近年来热带气旋导致的极端灾害频发,使得热带气旋活动及其变化机理的研究备受关注。在过去的几十年中,热带气旋的路径预报取得了长足的进步,但是强度预报的提高十分有限。环境风垂直切变是影响热带气旋强度变化的一个重要因子,认识环境风垂直切变影响热带气旋强度变化的物理机制对改进热带气旋的强度预报具有重要意义。本文首先利用2000-2010年NCEP (National Centers for Environmental Predictaion)再分析日资料和JMA (Japan Metorological Agency)最佳路径数据集对西北太平洋11年间253个热带气旋增强阶段的气旋和环境风垂直切变进行了统计分析。统计结果显示热带气旋在其生成和发展阶段大多伴随有一定强度的环境风垂直切变,其中风切变主要来自于对流层中高层水平风速的垂直变化,对流层低层水平风速的垂直变化一般比较小。在强风切变环境下,热带气旋强度相对较弱、增强速度较慢,其发展受到抑制。尽管如此,环境风垂直切变的强弱对气旋所能达到的最大强度并没有决定性的影响。统计结果还显示气旋的强度和环境风垂直切变的方向之间没有明显的关联,但是热带气旋增强发展的速度与高低层风切变方向夹角存在一定联系。在统计分析基础上,本文设计了一系列数值试验模拟了不同强度和不同高度风切变环境下一个具有热带低压强度的热带气旋的发展变化过程,分析了环境风垂直切变影响热带气旋结构和强度变化的物理机制。研究结果表明,在环境风垂直切变的影响下,热带气旋的垂直涡度柱将自上而下向顺风切方向倾斜。随着涡度柱倾斜,在气旋顺风切一侧垂直上升运动增强,逆风切一侧上升运动受到抑制,在上升运动绝热冷却的影响下,气旋顺风切一侧对流层中低层温度降低使得静力稳定度减小和相对湿度的增加,从而有利于对流活动的爆发。在弱风切变环境中,热带气旋涡度柱在垂直方向上的倾斜幅度相对较小,因此,上升运动的发展、静力稳定度的下降和相对湿度的增加主要发生在接近气旋中心的位置,从而有利于气旋中心附近的对流发展。伴随着旺盛的垂直对流运动,气旋内核区域涡度增加明显,气旋迅速进入到发展增强的阶段,垂直切变的存在促进了热带气旋的发展。而在较强风切变环境中,上升运动的发展、静力稳定度的下降和相对湿度的增加主要发生在距离气旋中心相对较远的区域,对流运动旺盛区域分布位于气旋的外围,气旋内核区域的对流运动相对较弱,不利于气旋暖心发展,于是,气旋的发展增强受到一定程度的抑制,但只要环境风垂直切变不是特别强,气旋在经过一段时间的自我调整后,涡度柱的倾斜程度将逐渐减缓恢复到近乎垂直状态,气旋进入到迅速发展的阶段,最终依然可以发展为强热带气旋。在此过程中,对流活动对于气旋抵抗环境风垂直切变的影响具有重要意义。一方面,垂直对流活动在对流层低层引起涡度水平通量的辐合,使得气旋内核区域涡度增加。另一方面,伴随对流的垂直上升运动不断将低层的涡度向上输送,使得中低层气旋性环流不断加强,与高层倾斜的气旋环流相互作用,导致气旋的倾斜结构逐渐恢复,气旋开始迅速发展增强。不仅环境风垂直切变的强弱对热带气旋的发展有影响,环境风垂直切变的结构也是影响热带气旋发展的一个重要因素。数值模拟结果显示,当水平风的垂直变化主要发生在对流层中低层时,涡旋在对流层中低层的倾斜结构更为显著,在顺风切一侧的上升运动显著,有利于对流的启动和发展,进而有利于热带气旋的初期发展。但是,在随后的发展过程中,对流层中低层显著的环境风垂直切变使得气旋的发展速度显著小于处于风切变发生在对流层中高层环境中的热带气旋。其原因主要有两方面：1)当环境风垂直切变发生在对流层中高层时,气旋在对流层中下层的垂直上升运动和眼墙的倾斜幅度较小,对流活动运动及其伴随的潜热释放主要集中在靠近气旋中心区域,有利于暖心的发展及气旋增强,而当环境风垂直切变发生在对流层中下层时,气旋的垂直上升运动距离气旋中心较远并随高度增加不断向外倾斜,这就使得非绝热加热主要发生在外围区域,不利于气旋暖心的发展,气旋需要更长的调整时间来抵抗风切变恢复垂直结构,这就使得气旋的快速发展时间滞后。2)当环境风垂直切变主要发生在对流层中低层时,热带气旋的眼墙区域有更强更宽的雨带,与之伴随的蒸发冷却效应使得对流层低层相当位温减小,相对较低的相当位温在径向流入气流的平流下向气旋内核区扩展,不利于气旋的迅速发展。角动量收支的诊断分析进一步表明当风切变在对流层中低层显著时,在对流层中低层有较强的径向流出气流将气旋中心角动量大值气团向外输送,不利于气旋轴对称平均切向风的增加,气旋发展受到抑制。