第八届全国中尺度气象学研讨会

湍流动量输送是调控热带气旋边界层结构、角动量再分配及强度变化的关键过程，但现有参数化通常侧重垂直通量，并多采用应力与应变率线性对应的Boussinesq假设，难以描述强旋转、强曲率条件下的三维非线性输送。本研究基于快速增强期和成熟期两组理想化热带气旋大涡模拟，从张量角度系统分析雷诺应力与亚滤波尺度动量通量的多尺度结构。分别采用1 h时间平均和4 km空间滤波构造两类动量通量张量，通过柱坐标分量诊断对比其在半径-高度平面上的空间分布，定量评估水平与垂直动量通量及其扩散倾向，并利用速度梯度的应变-旋转张量分解识别湍流应力的主导几何机制。结果表明，雷诺应力与次滤波尺度通量在快速增强期和成熟期均呈现一致的主要空间结构，高值区集中于边界层、眼墙及最大风速半径附近，说明不同尺度的湍流输送受相近的涡旋动力结构控制。水平动量通量的平均幅度可与垂直通量相当，部分分量甚至更强；在切向动量方程中，水平扩散倾向与垂直扩散倾向量级相当，表明仅考虑垂直混合会遗漏重要的角动量径向再分配。张量对齐分析进一步显示，应力结构并非主要由纯应变项控制，而是以应变—旋转交换子所表征的耦合作用占主导，揭示强旋转背景对湍流动量输送方向和各向异性的决定性影响。研究表明，热带气旋边界层湍流闭合需要同时保留三维水平输送、旋转效应及非线性张量结构，为发展适用于强旋转对流系统的尺度自适应湍流参数化提供了理论依据。

热带气旋,边界层,湍流