厚涡旋结构难以建立。因此边界层扰动自由发展成深对流的难度较大，深对流发展存在间歇性停歇的现象（图2）。利用绝对角动量收支诊断得知，在深对流不活跃期间，水平平流引起的绝对角动量正的贡献无法抵消垂直输送项和摩擦耗散项引起的负的贡献，热带气旋强度减弱。热带气旋在对流间歇性爆发期间强度一直处于波动状态。随着热带气旋缓慢增强，扰动最大值所在半径不断收缩至深厚等角动量面区域，气块才能自由向上运动到对流层顶，稳定的次级环流得以建立，热带气旋增强进入快速增强阶段。

该研究结果表明，由浅层涡旋发展起来的热带气旋可能需要较长时间才能建立起稳定的深层次级环流，从而进入快速增强阶段。相关研究发表在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》。

图1 热带气旋最大风速（Vmax）时间变化图。实线为ZDD20（垂直伸展较高）试验，虚线为ZDD10（垂直伸展较低）试验。垂直实线和虚线分辨代表ZDD20、ZDD10试验第一阶段结束的时间。

图2 边界层（1 km以下）平均垂直质量输送（kg m-1 s-1，填色）及高度12.25 km大于3 m s-1的垂直风速w（黑色等值线）时间-径向变化图，蓝点代表最大风速半径所在位置（a）为ZDD20试验，（b）为ZDD10试验。

论文信息：

Peng, K., and Fang, J., 2021: Effect of the initial vortex vertical structure on early development of an axisymmetric tropical cyclone. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD033697. https://doi. org/10.1029/2020JD033697