在过去的三十年中，数值模式对台风路径预报的能力有了极大的提高，但是对台风强度的预报技巧仍然十分有限。除了大尺度的环境因子以外，造成台风强度和结构的变化的因子主要包括台风内部动力过程和海-气相互作用。正确的描述台风内部多尺度的动力学过程以及台风与海洋的相互作用，是提高数值模式对台风强度预报技巧的重要途径。　　同心眼墙替换(concentric eyewall replacement)是影响台风强度变化的一种重要的过程。在该过程中台风涡旋与其内部多尺度非对称结构（如内螺旋雨带和外螺旋雨带）之间复杂的相互作用。利用高分辨率、完全物理过程的中尺度数值模式，以一个理想台风涡旋为初始条件，进行数值试验模拟并研究了台风双眼墙的形成问题。在分析台风双眼墙形成假说——beta边区轴对称化(betaskirt axisymmetrization，BSA)的基础上，并着重分析了涡旋罗斯贝波(vortexRossby waves，VRWs)在双眼墙形成中的作用。在双眼墙形成的前期，台风内核区外部的对流组织成一条外螺旋雨带。外螺旋雨带中伴随对流细胞(convectivecell)的垂直上升气流通过涡管倾斜作用，产生一系列的PV偶极子，这些PV偶极子沿着螺旋雨带向内移动，最终在beta边区被轴对称化。在双眼墙形成以前，模拟台风出现一个快速增强阶段，期间台风内核区的非对称结构以涡旋热塔(vortical hot towers，VHTs)以及离散和切变涡旋罗斯贝波(discrete and shearedVRWs)为主。切变涡旋罗斯贝波不断地从眼墙向外传播，并且在其凝滞半径(stagnant radius)处产生一个一定强度的次级环流。在凝滞半径处的平均切向风速也有增加，主要归因于两种过程:(1)与次级环流相伴随的底层辐合和(2)波-流相互作用，利用角动量收支计算验证了这两种过程的作用。伴随平均切向风速的增加，平均涡度径向梯度在凝滞半径处也随之加强，使得beta边区径向向外拓延。所以，VRW凝滞半径机制和BSA机制在台风双眼墙形成的过程中可以相互合作，即前者有助于建立一个广阔的beta边区，而在此基础上后者开始作用。在双眼墙形成的前期，台风要经历一个强度快速增强的过程。　　为研究海-气相互作用对台风强度变化的影响，本文在地球系统模拟框架(Earth System Modeling System，ESMF)下建立开发了一个高分辨率、区域海-气耦合台风模拟系统。该区域海-气耦合台风模拟系统中大气模式和海洋模式分别选取WRF(Weather Research and Forecasting Model)和HYCOM(HYbridCoordinate Ocean Model)，并简称为WRF-HYCOM。海-气耦合系统的耦合机制基于在海-气界面上动量、热量和质量守恒原理。该台风模拟系统具有以下优点:(1)海-气界面上动量和热焓交换系数的参数化方案与近期台风风力环境下外场观测试验的直接测量结果相符合;(2) WRF模式中的移动网格能够在保证模拟台风内核区域得到高分辨率解析度的同时又能有效地节省计算资源;(3)HYCOM中提供了多种不同的混合层参数化模型，为估计海洋混合层参数化方案的不确定性提供了参照基础;(4)通过连续方程的约束，HYCOM的混合垂直坐标可以根据不同模拟区域海水的特性动态地选择不同的垂直坐标以达到最优的效果;(5) HYCOM还具有高分辨率的资料同化系统，为涡动分辨尺度(eddy-resolving)的海洋模拟提供了真实的初边条件。　　Rita是2005年发生在墨西哥湾中部并达到五级Saffir-Simpson强度的飓风，其在进入和离开Loop Current暖性海水的过程中强度迅速增强至最大后突然减弱，暗示着飓风Rita(2005)和墨西哥湾中尺度海洋涡动发生了强烈的海-气相互作用过程。利用开发的WRF-HYCOM系统，进行了一系列的数值实验，用以研究海-气耦合和大气模式水平分辨率对飓风Rita(2005)强度预报的影响。结果发现，在非耦合试验中，由于模式中不包含台风引起的海表面温度降低，模拟的飓风出现持续加强;在耦合试验中，模拟台风达到最大强度后减弱，与实际观测相符。另外，若要模拟出飓风Rita的迅速加强和随后的减弱过程，只有在耦合海洋模式的同时把大气模式的分辨率提高到1-km左右。所以，要准确地预测台风强度的变化一个高分辨、海-气耦合系统非常必要。　　利用WRF-HYCOM系统对飓风Rita(2005)高分辨率、海-气耦合的数值模拟结果，进一步分析了Rita(2005)与墨西哥湾中尺度海洋涡动发生的海-气相互作用过程及其对Rita强度的影响。系统模拟的由于飓风造成的最大海表面温度降低的范围和量值与观测基本一致。最大海表面温度降低的分布取决于墨西哥湾中部中尺度冷、暖海洋涡动对飓风强迫的不同响应。飓风表面风应力与海洋涡动的地转涡度之间的相互作用通过激发海洋边界层底部的垂直运动（上涌和下沉）能够进一步改变上层海洋垂直温度结构（变冷和增暖）。当模拟的飓风Rita进入Loop Current和暖心涡动之间的冷性海域，表面风场强迫引起大范围的海表面温度降低使得表面潜热通量相比在Loop Current暖性海域幅度最大减少到达20-30％。表面潜热通量的不断减少使得模拟飓风在移出Loop Current后强度持续减弱。另外，耦合模拟系统较好的模拟出飓风强度持续减弱时切向平均结构（垂直运动速度和切向风速）的变化以及同心眼墙替换过程。