本研究由香港城市大学物理与材料科学系的K. S. Liu和Johnny C. L. Chan合作完成，论文题为《Synoptic flow patterns associated with small and large tropical cyclones over the western North Pacific》，发表于2002年8月的《Monthly Weather Review》期刊（Volume 130）。该研究聚焦于1991至1996年间西北太平洋（Western North Pacific, WNP）海域不同尺度热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）的天气尺度流型关联性，旨在揭示气旋尺寸变化的动力学机制及其预报意义。

学术背景

热带气旋的尺寸（size）是影响其移动路径、环境流场相互作用及灾害范围的关键参数。尽管过去研究多关注气旋强度与运动，但尺寸变化的物理机制尚未明确。早期研究通过外闭合等压线半径（ROCI）或15 m/s风速半径（R-15）定义尺寸，但缺乏对天气尺度环流背景的系统分析。本研究创新性地采用欧洲遥感卫星（ERS-1/2）散射计反演的地表风场数据，以相对涡度降至1×10⁻⁵ s⁻¹的半径作为尺寸指标，结合英国气象局（UKMO）的再分析数据，首次建立了气旋尺寸与850 hPa/500 hPa流型的分类关联模型。

研究流程与方法

1. 数据来源与处理

   • 气旋尺寸定义：基于ERS-1/2卫星散射计风场数据，计算气旋中心至相对涡度1×10⁻⁵ s⁻¹闭合轮廓线的平均半径（方位角平均），共分析84个西北太平洋气旋的136个尺寸样本和185个R-15样本。
     
   • 环境流场分析：采用UKMO 850 hPa/500 hPa风场和位势高度场（2°分辨率），提取气旋中心±20°范围内的流型特征，时间匹配误差控制在2小时内。
     

2. 尺寸分类标准
   根据样本分布的第25/75百分位数，将气旋分为三类：小型（<3.0°纬度）、中型（3.0°–4.5°纬度）、大型（>4.5°纬度）。此分类与Merrill（1984）的ROCI标准兼容，便于跨研究对比。

3. 流型识别与合成分析
   对61个可识别流型的样本进行合成分析，发现四类特征模式：

   • 大型气旋关联流型：
     
     • *西南涌流型（Southwesterly surge）*：13例中10例为大型气旋，850 hPa表现为气旋南侧强西南气流与东南侧反气旋（β效应导致）；500 hPa对应副热带高压（Subtropical Ridge, STR）断裂区。
       
     • *晚季型（Late-season）*：10例均为中大型气旋，850 hPa受东北季风与STR南侧气流共同作用，500 hPa位于STR脊线断裂区或西风带南缘。
       
   • 小型气旋关联流型：
     
     • *主导脊型（Dominant ridge）*：10例小型气旋，850 hPa为STR东侧弱东风环境，500 hPa为强STR控制。
       
     • *季风涡旋型（Monsoon-gyre）*：如1993年台风Percy，850 hPa嵌入季风涡旋东侧，500 hPa为STR双细胞结构。
       

4. 案例验证
   以1996年台风Bart为例，其尺寸增长（R-15从1.8°增至3.4°纬度）与流型演变同步：初期受STR东侧弱风场控制（小型），后期进入STR断裂区后西南涌增强，尺寸显著扩大。

主要结果与逻辑链条

1. 流型-尺寸关联性：
   
   • 大型气旋多出现于西南涌或晚季流型下，动力机制为低层辐合增强与β效应反气旋的协同作用。
     
   • 小型气旋受STR强盛东风抑制，或受季风涡旋局地环流限制。
     
2. 季节依赖性：晚季流型在10–11月主导，解释了该时期气旋平均尺寸更大的气候特征（Merrill, 1984）。
   

结论与价值

本研究首次系统建立了西北太平洋热带气旋尺寸与天气尺度流型的分类关联模型，其科学价值体现在：
1. 机制阐释：揭示了STR形态、季风涌流及β效应反气旋对气旋尺寸的动力调控作用。
2. 预报应用：流型识别可为业务预报提供尺寸变化的先兆指标，例如STR断裂或西南涌出现预示气旋可能扩张。
3. 数据方法创新：验证了散射计风场在尺寸研究中的可靠性，为后续QuikSCAT等高分辨率数据应用奠定基础。

研究亮点

1. 多尺度分析框架：将卫星遥感（ERS）、再分析数据（UKMO）与合成分析结合，突破了传统单一指标（如ROCI）的局限性。
   
2. 动态过程解析：通过台风Bart的个案，完整呈现了流型演变驱动尺寸变化的时空过程。
   
3. 跨季节普适性：发现晚季流型与大型气旋的统计关联，弥补了气候尺度研究的空白。
   

其他价值

论文指出，未来需通过数值试验分离气旋自身环流与环境流场，以明确因果关系。此外，云顶温度等替代指标可能成为尺寸研究的新方向。这些建议为后续研究提供了重要思路。