热带气旋(简称TC)的生成和发展与对流活动密切相关，尤其是深对流。在某种程度上，热带气旋的生成可视为对流活动的发展增强和组织化过程。在多样本的合成分析中 (e.g., Wang, 2018)，随着生成时间的临近，对流 (降水) 的强度或面积通常呈现出增加趋势。然而，合成分析中的发展趋势反映的只是随生成临近对流发生可能性的变化，并不能推广至单个个例。实际上，在热带气旋的生成过程中，对流通常呈现间歇性爆发的特点，在多次的对流爆发之后热带扰动发展成为热带气旋 (如图1中所示，Nepartak (2016) 的生成过程)。在针对生成的观测研究 (e.g., Davis et al., 2012) 和数值模拟 (e.g., Wu et al., 2019) 中，研究者都注意到了对流活动的这种周期性爆发趋势。

近期，上海台风研究所(简称台风所)助理研究员张喜平、南京大学教授方娟和台风所研究员喻自凤在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》发表了题为Characteristics of the Quasi‐periodic Outbreaks of Deep Convection during Tropical Cyclone Genesis 的研究论文。

研究利用2000-2018年的高分辨率卫星数据分析了热带气旋生成期间深对流的活动特征。在该研究中，用扰动中心3°范围内深对流的占比来表征深对流的活跃程度。如果在深对流的一次爆发再衰减过程中，峰值面积占比超过20%、前后变化超过10%，则将该次过程视作一次深对流爆发周期(deep convection cycle)。

在研究的315个生成事件中，有88%的生成过程(生成前4天至生成后一天)有深对流爆发信号，196个TC经历了2个及以上的对流爆发，这些 deep convection cycles 的平均振幅为19.8%。正因为深对流的这种间歇性爆发特性，深对流的覆盖面积及其在一段时期的变化趋势并不能有效指示TC是否会生成。在对流周期变化的峰值，深对流通常集中在扰动中心3°范围，在谷值时，扰动中心1-3°范围内的对流活动会明显减弱。由于超过一半的西北太平洋热带气旋形成于西南季风中，受切变影响，涡旋西南侧的对流发展较为旺盛，但是深对流的准周期变化特征并不受风切和环流背景场(季风、东风波等)影响。此外，研究还发现，对流的爆发周期并不是全是24小时，峰值也并不总在清晨(图2)，对流峰值在清晨的准日周期在所有周期中的占比不超过50%。据此推测，除了辐射日变化，对流的周期变化还可能受到了其他因子的影响，如边界层的恢复过程等。

在未来，该工作的研究者还将尝试用理想模式研究对流准周期间歇性爆发的可能形成机制和主要影响因子。

论文信息:

Zhang Xiping, Fang Juan, Yu Zifeng (2022). Characteristics of the Quasi‐periodic Outbreaks of Deep Convection during Tropical Cyclone Genesis[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres: e2021JD035312. 

原文链接: https://doi.org/10.1029/2021JD035312

其他参考文献:

Wu, S., & Fang, J. (2019). The evolution and role of midtropospheric cyclonic vortex in the formation of Super Typhoon Nepartak (2016). Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124(16), 9277–9298.

Wang, Z. (2018). What is the key feature of convection leading up to tropical cyclone formation. Journal of the Atmospheric Sciences, 75(5), 1609–1629.

Davis, C. A., & Ahijevych, D. A. (2012). Mesoscale structural evolution of three tropical weather systems observed during PREDICT. Journal of the Atmospheric Sciences, 69(4), 1284–1305.