非对称中性条件下轴对称热带气旋的动力学与热力学约束

热带气旋的潜在强度理论提供了对静止环境中稳态强度的合理估计。该理论依赖于对称中性假设，即绝对角动量面在边界层以上的眼墙内与饱和熵面平行。然而，现有理论无法解释这些变量在非对称中性条件下如何约束涡旋结构和最大切向风速。本研究放松了对称中性假设，推导出一个通用的最大切向风速公式，总结了非对称中性条件下涡旋结构和强度的动力学与热力学约束。证明在非对称中性条件下，保持温度不变时饱和熵相对于角动量的梯度约束了整个饱和眼墙中角动量面的曲率，从而决定了热带气旋边界层以上的平衡强度。此外，还推导了最大切向风速的非平衡贡献和摩擦贡献的广义表达式。与轴对称模拟的对比验证表明，该广义公式准确量化了快速增强期间的平衡、非平衡和摩擦贡献。尽管是诊断性的，但它为理解非对称中性条件下的热带气旋增强提供了有价值的见解：（1）在达到对称中性之前，应在保持温度固定的条件下计算饱和熵梯度以量化平衡风分量。（2）在热带气旋增强过程中，饱和熵梯度沿眼墙上升气流随高度显著增加，确认对称中性假设在快速增强期间不成立。这些发现对涡旋结构和快速增强期间对流层上层混合的影响得到了讨论。