环境风的垂直切变是影响热带气旋强度变化的关键因子之一,深入理解垂直风切变影响热带气旋强度变化的物理机制不仅具有理论价值也对改善热带气旋强度预报具有重要意义。观测研究表明垂直风切变不利于热带气旋的发生发展,统计研究也证实了垂直风切变与热带气旋强度变化的负相关关系。同时,热带气旋强度变化与垂直风切变所在高度的密切关系也逐渐被认识,统计分析和数值模拟结果均显示热带气旋的发生发展对对流层低层的垂直风切变更为敏感,但是对于不同高度的垂直风切变影响热带气旋结构和强度的机制/过程的认识尚不明确。本研究利用一个四层嵌套、非静力的热带气旋模式（TCM4）,对一个成熟的热带气旋分别在不同高度的单向垂直风切变环境中的结构和强度变化特征进行模拟,深入对比高层和低层切变对热带气旋强度影响的差异,并分析导致强度变化差异的可能原因。模式结果表明,在加入高层或低层切变之后,热带气旋的强度均立即减弱,但是两种情况下强度随时间的变化特征表现出较大差异。在高层切变的影响下,热带气旋的快速减弱能够持续很长时间,且减弱程度远远大于低层切变试验中的情况,而这种强度变化的差异与不同高度切变带来的对流层中高层的相对气流、涡旋倾斜以及通风效应的差异有关。在高层垂直风切变的环境中,热带气旋移速偏慢,这导致对流层中高层的穿过暖心的相对于移动的热带气旋涡旋的非对称气流较强,“上层通风”效应因此也更加显著,在大尺度的涡旋倾斜的共同作用下,有效地使热带气旋减弱。相反,低层切变带来相对较强的整层平均的引导气流,因此热带气旋移速较快,会导致相对（移动热带气旋的）气流偏弱,高层暖心的通风作用也就偏弱。另一方面,当加入低层垂直风切变后,热带气旋强度仅在短时间内有所减弱,而后经历了周期为24小时左右的振荡。这种强度上的周期性变化与边界层的“放电/充电”机制密切相关。在低层切变的影响下,热带气旋外螺旋雨带中的下沉运动将中层环境中的低熵空气带入边界层,而后者会进一步随入流进入内核区域,稀释眼墙对流,从而降低热带气旋的热力循环效率,这与“下层通风”作用吻合。在高层切变影响下,虽然外螺旋雨带也呈周期性发展,但是热带气旋的强度变化并没有明显的振荡特征。因为此时边界层入流相对很弱,外螺旋雨带的下沉气流带来的低熵空气难以侵入内核区域,只能维持在外部区域。因此,不仅热带气旋的强度变化有赖于垂直风切变的高度,能够控制其强度变化的通风效应也取决于切变所在高度。根据此观点,本研究进一步利用拉格朗日诊断方法,通过追踪边界层环境低熵空气以及热带气旋的高层暖心在二维热力空间中的运动轨迹,描述各类通风效应分别在高层和低层切变环境下的热力特征,进而确认其在不同切变情况下的重要性。轨迹追踪结果表明,在高层切变环境中,热带气旋的高层暖心会在短时间内沿顺风切方向被平流到外部区域,因此“上层通风”效应显著。同时,上层暖心结构的消失也阻断了眼墙中的上升通道,使得低熵空气在顺切变左侧进入眼墙后难以上升,从而导致向上的热力通量被抑制,因此“下层通风”在高层切变下并未发挥作用。然而,在低层切变环境中,边界层顺切变一侧存在大范围的从外部向眼墙的热力通量,而且位于顺切变左侧眼墙中的上升气流明显较强。环境低熵空气在热力空间中的运动轨迹符合“下层通风”特征,但热带气旋高层暖心在低层切变影响下的通风效应偏弱。拉格朗日轨迹追踪进一步证明了数值模拟的结果,强调垂直风切变的高度对通风效应的决定作用,进而控制热带气旋的强度变化。