研究生讲课教案-1天气动力学与诊断分析课件.ppt

1、天气动力学与诊断分析(1)第一部分：热带气旋生成过程主要教学内容主要教学内容1 1、热带气旋生成过程研究进展热带气旋生成过程研究进展（2 2学时）学时）2 2、热带气旋生成过程多尺度相热带气旋生成过程多尺度相互作用机制互作用机制（3 3学时）学时）第一部分：热带气旋生成过程主要教学内容主要教学内容1 1、热带气旋生成过程研究进展热带气旋生成过程研究进展（2 2学时）学时）2 2、热带气旋生成过程多尺度相热带气旋生成过程多尺度相互作用机制互作用机制（3 3学时）学时）热带气旋生成过程研究进展1985-2005年全球热带气旋路径图年全球热带气旋路径图（http:/zh.wikipedia.org/

2、wiki/熱帶氣旋）热带气旋生成过程研究进展热带气旋等级热带气旋等级描述描述超超强台风强台风（Super TY）底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速51.0 米米/秒，即秒，即16级或以级或以上上强台风（强台风（STY）底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速41.5-50.9 米米/秒，即秒，即14-15 级级 台风（台风（TY）底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速32.7-41.4 米米/秒，即秒，即12-13 级级 强热带风暴强热带风暴(STS)底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速24.5-32.6 米米/秒，即风力秒，即风力10-11 级级热

3、带风暴热带风暴(TS)底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速17.2-24.4 米米/秒，即风力秒，即风力8-9 级级 热带低压热带低压(TD)底层中心附近最大平均风速底层中心附近最大平均风速10.8-17.1 米米/秒，即风力秒，即风力为为6-7 级级热带热带扰动扰动热带气旋生成过程研究进展1985-2005年全球热带气旋路径图年全球热带气旋路径图（http:/zh.wikipedia.org/wiki/熱帶氣旋）全球全球海温动态海温动态图图（http:/ 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(easterly waves)

4、(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制（对流云团、中尺度涡对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互作用旋合并与大尺度扰动的

5、相互作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一多尺度相互作用的一种新假说种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说）热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCT

6、C生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制（对流云团、中尺度涡对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互作用旋合并与大尺度扰动的相互作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一多尺度相互作用的一种新假说种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说）热带气旋生成过程研究进展TCTC生成需要满足一定环境条件。生成需要满足一定环境条件。19601960年

7、代末，年代末，GrayGray指出指出TCTC发生频率发生频率与与6 6个因子有关：大于平均的低层涡度和中层湿度；深厚的大气层结个因子有关：大于平均的低层涡度和中层湿度；深厚的大气层结处于条件性对流不稳定；暖而厚的海洋混合层；弱水平风垂直切变；处于条件性对流不稳定；暖而厚的海洋混合层；弱水平风垂直切变；离开赤道几个纬度等离开赤道几个纬度等。这这6 6个因子不是完全独立的，个因子不是完全独立的，TCTC生成关键因子可以生成关键因子可以概括为：概括为：(1)(1)与相对与相对较深的海洋混合层相联系的暖海面温度较深的海洋混合层相联系的暖海面温度(一般在一般在26 26 以上以上)；(2)(2)对流层

8、对流层低层有效的绝对涡度值；低层有效的绝对涡度值；(3)(3)初始扰动区域水平风垂直切变较弱；初始扰动区域水平风垂直切变较弱；(4)(4)扰动区域对流层中层潮湿。扰动区域对流层中层潮湿。因为热力条件在热带大部分地区常常可以得到满足，而低层涡度和垂因为热力条件在热带大部分地区常常可以得到满足，而低层涡度和垂直切变在时间和空间上能够发生显著变化。直切变在时间和空间上能够发生显著变化。TCTC的发生、发展要求垂的发生、发展要求垂直切变必须低于某个临界值，此临界值在不同海区不同。直切变必须低于某个临界值，此临界值在不同海区不同。一般只有当初始扰动移动到低层大于平均气旋性涡度和高层反气旋涡一般只有当初始

9、扰动移动到低层大于平均气旋性涡度和高层反气旋涡度的大尺度环境中，才会有度的大尺度环境中，才会有TCTC生成；能够发展成为生成；能够发展成为TCTC的云团所处的的云团所处的环境场，与不发展的对流云团相比，在其对流层低层环境场，与不发展的对流云团相比，在其对流层低层1 000-2 000 km1 000-2 000 km尺尺度水平范围内，存在相对涡度的增强。度水平范围内，存在相对涡度的增强。热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，J

10、C,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）TCTC形成潜势区（预测）形成潜势区（预测）基于大尺度背景条件基于大尺度背景条件热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展（CHEUNG，JC,2004）以上这些仅仅是有利于以上这些仅仅是有利于TCTC生成的基本大尺度环生成的基本大尺度环境条件，满足条件，不一定有境条件，满足条件，不一定有TCTC生成，同时，生成，同时，不

11、满足条件，不满足条件，TCTC也有可能生成。也有可能生成。热带气旋生成过程研究进展以上是有利于以上是有利于TCTC生成的基本环境条件，但针对条件本身也存在一些例外。生成的基本环境条件，但针对条件本身也存在一些例外。例如，一般认为赤道两侧例如，一般认为赤道两侧3 3 之间的地带是之间的地带是TCTC不会生成的地方，但不会生成的地方，但20012001年年1212月月2727日，日，Vamei(Vamei(画眉，距离赤道画眉，距离赤道1.4 1.4 N)N)的生成（主要原因为越赤道冷涌的作的生成（主要原因为越赤道冷涌的作用，越赤道冷涌在赤道附近触发了背景场气旋性涡度的增加）和用，越赤道冷涌在赤道附

12、近触发了背景场气旋性涡度的增加）和20042004年年1111月月2828日日Angi(Angi(阿耆尼，距离赤道阿耆尼，距离赤道0.7 0.7 N)N)的生成（其生成过程中经历了穿越赤道的过的生成（其生成过程中经历了穿越赤道的过程），以及程），以及19561956年台风年台风莎拉莎拉(Sarah(Sarah，北纬，北纬2.22.2度）度）。由于强烈的垂直风切变、较冷的海水及缺乏辐合场，热带气旋在南大西洋的由于强烈的垂直风切变、较冷的海水及缺乏辐合场，热带气旋在南大西洋的生成个例十分罕见，然而生成个例十分罕见，然而20042004年年3 3月月2424日日南大西洋飓风南大西洋飓风Catarin

13、aCatarina（卡塔琳娜）（卡塔琳娜）却却在较冷的在较冷的25 25 海洋上空海洋上空生成生成（其主要原因与对流层上层位涡发展有关其主要原因与对流层上层位涡发展有关）。20042004年年南大西洋卡塔琳娜南大西洋卡塔琳娜20012001画眉画眉（LEE et al.，MWR,2008）热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)

14、；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)热带气旋生成过程研究进展东风波指东风波指副热带高压副热带高压偏向低纬一侧的东风偏向低纬一侧

15、的东风气气流流，在自东向西运动时，常存在，在自东向西运动时，常存在槽或气旋性曲率最大区，呈波状形式自东向西移动。水平波长约槽或气旋性曲率最大区，呈波状形式自东向西移动。水平波长约2000-4000km2000-4000km，平均以，平均以约约20km/h20km/h的速度向西移动，最大强度出现于的速度向西移动，最大强度出现于700-500hPa700-500hPa等压面之间等压面之间。东风波是北大西洋和东太平洋。东风波是北大西洋和东太平洋TCTC生成的主要扰动源之一。东风波在生成的主要扰动源之一。东风波在TCTC的的形成中有两种作用：形成中有两种作用：(1)(1)可以作为一种初始扰动，在适当环

16、境条件下增幅，最可以作为一种初始扰动，在适当环境条件下增幅，最后发展成后发展成TCTC；(2)(2)作为一种启动机制，能激发另外类型的扰动发展成作为一种启动机制，能激发另外类型的扰动发展成TCTC。大西洋区域大多数大西洋区域大多数TCTC的形成与天气尺度东风波有关，北大西洋约的形成与天气尺度东风波有关，北大西洋约60%60%的热带的热带风暴和中等强度飓风，以及超过风暴和中等强度飓风，以及超过80%80%的强烈飓风起源于东风波。大多数研究的强烈飓风起源于东风波。大多数研究强调东风波所经过的环境场的海温和垂直风切变的作用，不能形成强调东风波所经过的环境场的海温和垂直风切变的作用，不能形成TCTC的

17、东风的东风波显著特征是，在东风波槽前对流层中上层存在干空气。东太平洋地区，与波显著特征是，在东风波槽前对流层中上层存在干空气。东太平洋地区，与TCTC生成相联系的大尺度系统主要是东风波，在生成相联系的大尺度系统主要是东风波，在TCTC生成过程中，正压不稳定生成过程中，正压不稳定机制发挥关键作用。机制发挥关键作用。热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Mon

18、soon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)热带气旋生成过程研究进展热带辐合带热带辐合带(赤道辐合带，赤道辐合带，简称简称ITCZ)ITCZ)是有利于是有利于TCTC生成的地区，生成的地区，ITCZITCZ包括季包括季风辐合带（季风槽）和信风辐合带（信风槽）。风辐合带（季风槽）和信风辐合带（信风槽）。西太平洋地区和澳大利亚地西太平洋地区和澳大利亚地区，多数区，多数TCTC生成在季风槽中，东风波作用不明显。季风槽的存在，伴随弱生成在季风槽中，东风波作用不明显。季风槽的存在，伴随弱的垂直切变和强气旋性涡度，非常有利于的

19、垂直切变和强气旋性涡度，非常有利于TCTC生成。西太平洋生成。西太平洋TCTC生成之前，生成之前，季风槽中有涡度发展加强。季风槽任意一侧气流的加强均能增大低层相对涡季风槽中有涡度发展加强。季风槽任意一侧气流的加强均能增大低层相对涡度，从而有利于度，从而有利于TCTC生成。沿副热带高压向赤道一侧信风的强度，生成。沿副热带高压向赤道一侧信风的强度，常常被作为被作为西太平洋西太平洋TCTC发生可能性的一个指标发生可能性的一个指标，同时来自南（冷）半球，同时来自南（冷）半球“风（冷）涌风（冷）涌”也有重要作用也有重要作用。热带气旋生成过程研究进展Ritchie and HollandRitchie a

20、nd Holland（19991999）研究指出，西北太平洋区研究指出，西北太平洋区域的域的TCTC生成与生成与5 5种对流层低层的种对流层低层的大尺度大尺度环流环流型（型（PatternsPatterns）相联系：季风槽切变线相联系：季风槽切变线(Monsoon shear line)(Monsoon shear line)、季风辐合区、季风辐合区(Monsoon confluence region)(Monsoon confluence region)、季风涡旋、季风涡旋对对(Monsoon gyre)(Monsoon gyre)、罗斯贝波能量频散、罗斯贝波能量频散(Rossby ener

21、gy(Rossby energy dispersion)dispersion)、东风波、东风波(Easterly waves)(Easterly waves)等。其中前两种类等。其中前两种类型与型与71%71%的的TCTC生成相联系生成相联系(42%(42%为季风槽切变线，为季风槽切变线，29%29%为季风辐合区为季风辐合区)，季风涡旋对和罗斯贝波能量频，季风涡旋对和罗斯贝波能量频散属于季风辐合区的特殊情形。因此前散属于季风辐合区的特殊情形。因此前4 4种类型种类型TCTC生生成的成的82%82%，剩余的，剩余的18%18%为东风波类型。为东风波类型。热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生

22、成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)热带气旋生成过程研究进展高空槽高空槽也可能触发也可能触发TCTC生成，高空槽可以强迫生成，高空槽可以强迫出出深厚的上升深厚的上升气流、增强对流，促使气流、增强对流，促使TCTC生成。生成。McBrideMcBride等指出，等指出，

23、45%45%的的澳大利亚附近澳大利亚附近TCTC生成时，在其周围生成时，在其周围5 5经纬距范围内有高经纬距范围内有高空槽存在，空槽存在，80%TC80%TC生成时，其周围生成时，其周围1515经纬距范围内有高经纬距范围内有高空槽存在。空槽存在。BriegelBriegel等对西太平洋等对西太平洋TCTC生成前流场分析发现生成前流场分析发现85%85%的个例的个例，或者在对流层高层或者在对流层高层2500 km2500 km水平范围内有高空水平范围内有高空槽，或者有对流层低层风涌存在，槽，或者有对流层低层风涌存在，TCTC生成归因于任何能够生成归因于任何能够产生深对流运动的强迫机制。产生深对流

24、运动的强迫机制。（CHEUNG，JC,2004）热带气旋生成过程研究进展热带对流层上层槽热带对流层上层槽(又称大洋中部槽，又称大洋中部槽，简称简称TUTTTUTT，指夏季形成于热带太平洋中指夏季形成于热带太平洋中部和大西洋中部地区对流层上层的行星尺度低压槽部和大西洋中部地区对流层上层的行星尺度低压槽，一般活动于一般活动于5-255-25N N之间之间，对流层，对流层300 hPa300 hPa以上，在以上，在200 hPa200 hPa最明显。最明显。)的强弱同低空热带辐合带的强弱或的强弱同低空热带辐合带的强弱或台风发生数量有密切关系，台风发生数量有密切关系，TUTTTUTT在一定条件下有利于

25、在一定条件下有利于TCTC生成。夏季西北太平生成。夏季西北太平洋暖水域刚好位于洋暖水域刚好位于TUTTTUTT的西边和对流层高空热带东风急流的入口处附近，这的西边和对流层高空热带东风急流的入口处附近，这两个特点可以促成有利于气旋发生的大范围高层辐散的出现。两个特点可以促成有利于气旋发生的大范围高层辐散的出现。（SADLER，MWR,1976）热带气旋生成过程研究进展（SADLER，MWR,1978）热带气旋生成过程研究进展（SADLER，MWR,1978）热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源东风波东风波(easterly

26、waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)热带气旋生成过程研究进展Madden-Julian oscillation(Madden-Julian oscillation(简称简称MJO)MJO)是一种振荡周是一种振荡周期约期约40-5040-50天，东传速度天，东传速度约约5 m/s5 m/s的热带大气低频的热带大气低频扰动现象，是影响扰动现象，是影响TCTC生生成的一

27、种更大尺度的扰动成的一种更大尺度的扰动源。源。（Madden and Julian，JAS,1972）热带气旋生成过程研究进展通过垂直风切变、低层涡度和垂直运动的变化，通过垂直风切变、低层涡度和垂直运动的变化，MJOMJO能够增能够增强或减少不同海域的强或减少不同海域的TCTC的生成频数的生成频数，MJOMJO不同位相的垂直不同位相的垂直风切变和相对湿度是影响风切变和相对湿度是影响TCTC生成的直接因素。生成的直接因素。（KLOTZBACH，J Climate,2010）热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(

28、easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制（对流云团、中尺度涡对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动

29、的相互作用旋合并与大尺度扰动的相互作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一多尺度相互作用的一种新假说种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说）热带气旋生成过程研究进展用于讨论热带气旋生成发展的描述性词语很多：用于讨论热带气旋生成发展的描述性词语很多：genesisgenesis、cyclogenesiscyclogenesis、formationformation、development development、intensificationintensification等。等。TCTC发发展展(development)(develo

30、pment)包括两个不同阶段：生成阶段包括两个不同阶段：生成阶段(genesis)(genesis)和加强和加强阶段阶段(intensification)(intensification)，由不同的动力和物理过程控制。前者包，由不同的动力和物理过程控制。前者包括了一个在组织松散的热带云团中的中尺度涡旋的生成，外括了一个在组织松散的热带云团中的中尺度涡旋的生成，外强迫在其中发挥重要作用；后者则是能够依靠强迫在其中发挥重要作用；后者则是能够依靠WISHE(WISHE(风驱动风驱动的海面热量交换的海面热量交换)机制或机制或CISK(CISK(第二类条件性不稳定第二类条件性不稳定)机制自主机制自主维持

31、的阶段。维持的阶段。Zehr(1992)Zehr(1992)从内外强迫、持续时间、最大风速、从内外强迫、持续时间、最大风速、中心最低气压等方面对中心最低气压等方面对TCTC生命史生命史给出给出了明确定义和划分，其了明确定义和划分，其中将生成期又分为热带扰动和热带低压两个阶段。此外，台中将生成期又分为热带扰动和热带低压两个阶段。此外，台风加强阶段风加强阶段(intensification)(intensification)一般指从热带风暴演变为台风的阶一般指从热带风暴演变为台风的阶段。对段。对TCTC生成研究具有十分重要的意义，在此基础上，生成研究具有十分重要的意义，在此基础上，19901990

32、年代之后对年代之后对TCTC生成的研究逐步进入到多尺度相互作用机制的生成的研究逐步进入到多尺度相互作用机制的研究。研究。热带气旋生成过程研究进展生成前期生成前期生成后期生成后期关于生成期的定义（关于生成期的定义（Zehr,NOAA Tech Rep,1992)热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden

33、-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量交换机制风驱动的海气热量交换机制热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Monsoon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Jul

34、ian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量交换机制风驱动的海气热量交换机制热带气旋生成过程研究进展OoyamaOoyama（19691969）、CharneyCharney等等（19641964）提出第二类条件性对流提出第二类条件性对流不稳定不稳定(conditional instability of second kind(conditional instability of second kind，简称，简称CISK)CI

35、SK)机制来机制来解释解释TCTC的生成：的生成：在强条件性不稳定大气中，大尺度涡旋通过在强条件性不稳定大气中，大尺度涡旋通过EkmanEkman次级环流次级环流提供给积云对流所需要的水汽，使对流发展；积云对流释放提供给积云对流所需要的水汽，使对流发展；积云对流释放潜热加强径向环流，并通过科里奥利力使涡旋加强；小尺度潜热加强径向环流，并通过科里奥利力使涡旋加强；小尺度积云对流和大尺度涡旋互为正反馈，最终导致积云对流和大尺度涡旋互为正反馈，最终导致TCTC生成。生成。CISKCISK机制的一个基本前提假设是：一个具有一定强度的地面机制的一个基本前提假设是：一个具有一定强度的地面涡旋已经建立。由于

36、只有涡旋达到一定强度之后涡旋已经建立。由于只有涡旋达到一定强度之后CISKCISK机制才机制才能发挥作用，因此能发挥作用，因此CISKCISK机制更适合于解释机制更适合于解释TCTC的发展，而难的发展，而难以解释一个热带扰动怎样演变成一个地面气旋性涡度集中的以解释一个热带扰动怎样演变成一个地面气旋性涡度集中的TCTC环流的过程。环流的过程。热带气旋生成过程研究进展1 1、TCTC生成的环境条件生成的环境条件2 2、TCTC生成的扰动源生成的扰动源（东风波东风波(easterly waves)(easterly waves)；热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)与季风槽与季风槽(Mons

37、oon Trough)(Monsoon Trough)；高空槽高空槽；Madden-Julian Madden-Julian 振荡振荡(MJO)(MJO)）3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量交换机制风驱动的海气热量交换机制热带气旋生成过程研究进展观测表明，观测表明，飓风飓风边界层异常高的相当位温是和海洋热源紧密联系的。边界层异常高的相当位温是和海洋热源紧密联系的。CISKCISK机制过分强调了积云对流的作用机制过分强调了积云对流的作用，而真正重要的是发展的涡旋和而真正重要的是发展的涡

38、旋和海气之间海气之间的的能量交换，积云对流仅仅是在垂直方向上输送和重新分配能量交换，积云对流仅仅是在垂直方向上输送和重新分配由海表获得的额外潜热。由海表获得的额外潜热。EmanuelEmanuel（19861986、19891989），RotunnoRotunno等等（19871987）的研究表明，条件不稳的研究表明，条件不稳定的层结大气并不是定的层结大气并不是TCTC生成的必要条件，生成的必要条件，TCTC可能在中性层结大气中可能在中性层结大气中形成；风驱动的海气热量交换机制形成；风驱动的海气热量交换机制(wind induced surface heat exchange(wind ind

39、uced surface heat exchange，简称简称WISHE)WISHE)才是才是TCTC发展的根本原因。发展的根本原因。WISHEWISHE机制相当于把机制相当于把TCTC看作一看作一个简单的卡诺热机，个简单的卡诺热机，它通过风驱动从高温的海洋表面吸收大量潜热，它通过风驱动从高温的海洋表面吸收大量潜热，导致边界层高相当位温空气形成，高相当位温空气被沿着角动量面向导致边界层高相当位温空气形成，高相当位温空气被沿着角动量面向上输送，然后在对流层中高层释放热量，导致高层温度正扰动。这些上输送，然后在对流层中高层释放热量，导致高层温度正扰动。这些高层温度扰动又增强了高层温度扰动又增强了T

40、CTC涡旋环流，涡旋环流，TCTC涡旋环流又进一步增强风驱涡旋环流又进一步增强风驱动的海面潜热通量，如此循环。海水温度越高，通过海气交换过程造动的海面潜热通量，如此循环。海水温度越高，通过海气交换过程造成低层空气温度越高，湿度增大也很显著，对流层低层的相对湿度为成低层空气温度越高，湿度增大也很显著，对流层低层的相对湿度为TCTC中潜热释放提供所需的能量供应。中潜热释放提供所需的能量供应。热带气旋生成过程研究进展与与CISKCISK机制一样，风驱动的海气热量交换机制也要求机制一样，风驱动的海气热量交换机制也要求一定强度的初始涡旋。一定强度的初始涡旋。CISKCISK机制和风驱动的海气热量机制和风

41、驱动的海气热量交换机制要求的初始涡旋比实际观测到的交换机制要求的初始涡旋比实际观测到的TCTC发生阶段发生阶段的涡旋要强得多。的涡旋要强得多。热带扰动如何发展成为上述初始涡旋，仍然是热带扰动如何发展成为上述初始涡旋，仍然是TCTC生成生成尚未解决的问题。尚未解决的问题。生成前期生成前期生成后期生成后期热带气旋生成过程研究进展3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制对流云团、中尺度涡旋

42、合并与大尺度扰动的相互作用对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一种新假说多尺度相互作用的一种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说热带气旋生成过程研究进展3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互作用对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互

43、作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一种新假说多尺度相互作用的一种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说热带气旋生成过程研究进展TCTC生成过程包含复杂的大生成过程包含复杂的大、中、小尺度系统相互中、小尺度系统相互作用。作用。TCTC生成机制可以归结为大尺度系统控制下生成机制可以归结为大尺度系统控制下由中尺度系统触发由中尺度系统触发，大尺度环流对天气尺度热带大尺度环流对天气尺度热带气旋的生成具有较强的控制作用，大尺度气旋性气旋的生成具有较强的控制作用，大尺度气旋性扰动的存在，能够使单体对流活动有组织地发展扰动的存在，能够使单体对流活

44、动有组织地发展起来，进而在对流层低层产生位涡异常。西北太起来，进而在对流层低层产生位涡异常。西北太平洋大多数平洋大多数TCTC的发生和中尺度对流系统的发生和中尺度对流系统(简称简称MCS)MCS)或中尺度对流复合体或中尺度对流复合体(简称简称MCC)MCC)活动有紧密活动有紧密联联系系，MCSMCS或或MCCMCC发生在天气尺度扰动的槽或低发生在天气尺度扰动的槽或低压区中，这些压区中，这些MCSMCS或或MCCMCC被认为是被认为是TCTC生成的生成的“前前兆兆(precursor)”(precursor)”因子。因子。热带气旋生成过程研究进展（LEE et al.，MWR,2008）热带气旋

45、生成过程研究进展（LEE et al.，MWR,2008）热带气旋生成过程研究进展（LEE et al.，MWR,2008）热带气旋生成过程研究进展观测发现，观测发现，MCSMCS或或MCCMCC的层状云降水区经的层状云降水区经常会有对流层中层中尺度常会有对流层中层中尺度对流对流涡旋涡旋(MCV)(MCV)产生，中层产生，中层MCVMCV与与TCTC生成有更直接的关系生成有更直接的关系，是热带地区，是热带地区TCTC生成的生成的“胚胎胚胎(embryo)”(embryo)”。（RitchieRitchie and Hollandand Holland，19971997；Simpson et S

46、impson et al al，19971997）热带气旋生成过程研究进展中层中层MCVMCV怎样引起对流层低层气旋性涡度的集中和增怎样引起对流层低层气旋性涡度的集中和增长长？BisterBister和和EmanuelEmanuel（19971997）提出提出Top-DownTop-Down假说：伴随假说：伴随MCCMCC的层状云降水产生中层的层状云降水产生中层MCVMCV，MCVMCV涡度向下传递涡度向下传递引起低层涡旋发展，进而导致引起低层涡旋发展，进而导致TCTC的生成。的生成。Zhang and BaoZhang and Bao（19961996）提出）提出Bottom-UpBotto

47、m-Up假说：中层假说：中层MCVMCV促进深对流活动组织化，深对流活动带动低层气旋性促进深对流活动组织化，深对流活动带动低层气旋性辐合发展，产生足够强的低层涡度，低层涡度通过深辐合发展，产生足够强的低层涡度，低层涡度通过深对流向上输送，最终导致对流向上输送，最终导致TCTC的形成。的形成。热带气旋生成过程研究进展3 3、TCTC生成期的划分生成期的划分4 4、TCTC发展发展的物理机制的物理机制（第二类条件性不稳定机制第二类条件性不稳定机制；风驱动的海气热量风驱动的海气热量交换机制交换机制）5 5、TCTC生成过程的多尺度相互作用机制生成过程的多尺度相互作用机制对流云团、中尺度涡旋合并与大尺

48、度扰动的相互作用对流云团、中尺度涡旋合并与大尺度扰动的相互作用；中层中层MCVMCV与热塔的相互作用与热塔的相互作用；多尺度相互作用的一种新假说多尺度相互作用的一种新假说“育儿袋育儿袋(Pouch)”(Pouch)”假说假说热带气旋生成过程研究进展中尺度对流系统中，常观测到小尺度塔状积雨云中尺度对流系统中，常观测到小尺度塔状积雨云对流或对流或“热塔热塔”(Hot tower)”(Hot tower)。HendrichsHendrichs等等（20042004）模拟发现模拟发现“热塔热塔”是在接近云尺度分辨率附近是在接近云尺度分辨率附近的对流优势模态，是的对流优势模态，是TCTC生成中最重要的基

49、本元素生成中最重要的基本元素；“热塔热塔”通过两个阶段导致通过两个阶段导致TCTC生成：第一阶段生成：第一阶段是前期局地环境的调整阶段，通过非绝热加热导是前期局地环境的调整阶段，通过非绝热加热导致大量的小尺度对流层气旋性位涡异常产生；第致大量的小尺度对流层气旋性位涡异常产生；第二阶段是这些对流层低层的位涡异常合并及轴对二阶段是这些对流层低层的位涡异常合并及轴对称化阶段。暖心的形成和切向风加速是非绝热加称化阶段。暖心的形成和切向风加速是非绝热加热产生的位涡异常组织化过程的结果。热产生的位涡异常组织化过程的结果。热带气旋生成过程研究进展MontgomeryMontgomery等等（20062006

50、）模拟研究指出，）模拟研究指出，在在WISHEWISHE机制机制发挥主导作用之前，中层发挥主导作用之前，中层MCVMCV为为“热塔热塔”产生提供了产生提供了不稳定能量和丰富的环境场气旋性涡度不稳定能量和丰富的环境场气旋性涡度，为为“热塔热塔”提供了一个局部保护环境；虽然单一提供了一个局部保护环境；虽然单一“热塔热塔”的生命的生命史短暂，但大量史短暂，但大量“热塔热塔”(”(包括正在生长的、准稳定态包括正在生长的、准稳定态的、合并的以及处于消亡阶段的的、合并的以及处于消亡阶段的)的总体效果能够为系的总体效果能够为系统尺度环流提供稳定的潜热加热。统尺度环流提供稳定的潜热加热。Hendricks H