近年来,热带气旋(TC)的强度预报进步缓慢,成为TC研究领域亟待解决的问题。迅速增强(RI)一直是TC强度预报的难点,因而备受关注。南海海域位于热带及副热带地区,是TC的多发区域。由于靠近东亚大陆,南海TC发生RI后会在很短的时间内影响我国南部地区,给我国的防台减灾造成重大挑战。因此,针对南海TC的RI过程研究具有重要的现实意义。同时,RI过程中南海环境场与TC之间常存在显著的相互作用,其背后蕴藏着丰富的科学问题。因此研究南海TC的RI过程对于加深对TC增强问题的理解大有裨益。本文选取南海超强台风“威马逊”(2014)作为研究个例,利用高分辨率数值模拟,研究RI的触发机制、RI过程中TC内核结构演变及环境场和TC内核多尺度相互作用机制,希望借助针对个例的机理研究增进对南海TCRI的理解。本文利用WRF-ARW模式和动力初始化方案对“威马逊”进行了高分辨率数值模拟,模式水平分辨率最高为2km。模拟过程自“威马逊”进入南海开始,至登陆我国大陆为止,模拟时长共72h。模拟路径与强度均与美国台风联合预警中心(JTWC)最佳路径资料相近,最大路径误差小于90km,最大强度误差小于8m/s,RI过程能够被成功再现。利用常规及遥感观测对模拟结果进行验证,结果表明TC周围热带季风云团、副热带高压、梅雨准静止锋及热带低压“麦德姆”(2014)模拟均较为准确,模拟“威马逊”结构合理,表明模拟结果具有较高的可信度。基于高分辨率模拟结果,分析了RI过程的触发因素。研究发现“威马逊”RI期间环境场稳定缓变,因此RI的触发机制源于RI前后TC内核的结构变化。这些结构变化主要包括TC轴对称化和最大风速半径(RMW)的收缩、内核底层对流有效位能的积累及TC中、高低层环流中心的迅速对齐过程。TC内核结构变化激发了深对流活动,从而触发了RI过程。研究发现“威马逊”RI期间内核出现“双暖心”(DWC)现象。其中,中层暖心(MWC)位于3-9km高度,随着TC增强过程出现;高层暖心(UWC)位于13-17km高度,出现于RI的中后期。UWC的出现晚于MWC,且强度略弱。利用位温收支方程诊断可知眼区下沉运动为DWC形成的主要原因,其中UWC的形成还伴随平流层的高熵空气下沉进入对流层。UWC的生成与对流爆发(CBs)有重要联系。UWC生成阶段,8km高度RMW内CBs数量迅速增加。CBs突破对流层,其逸出气流沿着眼壁形成补偿性下沉气流,有利于眼区高层增暖;同时CBs有利于向上输送角动量,提高高层惯性稳定度,从而提高加热效率。高层增暖和下沉气流增加了对流层高层的静力稳定度,导致CBs活动减弱。然而此后UWC仍继续增强,表明CBs及补偿性下沉气流并不是UWC增强的唯一机制。利用轨迹追踪发现眼区高层部分气团来源于TC内核以外平流层低层。这些气团随平流层低层浅薄入流进入TC内核并旋转下沉进入眼区,促进了高层眼区的增暖。利用Sawyer–Eliassen(SE)方程诊断可知该浅薄入流是由出流层的动力强迫导致。利用地表扰动气压诊断方程,证明MWC和UWC在TC增强的前期和后期分别占主导地位。从地表气压的下降来看,二者贡献相当。研究表明DWC结构对维持TC增强速率有重要意义。此外,南海夏季风对“威马逊”RI过程具有重要影响。利用大气可降水量收支方程证明夏季风对水汽的水平输送是“威马逊”的主要水汽来源。敏感性实验表明改变环境水汽含量能够显著影响RI过程。受季风环流影响,RI过程中环境垂直风切变(VWS)较大,平均超过12m/s。强VWS引起TC内核出现明显的非对称结构,其中雨带主要集中在顺风切左侧(DL)象限,同时上下层中心发生显著倾斜。TC倾斜轴的进动过程是TC抵御VWS的有效途径。研究发现,TC的增强过程首先伴随着倾斜轴的顺时针旋转。当TC倾斜轴旋转到逆风切方向时,TC上、下层环流中心距离最小,此时TC开始增强;当TC倾斜轴旋转至DL象限时,内核区域VWS最小。此时CBs迅速增加,UWC开始建立。表明进动过程是环境VWS与内核结构相互作用的关键机制。通过敏感性实验证明,TC抵御环境VWS的能力与TC自身强度有关,当TC较弱时,由于惯性稳定度较小,TC无法抵御环境VWS,增强过程受到抑制。此外研究发现环境VWS在上午最大,而上半夜最小,同时雨带在后半夜开始组织,上午达到最活跃的状态,下午消散。辐射日变化是造成环境VWS和雨带准周期变化的原因。改变辐射日变化的相位不仅可以改变环境VWS,还可以改变TC雨带的活跃时间,从而影响TC内核的深对流活动。辐射日变化对RI过程有显著影响,其中夜间更有利于TC增强。最后研究了TC增强过程中的平衡动力学问题。利用SE方程对TC次级环流进行了诊断分析,研究证明TC内核RMW以内的相变潜热加热是TC次级环流最重要的强迫项,因此RMW内侧深对流活动对TC加强过程有重要影响。同时证明云顶辐射冷却并不足以解释平流层低层浅薄入流,而出流层的涡动涡度通量才是关键强迫因子。结合切向风收支方程研究了边界层摩擦的作用,发现摩擦倾向于增大眼区的切向风,而减弱眼区外围的切向风,表明底层摩擦的净作用仍是减弱TC强度。