台风云系产生的辐射效应对台风的发展具有重要的影响。在台风的发展阶段，云辐射效应能够增大台风内部的对流不稳定度、促进二级环流，加快台风的发展；而在台风成熟期，云辐射效应可以增大台风的眼墙云倾斜度和内核尺寸，减小径向的涡度输送，抑制台风的发展。因此，模式对于台风云系以及相应云辐射效应的模拟准确度对台风模拟具有重要影响。
近日，我系硕士生罗恩旺（第一作者）在陈国兴青年研究员（通讯作者）的指导下，以烟花（2021）台风为例，分别使用NSA （Network-based Scale-Adaptive）云量参数化方案和模式默认的XR (Xu-Randall)云量参数化方案开展WRF模拟，评估了NSA云量方案对模式云辐射效应及台风路径和强度模拟的影响，并揭示了云垂直结构在其中的重要作用。其中，NSA云量参数化方案是陈国兴研究组基于CloudSat数据开发的一种基于神经网络的尺度自适应云量参数化方案（Chen et al., 2023；方案结构示意图见图1a）。此前，高艳红教授研究组已将该方案应用于青藏高原区域气候模拟，发现NSA方案能够显著减小模拟中长期存在的冬季地表温度冷偏差问题（Li et al., 2024）。
研究结果表明，在整个模拟阶段，NSA方案模拟的台风路径都比XR方案偏东，更接近观测结果（如图1b所示），累计路径误差为XR方案的一半。NSA方案模拟的台风强度在登陆前与XR方案差异不大，仅在登陆阶段略大于XR方案结果。两种方案在不同阶段的强度和路径差异与台风的非对称结构和阶段性演变密切相关。首先，XR方案中眼墙云云量更大，产生了更强的长波云辐射效应。这会增加大气不稳定度并增强对流活动。其次，台风东北象限更强的对流活动导致眼墙云分布更为水平，NSA方案模拟的眼墙云倾斜程度较小，长波云辐射效应的水平加热梯度更大，这有助于增强次级环流和低层水汽输送。在登陆前阶段，东北象限的不稳定度增强效应和次级环流增强效应相互抵消，使得西南象限的不稳定度增强效应在台风路径变化中占主导作用。该效应增大了XR方案在台风西部的对流和潜热释放，从而使台风路径向西偏移。在登陆阶段，台风整体云量减少，云辐射加热效应有所减弱，西南象限的不稳定度效应不及东北象限的次级环流效应。该效应增大了NSA方案中台风东部的对流和潜热释放，从而使台风路径向东偏移。
该研究成果以Effects of cloud vertical structure on the development of tropical cyclones: A case study based on In-Fa (2021) （Luo et al., 2025）为题发表在Atmospheric Research期刊上。
图1. (a) NSA云量参数化方案神经网络结构示意图；(b) 使用NSA（红色）和XR（蓝色）云量方案模拟的台风路径与观测结果（黑色）的对比。
论文信息：
Luo, E., G. Chen, W.-C. Wang, J. Feng, and Y. Gao, 2025: Effects of cloud vertical structure on the development of tropical cyclones: A case study based on In-Fa (2021). Atmospheric Research, 315, 107904, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107904.
相关文献：
Chen, G., W.-C. Wang, S. Yang, Y. Wang, F. Zhang, and K. Wu, 2023: A neural network‐based scale‐adaptive cloud‐fraction scheme for GCMs. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15, e2022MS003415, https://doi.org/10.1029/2022MS003415.
Li, Y., Y. Gao, G. Chen, G. Wang, and M. Zhang, 2024: Decomposition and reduction of WRF-modeled wintertime cold biases over the Tibetan Plateau. Clim Dyn, 62, 4189–4203, https://doi.org/10.1007/s00382-024-07126-0.
