热带多尺度对流系统相互作用机制研究取得新突破

热带对流通过调节全球热量、动量与水汽的收支和分布，对全球大气环流和气候系统具有关键作用。在热带地区，大尺度对流系统可绵延数千公里，其内部嵌入了多种尺度较小的对流活动（图一）。这些多尺度系统间的复杂相互作用，深刻影响着大尺度对流系统的结构、强度与移动特征。然而，当前数值模式对热带对流的模拟能力仍存在明显不足，预报误差较大，其根本原因之一即在于对多尺度系统相互作用机制的认识尚不充分。因此，揭示多尺度对流相互作用过程，已成为热带大气动力学研究的关键课题。

南京大学谈哲敏院士团队长期致力于热带对流组织与发展机制的研究，近期在该领域取得重要进展。团队以热带季节内振荡（MJO）为研究对象，通过高分辨率数值模拟，重点分析了MJO系统内部多尺度对流活动如何影响其内部超级云团（super cloud cluster）的东向传播。超级云团是MJO内部的对流聚合体，尺度可达上千公里，具有缓慢东移的特征。

研究发现（图二），当东移的超级云团与西传的重力波相遇时，会激发新生的小尺度对流云团。在初期，这些新生云团以浅对流为主。通过“非瞬时对流-辐合反馈”（NiCCF）机制，即浅对流加热与低层水汽辐合之间形成的正反馈，局地水汽辐合持续增强，对流系统得以发展，但其移动则暂时停滞。当新生云团经历由浅对流向深对流的转换并成熟后，NiCCF机制的作用减弱，对流系统不再受局地束缚，从而恢复移动，并完成新老云团的更替。超级云团的逐步东移，正是由一次次东传对流系统与西传波动相遇、触发新生对流并完成替换的过程所构成。研究进一步指出，NiCCF机制的时间尺度（即水汽辐合与对流加热之间的时间差）决定了新老对流云团替换过程中停滞期的长短，从而调控超级云团的东传速度。

研究表明，MJO的大尺度环境场能够调控NiCCF的时间尺度，而小尺度对流云团的替换过程则直接影响超级云团的传播，并最终反馈至MJO大尺度系统的移动。该研究构建了一个全新的热带多尺度对流系统相互作用框架，揭示了其影响大尺度对流系统结构与移动的物理机制，深化了对热带对流动力过程的理解，并为改进热带对流数值模拟、提升天气预报准确性与气象保障能力提供了重要的理论依据。

上述研究成果以“Development of Shallow Convection and the Slow Eastward Propagation of Super Cloud Clusters in the Madden‐Julian Oscillation”为题，发表于国际知名期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》。研究由国家自然科学基金重大项目“台风路径、强度和结构变化动力学与可预报性研究”(42192555)及青年项目（42105003）资助。南京大学大气科学学院助理教授刘岩为论文第一作者，谈哲敏院士为通讯作者。

【文章信息】

Liu, Y., & Tan, Z.-M. (2025). Development of Shallow Convection and the Slow Eastward Propagation of Super Cloud Clusters in the Madden‐Julian Oscillation. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130, e2025JD043516. https://doi.org/10.1029/2025JD043516