熱帶氣旋尺度和結構的影響因子和理論探索

林巖鑾，王丹陽

（清華大學 地球系統科學系，北京 100084）

熱帶氣旋（tropical cyclone,后文簡稱TC）是由海表面焓通量為能量來源的暖心氣旋，大多生成于距離赤道足夠遠的熱帶溫暖洋面上，全球生成個數每年為80 個左右[1]。熱帶氣旋在全球各地有不同的稱謂，本文為簡化討論將其統稱為TC。TC 是我國最主要的自然災害之一，帶來巨大的經濟損失和人員傷亡[2-6]。目前TC 預報側重路徑和強度，但TC 的破壞力不僅取決于其強度，還受其結構和尺度的影響[7]，比如TC 引起的風暴潮就和TC 的大風范圍大小密切相關[8-9]。颶風“桑迪”雖然登陸時只是一個一級颶風，卻造成巨大破壞，這主要與它驚人的尺度（17 m/s 大風半徑r17 達到1 600 km）引起的強風暴潮有關。TC 結構和尺度與其降水區域大小密切相關，因而也和TC 洪澇緊密聯系在一起。此外，TC 的結構和尺度變化和TC 強度變化與移動有密切聯系[10-11]，因此TC 結構和尺度模擬的好壞也直接影響TC 的路徑和強度預報，增強TC 結構和尺度的模擬和預報能力對加強TC 防災減災工作具有十分重要的意義。

在全球氣候變化的背景下，由于大氣和海洋環境的變化，全球TC 的強度、路徑、結構和尺度可能會發生新的改變，亟需在TC 結構和尺度方面開展理論探索，同時研究主要物理過程（如邊界層、云降水和輻射）對TC 結構及尺度的影響機理，最終在TC 實際預報和模擬中合理考慮這些主要物理過程，提高TC 強度、結構、路徑的預報和模擬能力，加強TC 防災減災能力。

本文首先簡要介紹TC 結構和尺度的定義，然后圍繞TC 結構和尺度在觀測、模擬和理論三方面的相關研究做一些系統性的總結和簡要的評述，特別是TC 結構和尺度理論方面的研究做了較為詳細的介紹，最后展望未來可能的研究方向和思路。

1 TC 結構和尺度介紹及定義

TC 可以近似看作一個軸對稱的渦旋，有一個主要環流（低層的氣旋式環流和高層的反氣旋式環流）和次要環流（邊界層入流和高空出流）。因此完整的TC 風場結構應該包括切向風、徑向風和垂直運動的分布。但為簡化起見，我們通?？紤]切向風的分布，在軸對稱近似下，就是考慮切向風如何隨離TC 中心距離變化，或者說TC 的風廓線V（r）。知道TC 的風廓線，TC 的結構就基本確定了，TC 的各種尺度也就確定了。當然，TC 結構通常還包括TC 內部特定動力熱力學變量的垂直分布，比如：TC 入流厚度，上升區寬度，上升區和下沉區相對大小以及熵的分布等，但這里我們僅關注切向風的徑向分布。

衡量TC 尺度的變量主要有2 個，一個是TC 最大風速半徑（radius of maximum wind，RMW），另一個是TC 外圍半徑（觀測上通常采用風速＞12 m/s 或17 m/s 的大風半徑r12 或r17,理論上通常采用外圍零風速半徑r0）。在此基礎上，可以定性地把TC 分為內核區和外圍區，內核區通常指RMW，外圍區指r17 或r0。研究發現TC 的內核區和外圍區可以發生相對獨立的變化[12]。從寬泛的意義上來講，TC 結構就是指TC 的風廓線，但為簡化起見，有時TC 結構也指TC 外圍半徑和最大風速半徑的相對大小，例如這兩個半徑之間的相對大?。ňo密度，RMW/r0）、TC 豐滿度[13]（1-RMW/r17）等。緊密度或豐滿度反映了TC 外圍半徑和內核半徑的相對大小，是衡量TC 結構的一個重要變量。顯然，不同的TC 具有不同的結構和尺度[14]，并且一個TC在其發生發展的過程中，結構和尺度也會不停發生變化，比如TC 的眼墻置換過程會改變臺風的RMW，進而影響TC 的強度變化[15-17]。Guo 和Tan[13]發現TC 豐滿度對TC 增強和尺度演變有顯著影響。下文將簡要回顧TC 結構和尺度的觀測資料分析和數值模擬，并重點介紹相關的理論探索工作。

2 研究現狀及發展動態

2.1 熱帶氣旋結構和尺度的觀測資料分析

在TC 結構和尺度的觀測資料分析方面，隨著各種觀測資料的日益豐富，國內外學者已經開展了大量的工作[18-32]。TC 尺度的確定，最早主要依靠飛機直接觀測，因此資料較為有限。近期，利用衛星遙感數據，采用各種客觀分析方法或機器學習方法，也可以有效提高TC 尺度的衛星觀測精度[18]。世界各TC 中心也開始實時提供TC 的尺度信息，如RMW 和r17[19-20]。

Liu 和Chan[21]利用歐洲研究衛星ERS-1 和ERS-2 觀測的海洋表面風場研究了西北太平洋和北大西洋TC的大小。Chan 和Yip[22]利用快速散射計（QuikSCAT）衛星反演表面風資料對1999—2002 年TC 大小的年際變化進行了研究。Chavas 和Emanuel[23]基于QuikSCAT 數據進一步對全球TC 大小進行了氣候統計研究，發現TC 外圍尺度滿足對數正態分布。Chavas 等[24]利用優化后的QuikSCAT 數據發現氣候態上TC r0 中位數約為900 km，標準差約250 km，這說明地球上不同TC 尺寸差別很大。該研究還發現對于最大風速在32～50 m/s的TC，強度和尺度統計上并沒有顯著的線性關系，進一步證實了Merrill[14]的發現?；赒uikSCAT 風場大小的工作還包括Lee 等[25]、Chan 和Chan[26-27]，后者還討論了TC 尺度的年代際變化。另外，前人已經較一致地發現西北太平洋TC 平均尺寸大于北大西洋[21,24,26]。除了QuikSCAT 衛星數據外，也有基于再分析資料風場[28]以及利用衛星紅外圖像和降水確定TC 大小的研究[24,29]。前人利用飛機、衛星觀測及再分析資料的研究也發現TC 尺寸在TC 發展過程中存在一個逐漸擴大的階段[14,30-32]。

另一方面，由于TC 大風對上層海洋混合的影響，TC 經過洋面時通常會造成海表溫度的下降，也就是通常講的TC 冷尾流（cold wake）。冷尾流的強度和大小不僅受TC 強度、尺度、移動速度的影響，還受海洋混合層厚度的影響[33]。通常，尺度大的TC 引起的海洋混合區域也大，因此可以通過確定TC 冷尾流的范圍大小，間接確定TC 的尺度[34]。

此外，還有研究討論了TC 尺度的統計特征、環境影響因子等。Liu 和Chan[35]，Chan 和Chan[27]發現TC尺寸和其發展所在的天氣系統有關：與廣闊西南風背景環流結合的TC 尺寸偏大，而與副熱帶對流層中層脊有關的TC 尺寸偏小。Lee 等[25]發現東風波中形成的TC 尺度較小，而大尺度季風環流有利于形成尺寸偏大的TC。Evans 和Hart[36]發現TC 在向兩極移動發生變性過程時可能會擴張。姜嘉俊和雷小途[37]最近還提出了基于渦度場的TC“體積”的概念，發現TC 水平尺度與強度關系很弱，但TC 體積與強度呈顯著正相關。Tsuji 和Nakajima[38]最近發現TC 風場與降水場之間存在較好的對應關系。Lin 等[29]和Chavas 等[24]均發現TC所處環境的相對海溫是解釋TC 降水范圍和外圍尺度的一個主要氣候因子，主要原因是熱帶相對海溫高的區域容易產生對流，從而加濕對流層中上層，有利于TC 降水場和風場的向外擴張。

2.2 熱帶氣旋結構和尺度的數值模擬

TC 結構和尺度的數值模擬研究方面也有大量的工作。前人通過敏感性數值試驗，總結出一些可以影響熱帶氣旋尺寸的因素。這些因素大致可以分為熱力因素和動力因素。熱力因素包括外雨帶活動或環境相對濕度[39-40]，海表面焓通量[41-44]，相對海溫[29]以及輻射[45-47]。動力因素包括科氏參數f[47-49]，初始渦旋尺寸[49-50]，次網格湍流擴散[47,51-53]以及海表面摩擦[54-56]等。TC 內部的動力和熱力過程，如雨帶的演變和眼墻置換過程等，也會影響TC 結構和尺度。

Wang[39]提出外雨帶的加熱可以顯著降低雨帶內側高慣性穩定度區域的海平面氣壓，進而通過調節水平氣壓梯度使RMW 增加。Hill 和Lackmann[40]通過理想試驗發現高相對濕度的環境更有利于熱帶氣旋內核區擴大；在機制上，這和雨帶產生的位渦有關。這些研究發現TC 尺度和對流層中層大氣濕度有關，TC 外圍的非絕熱加熱有利于TC 風場外擴。

Xu 和Wang[41]通過理想試驗發現關掉外圍海表面焓通量會使熱帶氣旋RMW 減??；其機制與局地對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）以及雨帶活躍度相關。Lin 等[29]利用氣候模式敏感性試驗指出相對海溫（TC 所處區域海溫減熱帶平均海溫）而非絕對海溫控制TC 降水區域大小，其中機制與TC 環境對流層中層相對濕度有關。Bu 等[45]通一系列理想試驗證明云輻射強迫會在云氈內引起加熱，并通過干動力理想試驗進一步證明該加熱強迫會引起近乎整個對流層內的弱上升運動以及對應的高層出流；強迫的上升運動會加強對流加熱，進而使TC 內核區風場擴大。相反，在更長時間尺度上，Chavas 和Emanuel[47]通過輻射對流平衡（Radiative Convective Equilibrium，RCE）的TC 模擬發現長波輻射冷卻率的增加可以使TC 風場擴大。

Xu 和Wang[41,50]發現TC 不同位置的非絕熱加熱以及初始渦旋尺度都會影響臺風RMW。Xu 和 Wang[42]發現TC 的強度變化和尺度變化有緊密的聯系。Chan 和Chan[49]研究了初始渦旋尺度和行星渦度對TC 尺度的影響；發現初始渦旋大的TC 尺寸增長也較快。Chan 和Chan[57]發現初始渦旋強度和外圍風場均會影響TC 尺度，但TC 尺寸主要受外圍動力過程而非內核動力學控制。Chan 和Chan[58]系統總結了影響TC 尺度大小的一些環境因子，包括環境濕度、渦旋結構、海溫、科氏參數等。

在RMW 研究方面，Bryan 和Rotunno[51]通過一系列軸對稱敏感性試驗發現成熟TC 強度和RMW 受湍流擴散的水平混合長lh影響很大：lh越大，TC 強度越小，RMW 越大。Chavas 和Emanuel[47]的RCE 模擬定性上也有相同的結果。Rotunno 和Bryan[52]通過將TC 內核區邊界層絕對角動量的水平平流和水平湍流擴散平衡得到了TC 邊界層風場的解析解。解析解的確說明水平混合強度越大，TC 強度越小，RMW 越大，與模擬結果一致。這說明維持內核區絕對角動量水平平流和水平湍流擴散的近似平衡是lh調節TC 強度和RMW的主要機制。Gopalakrishnan 等[53]通過理想試驗發現垂直湍流擴散也會影響TC RMW：垂直擴散系數越大TC 強度越小，RMW 越大。另外，垂直擴散系數減小伴隨著TC 入流厚度的減小。垂直擴散系數的減小會明顯增強邊界層次梯度風導致的入流加速度，進而明顯增強入流強度。

另外的一些模擬工作主要關注各種物理過程對TC 結構和尺度模擬的影響，如邊界層的混合（包括垂直和水平混合）、焓通量和動量交換系數（Ck和CD）、云微物理過程（如雨滴下落速度、雪下落速度等）以及云輻射相互作用。大致的發現可以總結為：TC 大小正比于垂直和水平混合強度[59,47]，反比于CD[60-61];在云微物理過程和云輻射相互作用方面，Fovell 等[62]發現云輻射相互作用有利于TC 風場外擴，較小的雨滴和雪下落速度有利于TC 凝結物隨TC 出流向外擴張，通過輻射作用有利于風場外擴。

最后還有不少研究系統分析了科氏參數對TC 尺度的影響。利用理想三層模式，Smith 等[48]發現TC 外圍尺寸與科氏參數f存在非線性關系，在對應 37°緯度的f時TC 風場范圍最大。Chan 和Chan[49]利用全物理過程的理想模式同樣發現TC 外圍尺寸與f的非單調關系，在大約 25°緯度時TC 最大。Chan 和Chan[49]通過絕對角動量徑向向內的通量來解釋TC 尺寸與f的關系：當f增大時，風場慣性穩定度增大，導致入流速度減小不利于絕對角動量輸入，但同時絕對角動量在f增大時也增大，在同樣徑向入流的條件下有利于TC 風場擴大，上述兩個相反的作用的共同結果導致了模擬的TC 外圍尺寸與f的非單調關系。上述兩個研究的模擬時長都是 10 d 左右，TC 可能沒有達到穩定態。相反，Chavas 和Emanuel[47]通過 150 d 的模擬時長使TC 達到 RCE 狀態，在幾乎涵蓋地球所有緯度對應的f的敏感性試驗中發現TC 外圍尺寸與f的關系是單調的：f增大時，TC 風場范圍減小。

2.3 熱帶氣旋結構和尺度的理論探索

相比觀測和模擬研究，TC 結構和尺度方面的理論探索工作相對較少。TC 結構方面的理論主要建立在Emanuel 的潛在強度（Potential Intensity，PI）理論基礎上[1]。該理論最早建立于1986 年，并在其后幾十年進行了多次更新[63-68]。該理論基于TC 上升區建立的幾個基本假設：傾斜中性對流、靜力平衡以及梯度風平衡，通過利用自由大氣中守恒量熵和角動量在邊界層的收支平衡導出了TC 最大潛在強度表達式。該表達式表明TC 潛在強度受環境因子控制：海表面溫度、對流層頂溫度、海-氣焓的差異以及海表面動量與焓的交換系數。最近Emanuel 和 Rotunno[68]（后文簡稱ER11）將TC 流出層溫度隨角動量的變化與流出層臨界理查森數建立聯系，成功得到了TC 邊界層頂風速隨半徑變化的函數，并給出了TC 最大風速半徑RMW 與外圍零風速半徑r0 的關系式。由于PI 理論的重要性，為方便讀者，我們在此做簡要描述。

ER11 假設TC 為軸對稱結構，即使用軸對稱坐標；并假設TC 中自由大氣滿足靜力平衡，梯度風平衡以及TC 眼墻對流滿足傾斜中性結構。在自由大氣中近似絕熱無黏的假設下，傾斜中性即意味著熵是絕對角動量的單變量函數。其中絕對角動量M定義為：

式中：r為半徑；v為切向風。在靜力平衡和梯度風平衡的條件下，不難得到熱成風方程：

式中：p為 氣壓；α為 比體積。在飽和濕絕熱過程中，我們可以近似地認為α是p和 飽和熵s*的函數，即有應用鏈式法則：

在飽和濕絕熱過程中，我們可以將熱力學Maxwell 關系之一近似為：

式中T為熱力學溫度。因此，利用式（3）和式（4），式（2）可以寫為：

利用s*是M單變量函數的假設，式（5）可以經過簡單變化并在沿絕對角動量面從邊界層頂積分到自由大氣中某一高度得到：

式中下標b 表示邊界層頂。如果取積分上限為流出層，那么式（6）可以變換為（ER11[68]的式12）：

式中 π=(p/p0)R/cp，p0為 參考氣壓，R為 干空氣氣體常數，cp為干空氣定壓比熱。式（8）就是PI 理論中熵的徑向梯度與氣壓的徑向梯度之間的聯系，更加普適且基于更符合TC 結構的假設。注意聯系邊界層結構與自由大氣對流結構的式（7）與（8）被導出的關鍵關系是Maxwell 關系式（4）。Emanuel[63]在推出式（8）之后進一步得到TC 中心最低氣壓的表達式。

從式（7）出發可以結合邊界層熵和絕對角動量收支方程得到邊界層頂風速的診斷公式。式（7）中ds*/dM的值由邊界層閉合條件決定，在此閉合條件中熵和角動量的源與其對應的水平平流平衡（對應ER11[68]的式17）：

式中Fs和 τM分別是海表面熵和絕對角動量的單位面積的湍流通量。Fs和 τM的表達式分別是（對應ER11[68]的式19 和20）：

式中：Ck和CD分 別為海表面焓和動量的交換系數；ρd為 干空氣密度；為海表面溫度下的飽和焓（在干臺風下即對應的干空氣焓）；k為近海表面空氣的實際焓；Ts為近海表面空氣溫度；|V|為 海表面總水平風速；V為海表面切向風風速。接下來通常會假設V≈vb與r≈rb。將式（9）～（11）代入式（7），可以得到：

式中Ts為海表面溫度。式（12）即為TC 強度的局地表達式。

接下來，為了得到風廓線，我們需要知道To的 變化，為此，PI 理論假設流出層理查森數Ri為臨界理查森數（常數）。在飽和條件下Ri表達式為：

式中：Nm為 浮力頻率；u為 徑向風；z為高度。根據Emanuel[69]，有

式中：B為浮力；qt為 總水混合比；Γm為 濕絕熱溫度遞減率；g為 重力加速度；cl為液態水定壓比熱；下標a表示環境。如果忽略qt的作用，式（14）可以改寫為

忽略分母中徑向風的切變，并假設在流出層半徑rt處Ri的值為臨界值Ric，經過簡單變換可以得到：

式中：cpv是 水汽的定壓比熱；qv為 水汽混合比；ql為 液態水混合比；T0為 參考溫度；Lv為 水的汽化熱；αd為干空氣的比體積；Rv為 水汽的氣體常數；H 為相對濕度。在絕熱、飽和且等壓的情況下，即 dp=0、dqt=0和 H=1情況下，有

在靜力平衡條件下，式（27）帶入式（18）有

ER11[68]指出式（28）的右邊第二項要比右邊第一項大一個量級，所以有

根據以上導出的關系，ER11 在稍作化簡（忽略科氏參數f的作用）的條件下得到了最大風速與風廓線的解析解。以M為自變量，ER11 得到有關To，s*，rb的常微分方程組。式（32）為其中一式，剩下2 個式子為：

通過邊界條件：v=0，r=r0；To=Tt，r=rm。其中Tt為對流層頂溫度，式（32）～（34）可以得到如下關于風廓線的解析解（ER11[68]的式36）：

至此，我們完成PI 理論核心關系的回顧。

然而，PI 理論不能預測TC RMW 或r0 中的任何一個。同時，由于PI 理論本質上建立在TC 眼墻上升區，而實際TC 眼墻上升區范圍通常僅在幾十千米以內，故PI 理論對TC 結構的解釋能力依然有限。

PI 理論的另一個分支是卡諾循環模型[65-67,70-71]，該模型從氣塊角度入手，假設TC 內氣塊可以完成閉合循環，根據伯努利方程和吉布斯關系，得到TC 中心氣壓與環境以及TC 大小的關系。該模型由于在卡諾循環下沉區的絕熱假設，以及對TC 閉合循環的假設與現實脫離比較明顯，所以不如PI 理論的主流推導方式流行。然而，卡諾循環模型對TC 能量收支過程進行了概念性的分析，支持了海表面焓通量為TC 能量來源的觀點，是PI 理論主流推導方式的有力輔助模型。

另一方面，作為對PI 理論主流推導方式的補充，Emanuel[71]通過結合邊界層絕對角動量收支方程與下沉速度得到了TC 下沉區風廓線模型，但該模型目前沒有解析解。Chavas 等[72]將PI 理論內核區風廓線模型與外圍下沉區風廓線模型數值拼接，得到了一個完整的TC 風廓線結構模型（C15 模型）。該模型必須在已知RMW 或者r0 的情況下，計算另一個。同時，C15 模型忽視了作為大氣熱機的臺風在能量收支、做功效率上的約束，對TC 大小和結構不能提供完整的理論性解釋。最近，在熱機假設的基礎上通過TC 整體的能量和熵收支推導，Wang 和 Lin[73-74]發現TC 中的不可逆濕過程會提高TC 的緊密度，并提出了一個更為普遍的考慮TC 風場結構和熱機效率的TC 最大潛在強度公式。這個研究還指出，隨著全球變暖，由于水汽的增加會導致TC 中不可逆過程比重的增加，TC 的緊密度會提高。

最后，TC 結構方面還有一些經驗模型[75-76]，這些模型在各種實際應用和災害評估中得到了廣泛應用，這里不再贅述。

TC 尺度方面，總結看來，目前的主流看法有兩種：一種認為TC 尺度主要受形成TC 的初始擾動結構影響[57,49]；另一種認為平衡態下TC 大小取決于系統或環境的特性，比如海溫[47]、科氏參數[48]、中對流層相對濕度[40]、邊界層混合[59]等。

TC 尺度理論研究方面，RMW 和r0 的預測，目前都還沒有成熟的理論模型，僅在TC 表征尺度（scaling）方面有一些研究。Emanuel[63,77]和Chavas 和 Emanuel[47]提出Vp/f（臺風潛在最大強度Vp除 以科氏參數f）在f平面下可以作為r0 的一個表征尺度。Held 和 Zhao[78]提出羅斯貝變形半徑（NH/f）在理想模擬中可以較好地衡量模擬TC 的r0，但這兩個經驗尺度和非當前氣候態下的TC 尺度模擬結果均有較大的差異（Zhou 等[79]，圖9）。Khairoutdinov和 Emanuel[80]，Emanuel[81]基于能量和熵收支導出為臺風尺度，其中Lv是凝結潛熱，qb是邊界層比濕。另外，Frisius 等[61]提出（Hb/Cd，邊界層厚度除以表面拖曳系數）是TC 大小的一個表征尺度。但由于各種復雜因素的影響，現實世界的TC 通常不太符合這些表征尺度[32]。最近，Chavas 和 Reed[82]發現在真實球面上模擬的TC 大小為Rhines 尺度（Rhines[83]）和Vp/f尺度中較小的一個，在小于臨界緯度時，TC 大小為Rhines 尺度，大于臨界緯度時，TC 大小滿足Vp/f尺度（圖1）。雖然Vp/f尺度可以在一定程度上描述理想模型中TC 的大小，但目前依然缺少機理上的解釋。

圖1 V p/f尺度Lf、Rhines 尺度Lβ 以及其比值（藍色實線）隨緯度的變化Fig.1 Inverse-f length scale Lf,Rhines scale Lβ,and their ratio as a function of latitude

此外，Wang 和Toumi[84]基于邊界層頂角動量收支提出一個預測TC 尺寸在生命周期中增長速率的模型。該模型較好地預測了觀測到的TC 尺度增長；發現主要影響TC r17 增長的因素是TC 初始尺度，TC 發展的時間長度，TC 所在緯度，以及邊界層頂入流角度。然而該模型依然存在一個自由參數-邊界層頂入流角度，且暫不能預測TC 的平衡態尺寸。

最近，Wang 等[85]提出了一個僅通過環境變量預測f-平面上平衡態TC 尺度的物理模型，可以用來解釋為什么Vp/f尺度表現較好。該模型認為，物理上，能量循環決定了TC 海表面氣壓的潛在下降幅度，風場結構決定了多大的平衡態TC 尺度可以產生對應的氣壓下降幅度。該模型中對TC 尺度的一個關鍵限制因素是補償流出層反氣旋動能耗散所需要的機械功，該過程直接引入科氏參數f對TC 尺度的影響。通過分析一系列改變科氏參數f，流出層溫度，海溫的敏感性試驗發現該模型可以定性重現Vp/f尺度。此外，該模型計算出來當前氣候條件下的TC 潛在最大尺度在2 000 km 左右，和已有觀測吻合較好（圖2）。該模型的不足是不能預測TC 尺寸增長速率。以上兩個模型的結合也許可以彌補彼此的不足。

圖2 模型（Wang 等[85]）計算的TC 最大尺度隨海溫和f -1 的變化Fig.2 The maximum TC radius change with SST and the inverse of f calculated from the model of Wang et al[85]

3 總結與展望

我們從觀測、模擬和理論三方面較為系統和簡要地回顧了TC 尺度和結構方面的相關研究及其成果。影響TC 結構和尺度的因子眾多，雖然觀測和模擬的相關研究不少，但理論方面的研究還較為缺乏，而且很多還處在探索階段，TC 尺度的理論探索是目前國際上的科學前沿。從前文的回顧可以看到之前有關TC結構和尺度的研究主要還是從TC 動力過程方面入手，而把TC 近似作為一個卡諾熱機從熱力學入手的研究較少，未來可以考慮結合TC 獨特的動力和熱力過程，明確控制TC 結構和大小的關鍵因子，揭示其中關鍵的物理過程。

衛星觀測估計全球臺風r12 的中位數約為300 km，r0 的中位數約為900 km（Chavas 等[24]）。r0 是否存在一個上限？RMW 最小能小到多少？這些都是很有挑戰性的基礎科學問題。這些問題的回答離不開我們對約束TC 大小的關鍵因子和主要物理過程的理解和認識。同時，如果把TC 看成一類特殊的旋轉對流（如Chien 等[86]），還可以探究諸如系外行星上類似TC 的更為普適意義上的旋轉對流。希望這篇簡短的回顧文章能激發更多TC 結構和尺度方面的相關研究，進一步推進我們對TC 結構和尺度的科學認識，最終提高TC 的模擬和預報能力。