西北太平洋热带气旋强度和尺度协同变化特征

周明珠 徐 晶2)*

1)(中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081)

2)(中国气象科学研究院青岛海洋气象研究院, 青岛 266034)

引 言

热带气旋(tropical cyclone,TC)尺度是衡量强风影响范围的重要指标,被认为是决定其破坏性的主要因素之一[1]。以往研究提出了多个关于热带气旋尺度的定义方式,如热带气旋中心到最外围闭合等压线的平均半径、最大风速半径和特定风速半径[2-5]。目前,在国际上的主要热带气旋业务中心,如美国联合热带气旋警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC),以热带气旋环流4个象限7级风(17 m·s-1)、10级风(26 m·s-1)和12级风(33 m·s-1)半径描述大风、破坏性大风和飓风的影响范围。此外,Weatherford等[3]将从热带气旋中心向外扩展至1个纬距的范围定义为内核,1～2.5个纬距的区域定义为外核。参照该定义可将热带气旋尺度分成内核尺度与外核尺度。过去几十年热带气旋路径预报水平有了较大提高[6],强度预报也取得了一定进展[7-9],而尺度预报能力滞后于路径和强度的预报。究其原因,一是目前海上观测能力很难给出准确的热带气旋尺度信息,数值预报对热带气旋的结构描述能力也有限[5,10];二是由于热带气旋路径和强度变化均会对其尺度变化产生影响,路径及强度预报误差均会对尺度预报造成负面影响,尤其是强度预报失误会同时造成尺度预报偏差;三是由于对尺度,尤其是外核尺度的不正确描述会造成数值预报中热带气旋路径偏差和环境场误差,进而影响强度预报[11-12]。因此认识热带气旋尺度变化特征和机理是目前国际热带气旋学术界重要的科学问题,是热带气旋业务中的难题,也是防灾减灾工作的重大需求。

热带气旋尺度变化是伴随极其复杂物理过程的科学问题,首先是热带气旋自身的强度和尺度,热带气旋的次级环流位置和强度决定非绝热加热的位置和强度,而非绝热加热与惯性稳定度的相对位置配置决定加热效率[13-14],两者配置一方面制约强度变化率[15],同时也调节涡旋向外扩展程度,即外核尺度。Xu等[16]研究表明：初始涡旋尺度会影响热带气旋的成熟期尺度,尺度大或最大风半径外侧径向切向风梯度小的初始涡旋最终会发展成为外核尺度大的热带气旋。热带气旋眼墙外侧延展的环流会加强海表面通量,进而加强眼墙外侧的对流,这些对流会激发角动量径向平流,促进眼墙外侧的切向速度增加,眼墙外侧环流一方面阻碍角动量向眼区的平流,减缓热带气旋加强率,同时导致眼墙外侧的环流加速延展,即外核尺度增加。Cocks等[17]统计研究指出小涡旋尺度热带气旋在早期及整个生命史均比中、大涡旋尺度热带气旋的尺度小。故认识初始涡旋尺度在涡旋发展中的持续性特征也是提高热带气旋尺度预报能力的关键要素之一。其次,环境影响会通过与热带气旋外围环流相互作用影响热带气旋外核尺度。研究表明：湿润的环境通过激发相对充沛的对流有效位能,有利于激发外围雨带,进而有利于热带气旋外核尺度增大[16,18]。热带气旋所处的纬度会影响其外核尺度,作用于热带气旋径向入流的科氏力矩会导致低纬度的外核切向速度加速慢,根据动量方程,相同强度的热带气旋在低纬度比高纬度具有更大的外核尺度[19]。但也有统计发现,转向北上的热带气旋比西行的具有更大的17 m·s-1大风平均半径[20],这可能由于高纬度斜压系统作用导致热带气旋变性,又会促使热带气旋外核尺度变大[21]。Chan等[22]研究表明,与季风槽相关的850 hPa正涡旋通过影响低层角动量输入有利于尺度增大。而大尺度环境垂直风切变会通过影响高层暖心、外围螺旋雨带等影响热带气旋的尺度[23-26]。

虽然有研究表明热带气旋的尺度和强度相关不显著[3],但每个热带气旋生命史中强度变化伴随着外核尺度变化,Ooyama[27]利用简单的轴对称理想模式首次给出热带气旋生命史中尺度和强度协同变化特征,伴随着热带气旋增强, 最大风速半径收缩而外核尺度均向外扩展,当热带气旋达到生命史最大强度后开始衰减,此时最大风速半径不变或略向外扩张,而热带气旋外核尺度会继续增长,Riehl[28]将这段涡旋达到生命史最强到外核尺度停止扩展的阶段定义为热带气旋成熟期。随后Musgrave等[1]利用Ooyama经典热带气旋模型[27]绘制其生命史中的累计动能-强度演变图描述热带气旋强度和尺度的协同变化特征：在热带气旋发展初始阶段(强度Vmax<26 m·s-1),累计动能缓慢发展,而随着热带气旋快速增强,累计动能快速发展,当Vmax>60 m·s-1时,热带气旋累计动能匀速发展,即使此时强度维持不变或者减弱。上述研究显示：对于给定热带气旋,其尺度与强度之间具有一定的协同变化关系,同时,热带气旋生命史中达到最大尺度的时刻往往落后于最大强度达到的时间[29]。

西北太平洋海域作为全球热带气旋生成最多的海域,由于缺乏有效的热带气旋大风分布观测手段和监测信息,该海域沿岸国家或地区热带气旋业务中心尚未建立完善的热带气旋外核尺度预报和检验业务。开展热带气旋尺度变化规律统计分析,遴选对热带气旋尺度变化影响显著的因子将有助于提高热带气旋尺度预报能力。本研究基于西北太平洋最佳路径数据的热带气旋尺度认识热带气旋生命史过程中的强度尺度变化特征,着重分析初始涡旋尺度对后期尺度发展的影响,认识热带气旋自身特征,包含尺度和强度共同作用下的强度变化和尺度变化协同特征,为热带气旋尺度预报提供参考依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源及筛选

本文所采用的热带气旋强度、尺度和位置数据来源于JTWC最佳路径数据集。该数据集提供热带气旋逐6 h的中心经纬度、最低气压、最大持续风速和以热带气旋眼区为中心、4个象限的17,26,33 m·s-1风速半径信息。其中,17 m·s-1和26 m·s-1大风平均半径(R17,R26)分别反映热带气旋大风和强风影响范围。本文仅考虑对称涡旋尺度,R17与R26均取为17 m·s-1和26 m·s-14个象限全部有尺度记录的平均值。表征热带气旋周围环境的海表面温度、湿度和环境垂直风切变等信息来自全球飓风强度统计预测计划(Statistical Hurricane Intensity Prediction Scheme,SHIPS)数据集。

本文研究对象为2004—2020年7—11月的西北太平洋热带气旋,在分析前对观测样本进行筛选：热带气旋生命史最大强度至少达到33.2 m·s-1;热带气旋强度大于 17.2 m·s-1的样本记录;在热带气旋整个生命周期中R17和R26尺度样本量至少4个;去除变性及温带性质的热带气旋;为了减小陆地的影响,去除距离陆地小于200 km的样本点;保证热带气旋生命周期的相对完整性(即须包含初始、最大强度和最大尺度阶段)。经筛选共获得100个热带气旋的2251个R17尺度样本,1846个R26尺度样本。参照Kaplan等[30]的定义方法,强度24 h变化率ΔVmax≥15 m·s-1·d-1定义为快速增强事件,尺度24 h变化率ΔR26≥68 km·d-1定义为快速膨胀事件。各热带气旋从最初获得17 m·s-1强度增强至最大强度后再衰减至17 m·s-1所历经的时间定义为生命史长度。

综合考虑热带气旋尺度和强度描述热带气旋的破坏性,引入Powell等[31]提出的累计动能概念,基于Chan等[32]的切向风廓线方程积分获得。

1.2 方 法

采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验比较两组样本总体分布之间是否具有显著性差异。

2 西北太平洋热带气旋尺度和强度时空分布特征

2.1 月际分布特征

图1a为西北太平洋区域热带气旋的R17和R26月平均分布,R17与R26的两个峰值分别出现在8月与10月。这与前人研究较为一致,基于不同的数据和时段统计分析均发现R17尺度存在双峰特征[3],且更多统计发现10月是热带气旋的R17尺度峰值月份[2,20,33]。对于R26,8月表现为最高峰值月份,10月为次峰值。西北太平洋热带气旋平均最大强度与平均强度(Vmax)的季节分布特征与尺度相似,均在10月存在明显的强度峰值(图1b),Merrill[2]指出这种热带气旋尺度随时间分布的差异性可能与强度有关。但这种关联并不一致,8月虽然尺度反映为次峰值,但平均强度和最大强度明显偏弱于其他月份,而在7月,尽管最大强度明显高于其他月份,但其对应的平均尺度较小。

图1 热带气旋尺度(a)及强度(b)月际平均分布(误差线表示达到0.05显著性水平区间)Fig.1 Distribution of monthly tropical cyclone size(a) and intensity(b)(error bars denote 0.05 significant level range)

西北太平洋热带气旋所有R17与R26尺度样本的平均值分别为222.8 km和119.1 km,接近Moyer等[34]的计算结果(213.7 km,92.7 km)。由图1可见,R17和R26具有相似的月际分布特征。但以往的统计研究指出R17的非对称特征更为明显[33],因而在涡旋轴对称的假设条件下,R17的估计误差更大,后续分析主要针对R26进行以减少这种数据不确定性带来的问题。

为了分析热带气旋尺度差异与强度关系的统计特征,本文取所有热带气旋R26样本的第33和第67百分位数,分别为93 km和139 km,作为尺度阈值,将样本分为小涡旋、中涡旋和大涡旋3类。图2为不同尺度涡旋和强度涡旋样本月际频数及占比。89.7%(1656/1846)的样本集中在7—10月,10月R26频数最多,且中大涡旋比例达68%,其中大涡旋占28%,与之对应的中等偏强的热带气旋数也远大于其他月份,不小于33 m·s-1以上强度的热带气旋占比达84%,其中不小于59 m·s-1强度热带气旋比例为23%。8月,中到大涡旋比例与10月相近,但以大而弱的热带气旋为主,不小于59 m·s-1强度以上的样本仅占16%。7月与8月的中大涡旋尺度热带气旋占比接近均达到70%,但7月不小于59 m·s-1强度等级的样本占比最大,达31%。与7—10月形成明显对比的11月,热带气旋数量仅12个,半数以上R26(53%)为小热带气旋,而且热带气旋强度普遍偏弱,达到59 m·s-1强度以上样本仅占22%。统计发现R26和强度的相关系数为0.41(达到0.05显著性水平),可见,外核尺度R26与强度有一定联系。

图2 热带气旋尺度(a)和强度(b)样本频数及占比分布Fig.2 Monthly frequencies and percentages of tropical cyclone size(a) and intensity(b)

2.2 区域分布特征

西北太平洋热带气旋在热带洋面生成后在向西或西北行进过程中伴随强度和尺度变化,图3为热带气旋尺度与强度经向和纬向分布。由平均值变化特征可知,热带气旋北行过程中,其尺度和强度均增大增强,平均强度在25°N达到峰值,而平均尺度在30°N达到峰值,继续向北,则强度和尺度同时衰减(图3a)。

图3 热带气旋尺度和强度经向(a)及纬向(b)分布(误差线表示达到0.05显著性水平区间)Fig.3 Meridional(a) and zonal(b) distribution of tropical cyclone size and intensity(error bars denote 0.05 significant level range)

热带气旋尺度和强度纬向变化特征较一致(图3b),大多数热带气旋在生成后西行和西北行的过程中强度增强,体积膨胀,外核尺度R26增长。强度和R26尺度峰值均出现在125°E附近。在125°E以西,热带气旋逐渐靠近沿海大陆,强度、尺度均开始明显减小。在160°E～180°范围内,强度与尺度的0.05显著性水平区间相对较大,主要是由于该经度区间样本量较少造成发散度较大。

图4a、图4b分别为热带气旋强度和尺度变化及相应生命史最大尺度和最大强度分布。最大强度较最大尺度发生区域略偏南偏东,同样,相较于热带气旋强度增强区域,热带气旋尺度增大的范围明显较大且偏北偏西(图4a),表明热带气旋在发展过程中停止发展加强后,R26会继续增大。通过热带气旋达到最大尺度和最大强度的位置分布情况(图4a、图4b)发现,热带气旋达到最大尺度的位置分布范围明显大于达到最大强度,达到最大尺度的平均位置(23.9°N,135.0°E)较最大强度(20.9°N,135.4°E)偏北,更靠近沿海大陆。

图4 热带气旋尺度与强度变化及生命史最大值与快速增长区域分布(a)ΔR26(填色,红色表示正值,蓝色表示负值)与最大尺度位置(黑色三角)及最大尺度平均位置(黄色空心圆),(b)ΔVmax(填色,红色表示正值,蓝色表示负值)与最大强度位置(黑色三角)及最大强度平均位置(黄色空心圆),(c)尺度增大频数(填色)与快速膨胀位置(黑色圆点)及快速膨胀平均位置(黄色空心圆),(d)强度增强频数(填色)与快速增强位置(黑色圆点)及快速增强平均位置(黄色空心圆)Fig.4 Distributions of tropical cyclone size and intensity change rate,lifetime maximum and rapid growth(a)ΔR26(the shaded,the red denotes positive,the blue denotes negative) and locations of lifetime maximum size(triangles),the average position of lifetime maximum size(the yellow circle),(b)ΔVmax(the shaded,the red denotes positive,the blue denotes negative) and locations of lifetime maximum intensity(triangles),the average position of lifetime maximum intensity(the yellow circle),(c)frequency of expansion cases(the shaded) and the locations of rapid expansion cases(dots) with the average position of rapid expansion cases(the yellow circle),(d)frequency of intensification cases(the shaded),the locations of rapid intensification cases(dots) with the average position of intensification cases(the yellow circle)

热带气旋发展过程中常伴随着强度和尺度的快速发展,比较热带气旋发生快速膨胀(图4c)及快速增强(图4d)的分布区域发现,热带气旋发生快速膨胀的平均位置较快速增强更偏西偏北,快速膨胀区域分布向西向北扩展得更广。其中,快速膨胀的北界、西界分别可达到30°N,125°E。而快速增强西北边界出现在25°N,130°E,即热带气旋在影响大陆时,尽管大多数热带气旋强度不再快速增强,但由于其灾害性大风影响范围还在快速扩张,危害仍在不断扩大。

3 影响热带气旋尺度和强度协同变化特征的要素分析

3.1 初始涡旋尺度对后期尺度的影响

将热带气旋生命史中的首次达到26 m·s-1时的最大风速半径作为初始尺度,为了简化,将100个热带气旋初始尺度的第33和第67百分位数(46.3 km和64.8 km)作为初始涡旋小、中、大分类阈值,图5为3类初始涡旋在其生命史内不同等级尺度的维持比率。可见,在初始小涡旋的样本组中,其生命史内小涡旋样本维持比率达到53%,而在初始大涡旋样本组中,大涡旋维持比率达55%,这表明初始尺度大(小)的涡旋在其生命史超过半数的时间内会继续维持着大(小)涡旋尺度。

图5 不同尺度初始涡旋生命史维持比率箱线图Fig.5 Box plots of the maintenance rate of different size vortexes

为了进一步明晰初始涡旋尺度对热带气旋后期的尺度影响。图6为不同尺度初始涡旋的最大尺度累积频率分布。可见,相比于小和中等初始涡旋,初始大涡旋的后期尺度及峰值尺度更大,有71%的最大尺度样本分布于大尺度等级区间。相反,初始小涡旋生命史后期有58%的最大尺度维持在中小尺度范围内。在大、小初始涡旋分类后,R26及最大尺度的分布差异显著(达到0.05显著性水平)。

图6 不同尺度初始涡旋最大尺度累积频率分布Fig.6 Cumulative relative frequencies of different size vortexes

上述分析表明,热带气旋初始尺度在其后期发展中存在明显的持续性特征。通过计算初始尺度R0及R26样本分别与其后96 h内逐6 h的R26的滞后相关发现,初始尺度及R26与后期R26存在显著滞后正相关,相关系数随着热带气旋的持续时间逐渐减小。与初始尺度具有较高相关程度(不小于0.45)的持续时间达18 h,而与R26较高程度的相关持续时间则长达66 h,这意味着初始尺度可以作为尺度预报模型的一个重要持续性因子。

3.2 初始涡旋尺度对后期尺度和强度变化率的影响

研究表明：热带气旋的外核,即最大风速半径外侧切向风的衰减廓线通过影响最大风速半径外围绝对角动量的输入,从而对其强度变化有调制作用[35],大(小)热带气旋不利于(有利于)热带气旋加强。由于最大风速半径与R26之间的环状区域宽度(即风裙参数)和R26本身可以在一定程度上反映热带气旋的外核尺度。为了进一步考察不同的热带气旋尺度对后期强度和尺度变化的影响,图7a、图7b分别是热带气旋外核尺度R26及风裙参数与其后24 h强度变化率关系(ΔVmax)的散点图。可见两者关系在热带气旋增强和减弱阶段不同,在热带气旋增强阶段,由ΔVmax上限第98百分位数拟合线可见,R26与ΔVmax的关系是非线性的,当R26在50～100 km,即中小涡旋尺度时,ΔVmax达到最大值。当R26<75 km时,热带气旋增强率随尺度增加而增加,而R26>100 km,ΔVmax随R26的增加而减小(图7a)。这表明较小的外核尺度(紧凑结构)有利于发生快速增强。而在热带气旋衰减阶段,R26对ΔVmax的影响不明显,快速减弱几乎在50～250 km范围内均可以发生。

图7 ΔVmax与R26(a)、风裙参数(b)空间内的样本分布,ΔR26与Vmax(c)、ΔVmax(d)空间内的样本分布Fig.7 Scatter plots of ΔVmax against R26(a),the wind skirt parameter(b),and ΔR26 against Vmax(c),ΔVmax(d)

风裙参数用于描述最大风速半径以外的切向风径向衰减程度,ΔVmax对风裙参数的依赖关系与R26非常相近。热带气旋在增强阶段,风裙参数与热带气旋增强率的相关系数达到-0.31,而减弱阶段相关不显著。通过热带气旋ΔVmax的第98百分位数拟合曲线发现,当风裙参数大于50 km时,ΔVmax随之增加而减小(图7b)。较大的风裙参数通常意味着外核区具有更大的惯性稳定性,外核区高惯性稳定度可以加强外核区域入流,增强外核区切向风速,抑制眼墙处的角动量输入,减弱垂直对流,从而减弱加强率。

热带气旋的尺度变化率ΔR26与强度、强度变化也表现出明显的非线性关系(图7c、图7d)。ΔR26与Vmax呈现弱的负相关关系,相关系数为-0.15,这与Chen等[36]利用多源融合风场数据计算的结果非常接近(-0.12),但这种弱相关性并不表明热带气旋尺度变化对强度无依赖。图7c统计ΔR26随强度的变化,在R26膨胀期间,尺度变化率随强度增加逐渐减小,两者相关系数为-0.17。快速膨胀事件主要集中在25～50 m·s-1,热带气旋强度超过70 m·s-1几乎无快速膨胀,这意味着热带气旋的快速膨胀多发生在中等强度情况下。当发展到强热带气旋时,尺度膨胀减慢,同时还发现在强热带气旋时,热带气旋或缓慢膨胀或缓慢收缩,而快速收缩发生在40～55 m·s-1时。快速膨胀和快速收缩对强度的依赖机制值得进一步研究。

热带气旋强度变化同时伴随尺度变化,图7d为ΔR26与ΔVmax的关系,近70%的样本集中在尺度与强度变化率的同相变化区间(即第一、第三象限),这表明R26在发展过程中主要随强度增强而膨胀,随强度衰减而收缩,相关系数达到0.45,可见ΔVmax是影响ΔR26的重要因素之一。但也存在一些热带气旋强度衰减而尺度增加(第二象限),或强度增强而尺度收缩的现象(第四象限),这往往与热带气旋发生眼墙替换过程有关。

热带气旋尺度和强度的累计效应可以进一步采用累计动能分析。图8为大、小两类初始涡旋后期强度变化的累计动能分布,针对相同强度情况下,初始大涡旋的后期累计动能整体大于小涡旋,表明热带气旋破坏性得以维持甚至增大与R26的变化存在一定关系。因此,在热带气旋发展早期除密切关注强度变化外,对于较大尺度的热带气旋也值得关注其未来的尺度变化,从而更准确地评估热带气旋破坏性。

图8 累计动能随强度变化(曲线表示累计动能拟合中值)Fig.8 Scatter plot of integrated kinetic energy against Vmax(color curves denote fitting median)

3.3 热带气旋移动对尺度的影响

影响热带气旋尺度变化的因素除了初始尺度和强度,热带气旋路径差异等因素也会由于纬度、海温等变化而影响尺度。采用K-Means聚类算法将热带气旋分为两类：41个(23个初始大涡旋和18个初始小涡旋)转向热带气旋和19个(11个初始大涡旋和8个初始小涡旋)直行热带气旋。

图9给出了初始大、小涡旋沿转向和直行路径的外核尺度R26变化特征,在初始尺度类型相同的条件下,转向热带气旋的R26平均值大于直行热带气旋,初始大(小)涡旋,直行路径条件下平均尺度为127.0 km(83.8 km),而转向路径条件下平均尺度为137.0 km(112.3 km),二者相差10 km。其中,初始大涡旋发生转向后,全部在其生命史后期达到中大涡旋,其中74%(17/23)能够发展至大涡旋,而直行的初始大涡旋中有67%(8/12)发展至中大涡旋。初始小涡旋转向后,50%(9/18)能够增长至大涡旋;而直行能发展至大涡旋的仅有2个。可见,北上转向路径更利于热带气旋R26增长,而西行热带气旋更容易维持其最初的尺度特性,这主要与转向热带气旋行进方向的纬度更高且在洋面上的停留更长有关;西行热带气旋则由于更易受到陆地影响,生命史相对较短,未得到充分发展。

图9 初始大、小涡旋沿转向和直行两类路径的R26分布Fig.9 Comparison of R26 along recurving and straight-moving tracks for large and small initial vortexes

续图9

3.4 环境因子对尺度的影响

热带气旋尺度变化也受环境因素影响,研究表明：湿度、海温和环境垂直风切变等可通过影响外螺旋雨带分布影响热带气旋的结构[16,18,23,35]。参照Knaff等[37]构建的热带气旋风速半径预报模型所考虑的环境因素的影响,统计了各因子与尺度变化率的滞后相关情况,相应的相关关系见表1。由表1可见,环境因子对尺度的影响主要在24 h内,其中海洋热含量、中层相对湿度和200 hPa散度相关程度较高,且持续性影响分别可达60,60 h和48 h。外界环境会影响热带气旋强度,同时也影响其尺度。环境垂直风切变虽然对热带气旋强度变化影响大,但与尺度变化的线性相关程度不高,与Knaff等[37]研究中的系数大小较为一致,分析其原因可能是环境垂直风切变对尺度的影响主要体现在对热带气旋的强度变化率和非对称特征上。除环境垂直风切变外,海洋热含量、中层相对湿度和200 hPa散度与尺度变化率呈显著的正相关关系,且这种相关性随时间逐渐减小。海洋热含量与ΔR26呈正相关,且显著正相关维持时间达60 h,中层相对湿度与200 hPa散度的正相关维持时长则达60 h和48 h。可见,当热带气旋位于海洋热含量较高且相对湿度较大,高空辐散较强,而垂直风切变强度小和中等的环境中,热带气旋更容易增大。

表1 环境因子与其后72 h内R26的24 h变化的相关系数Table 1 Correlation coefficients of environmental factors to ΔR26 within 72 hours

4 结论与讨论

本研究利用2004—2020年7—11月JTWC热带气旋最佳路径数据,分析西北太平洋热带气旋尺度和强度变化的时空分布及协同变化特征、造成尺度变化的主要因素,得到以下主要结论：

1) 热带气旋外核尺度在西北太平洋具有明显的月际和区域分布特征。热带气旋强度与尺度在10月同时达到峰值。比较热带气旋强度增强和尺度增大的区域分布发现,R26扩展区域远大于热带气旋强度增强的区域,热带气旋达到最大尺度的平均位置(23.9°N,135.0°E)较最大强度位置(21.6°N,135.4°E)更靠近沿海大陆,发生快速膨胀的平均位置(18.0°N,138.1°E)相较于快速加强平均位置(16.9°N,142.3°E)更偏北偏西。

2) 不同初始涡旋尺度会不同程度影响其后期R26及最大尺度、最大强度。半数以上的初始大(小)涡旋在生命史内仍维持大(小)涡旋尺度。初始大涡旋有71%在后期发展成大涡旋,且其中发展为强热带气旋的比例占59%。在96 h内,初始尺度与其后R26及每个R26样本和其后R26均呈显著正相关关系,相关程度随时间减小。此外,热带气旋具有衰减缓慢的外核区风场(风裙参数大)和较大的外核尺度R26时,不利于发生快速增强,但有利于尺度增长;热带气旋快速膨胀多发生在中等强度及快速增强情况下。

3) 北上转向路径更利于热带气旋外核尺度增长,表现为初始大涡旋维持其大涡旋尺度特性,小涡旋则具有更大的机会发展成大热带气旋;直行路径的热带气旋更易维持其初始涡旋尺度。通过环境因子与尺度变化率的相关分析发现,当热带气旋位于海洋热含量较高且相对湿度较大、高空辐散较强,而垂直风切变强度小和中等的环境中,热带气旋更易增大。此外,海洋热含量与中层相对湿度对尺度影响的持续时间可达60 h。

上述分析表明：热带气旋的持续性因子含初始尺度和强度会影响热带气旋后期的尺度变化,这意味着在数值预报中,热带气旋的初始化方案不仅要考虑涡旋的强度和位置,还要考虑初始结构。此外,环境因子含湿度、海洋表面温度和海洋热含量以及高层辐散均会影响热带气旋的尺度变化,其影响机理还需要进一步研究,同时,后期工作将在热带气旋尺度预报模型中综合考虑热带气旋自身因子的影响及其与环境因子的非线性相互作用。