近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系的杨博雷博士与江苏省气象局、南京大学等团队合作，提出了热带气旋快速增强的全新途径。相关的成果以“ Interaction Between Inner and Outer Rainbands May Lead to a Second Rapid Intensification in Idealized Tropical Cyclone Simulations ”为题发表在期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》2025年第4期。
热带气旋的强度变化一直是相关领域的学术热点问题，同时也是业务预报的难点问题。在热带气旋（尤其是强热带气旋）的生命史中，经常会出现一段甚至多段最大风速剧烈增强的阶段，这类阶段通常被称为快速增强（RI）。通过统计分析，前人通常将最大风速在24h内增加15m/s以上，或者在12h内增加10m/s以上的增强过程定义为 RI事件。研究表明，RI的出现受大尺度环境条件和热带气旋内动力过程的影响。相比于大尺度环境的影响，热带气旋内动力过程导致RI的机理更为复杂。在本工作之前，学界认为热带气旋内动力过程导致RI 出现通常有两条途径：1）热带气旋初期眼墙的生成，导致角动量迅速内输产生RI，这也是最常见的RI形式；2）双眼墙替换过程中，外眼墙的增强与收缩有时也会产生RI。
但是在以往许多理想的热带气旋数值研究中，经常能观察到一种不同于上述两种情形的RI（图1）。这种RI通常出现在热带气旋发展达到一定的强度的时候，且没有十分明显的结构征兆，因此许多人倾向于把这种RI认为是模式的扰动噪音。而本工作通过数值模拟和敏感性试验发现，此类RI的出现并不是模式噪音的结果，而是一种可以复刻的、有物理意义的RI（图2）。
图1 部分以往的研究中被忽略的快速增强阶段（红虚线表示），分别来自 (a) Wang 2002, (b) Zhu and Zhu 2014, (c) Wang and Toumi 2018以及 (d) Yang et al. 2022.
图2 一个热带气旋演变的集合试验，黑色竖虚线标注的是本文关注的快速增强阶段。
本研究表明，在这类RI 出现之前，热带气旋的内核区通常有着旺盛的内雨带活动，这导致内核的加热结构比较倾斜且松散，边界层入流无法进入到更加内部的区域。而此时若有外雨带出现（通过内雨带的外传或者风场的扩张），外雨带的加热将减弱内核区的边界层入流，对内雨带产生迅速的抑制效果。这使得内核加热变得直立且紧凑，边界层角动量迅速内输，最终出现RI（图3）。
图3 (a)-(b)为CNTL实验中的非绝热加热Hovmuller图，(c)-(d)为非绝热加热的轴对称平均图，(g)-(n)为非绝热加热的俯视平面图。
本研究不仅揭示了雨带相互作用导致热带气旋出现RI的全新途径，更重要的意义在于对外雨带影响热带气旋的强度变化有了全新的认识。早先的观点认为，外雨带的出现会减弱热带气旋内核区的入流，导致眼墙的对流变弱因而不利于热带气旋的增强。而本工作认为，外雨带对热带气旋强度的变化取决于热带气旋的内核结构。当内核结构以眼墙对流为主时，外雨带的形成对热带气旋的增强确实是起负面作用的；但是当内核区有旺盛的内雨带活动时，外雨带对入流的削弱可以通过减弱内雨带活动进而对强度变化产生极强的正面效果。当内雨带减弱产生的正面效果大于眼墙减弱产生的负面效果时，反而会使得热带气旋出现强度增强，甚至是快速增强。
文章的第一作者为北京大学特聘副研究员杨博雷博士，通讯作者为江苏省气象台郭晞高工，合作者包含南京大学谈哲敏院士及其团队成员。研究工作受到国家自然科学基金（42205044，41805012, 42305005）、中国博士后基金特别资助（2024T170011）以及国家留学基金（202406010151）共同资助。北京大学大气与海洋科学系为本研究的第一单位。
文章信息
Yang, B., Guo, X., Tan, Z.‐M., Wang, Y.‐F., Gu, J.‐F., & Zhuo, J.‐Y. (2025). Interaction between inner and outer rainbands may lead to a second rapid intensification in idealized tropical cyclone simulations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130, e2024JD042517. https://doi.org/10.1029/ 2024JD042517.
