随着高分辨率的卫星和雷达的应用,人们发现热带气旋内核区中存在多种中小尺度天气现象,如眼墙中尺度涡旋、对流热塔、滚涡和龙卷尺度涡旋等。目前,我们对这些中小尺度系统知之甚少。本研究首先利用中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)模式结合边界层大涡技术(WRF-LES),采用次公里至次百米尺度分辨率的理想试验资料研究热带气旋边界层,探究边界层内与小尺度系统相关的极端上升运动的特征,同时定量的研究台风眼和眼墙之间的混合。在理想试验的基础上,对影响我国的超级台风“威马逊”进行高分辨的大涡数值模拟。本研究得到如下主要成果:(1)通过三个水平分辨率自次千米(333米)至次百米(37米)大涡数值试验模拟眼墙附近低层上升运动的分布特征。对比不同分辨率的大涡试验发现,随着模式水平分辨率的提高,模式可以模拟出更强的上升运动,且极端上升运动最大频数的分布高度随着水平分辨率的提高而降低。研究表明,当大涡试验水平分辨率到达111米时,可以模拟出与实际观测比较相似的极端上升运动空间分布和强度。(2)热带气旋(TC)眼内高熵空气如何通过与眼墙空气的混合影响TC强度目前还存在争议,争议的焦点之一是有多少眼内空气进入眼墙。通过对轨迹追踪结果的分析,在不同高度上都有眼区气块进入眼墙且主要分布在强对流一侧,气块在低层进入眼墙的比例最大,随着高度的上升逐渐减少,在接近流出层高度进入眼墙的比例增加。眼区低层进入眼墙的空气以高熵空气为主,但在整体TC眼墙环流中所占比例不大。(3)基于之前全海洋试验的研究,我们使用了最高74m的分辨率对“威马逊”台风进行大涡模拟,TC的强度和路径与观测十分接近,内核区域的精细结构能够被很好地模拟出来,并模拟出与观测接近的阵风。