边界层在热带气旋的生成和发展过程中扮演了重要角色。本文利用大涡模拟数值模式模拟了一个理想热带气旋,基于每分钟一次的高频输出模拟资料,引入全息希尔伯特谱分析方法分析了热带气旋边界层重要物理量在时域和空间域的能谱,探讨了热带气旋边界层内湍流、小尺度涡旋与热带气旋较大尺度过程之间可能存在的调制关系。本文先分析了大涡模拟试验中热带气旋出现的双眼墙过程,并讨论了边界层在其中的重要作用以及边界层对其的响应。在次眼墙的形成过程中,外核区较强径向入流的内侧存在水平辐合和水汽汇合带,入流和水平辐合区的前侧出现了超梯度风,促进了深对流的发展。热带气旋边界层不同位置时域信号的全息希尔伯特谱分析结果表明,调制边界层内湍流和小尺度涡旋的重要过程包括热带气旋强度变化、涡旋罗斯贝波和涡丝化过程等。其中,切向风速的能谱在不同高度和不同位置处有较强的一致性,这是径向风速所不具备的。涡旋罗斯贝波的传播对径向风速的影响比它对切向风速的影响大。垂直上升运动的HH谱中,热带气旋强度变化的调制信号相对贡献减小,而低频调制波的作用更加明显。假相当位温的能谱结果显示,涡旋罗斯贝波的能量外传可能是导致边界层恢复的原因之一。另外,总能量的能谱比假相当位温的能谱显著,这说明总能量可以作为一个较好的反映热带气旋边界层热力学变化的变量。本文也利用全息希尔伯特谱分析方法对热带气旋外核区的物理量进行了空间域的谱分析,得到了以下结论:首先,在海平面温度恒定的理想热带气旋大涡模拟试验中,热带气旋边界层湍流和小尺度涡旋影响的空间尺度大约在5公里以内。其次,边界层外核区的能谱在次眼墙形成时刻与没有次眼墙时差别十分明显,主要体现在能量密度差别较大以及作用的波长不同这两个方面。最后,在研究热带气旋边界层空间域的能谱时,总能量在边界层中低层有更好的表现。