利用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)飓风猎人飞机近三十年的观测数据,研究人员现已确定了四个特征,这些特征似乎有助于倾斜的热带气旋实现垂直对齐并增强其强度。
该研究由迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气和地球科学学院的科学家牵头,并与NOAA大西洋海洋和气象实验室的同事合作完成。他们的研究结果表明,成功的对齐取决于几个因素的共同作用,包括风暴的内部结构、周围风向以及气旋周围的环境条件。
理解这一转变过程至关重要,因为快速增强的风暴留给沿海社区和应急管理人员的反应时间非常短。如果预报员能够更早地识别出组织性较差的热带气旋何时变得更有利于增强,他们或许能为社区提供更多时间进行疏散决策和其他准备工作。
“热带气旋在增强之前必须先‘直立’起来,”该研究的主要作者、罗森斯蒂尔学院大气科学系助理教授迈克尔·S·费舍尔(Michael S. Fischer)说。“高层大气中的强风会将风暴环流的顶部推离靠近海洋表面的中心。在这些中心重新聚合之前,风暴通常无法大幅增强。”
有利于风暴对齐的四个特征
研究人员确定了四个特征,有助于判断倾斜的热带气旋是否可能实现垂直拉直。
第一个是靠近海洋表面的紧凑且组织严密的环流。第二个是风暴倾斜方向相对于垂直风切变处于有利位置。第三个是风暴低层中心附近有更强的上升气流和更强烈的降水。第四个是包含温暖海水、充足的大气水分以及中层大气中相对较弱风力的环境条件。
气象学家使用“倾斜”一词来描述热带气旋在低空和中空的环流中心之间的分离状态。
垂直风切变是指风速或风向随高度的变化。强切变会将其环流的上层推离靠近海洋表面的中心,从而干扰气旋的组织化过程。
近三十年的飓风猎人数据
为了研究哪些风暴成功实现了对齐,研究人员检查了热带气旋多普勒分析再中心化雷达档案(Tropical Cyclone Radar Archive of Doppler Analyses with Recentering,简称TC-RADAR)的数据。
该数据库由费舍尔及其同事开发,包含NOAA飓风猎人飞机在1997年至2024年期间跨越28个飓风季节收集的1,510份雷达分析数据。
这一详尽的记录使研究团队能够将最终实现垂直对齐的风暴与保持倾斜的风暴进行比较。
“实现对齐的风暴在约一天前就已经表现出不同,”同时也是弗罗斯特数据科学与计算研究所核心教员的费舍尔说。“它们在近表面拥有更强、更紧密的环流,并且在中心附近有更广泛、更强烈的雷暴抬升空气。我们的研究结果表明,这些雷暴不仅仅是组织化的标志。它们可能还有助于将风暴倾斜的环流拉直。”
研究结果表明,在低层环流附近发展的雷暴在风暴组织化过程中可能发挥着比仅仅作为增强正在进行的可见标志更积极的作用。
风暴正在组织化的早期线索
NOAA侦察飞机在业务飞行中已经收集了该研究所强调的许多测量数据,包括低层风力强度、风暴规模、雷暴覆盖范围以及气旋倾斜的方向。
这意味着新识别出的特征可能有助于科学家评估高分辨率飓风预报模型是否准确再现了使倾斜风暴实现垂直对齐的物理过程。
该研究还可能为预报员提供额外线索,以判断哪些组织性较差的热带气旋正开始向更有利于增强的结构转变。
“即使提前一天在预报置信度上有适度的提高,也能为处于风暴路径上的社区提供更多可用的准备时间,”费舍尔说。“这项研究为我们提供了现实世界的证据,说明了正在组织化的风暴与保持倾斜且增强能力较弱的风暴之间的区别。”
这项名为《对齐还是不对齐?这是一个问题》(To Align or Not to Align? That Is the Question)的研究发表在《地球物理学研究杂志:大气》(Journal of Geophysical Research: Atmospheres)上。
除费舍尔外,该研究的作者还包括来自海洋与大气合作研究所和NOAA大西洋海洋和气象实验室的乔治·R·阿尔维三世(George R. Alvey III);于2026年春季获得迈阿密大学气象学和数学学士学位的迪兰·贾里瓦拉(Deelan Jariwala);以及NOAA大西洋海洋和气象实验室飓风研究部的保罗·D·雷瑟(Paul D. Reasor)。
该研究得到了美国国家科学基金会第2241605号奖项的资助。