CISK的缺陷與誤用

methk

每逢風季，總是看到一些文章寫著「CISK機制成功啟動」、「CISK運作良好」云云。CISK在1964年由Charney&Eliassen提出到1980年代初，都廣受支持及採用。可是其後已被一連串學者的研究(例如Smith 1997)質疑不能解釋TC的生成與增強。為甚麼到了今天，CISK仍然可見於一些TC教材或熱帶氣象學課程中呢？那是因為CISK清晰簡單易懂。

CISK的主要缺憾
(1)熱帶海洋的對流有效位能(CAPE)通常很小。CISK根本無法靠邊界層摩擦及埃克曼抽吸來激發持續對流
(2)CISK機制下增強率最不穗定的模態的尺度是非常小的，因此CISK機制下產生的TC是超級迷你型
(3)TC增強包括了非線性過程。CISK是一個線性理論模型，無法解釋這一點。
(4)CISK完全忽略了地面/海面水汽和熱通量往上的輸送。所以按照CISK的話，盛夏時份的中緯度大陸熱力和地形條件，理應普遍存在初生型TC。這個實際是不存在的。

用CISK來解釋TC增強又如何呢？
Craig&Gray在1996年測試過TC增強對於CISK和WISHE(簡單來說是考慮了表面通量的機制)之敏感性。結果，增加熱和水汽通量導致了明顯急速增強。相反，增大表面摩擦力卻沒有明顯分別。至少說明，TC的增強不該由CISK來解釋。WISHE是一個替代選擇。

有甚麼其他理論取代CISK?
最常見的是Ooyama在1964,1969和1982年持續研究的Cooperative Intensification機制、Emanuel在1986年發表的WISHE機制。還有當今前沿研究課題：熱塔機制。這三種機制聯合其他研究中的機制，可以解釋TC發展前的小渦形成、TC形成及增強。

所以，在此希望大家弄個明白，經過1980年代起學術界的多番爭論，CISK對於TC形成及增強的解釋已經過時。氣象愛好者應該與時並進，停止把CISK套在這些領域中。

參考文獻：
Ooyama, K. V., 1964: A dynamical model for the study of tropical cyclone development. Geophys. Int., 4, 187-198.
Ooyama, K. V., 1969: Numerical simulation of the life cycle of tropical cyclones. J. Atmos. Sci., 26, 3-40.
Ooyama, K. V., 1982: Conceptual evolution of the theory and modeling of the tropical cyclone. J. Meteor. Soc. Japan, 60, 369-380.
Emanuel, K. A., 1986: An air-sea interaction theory for tropical cyclones. Part I: Steady-state maintenance. J. Atmos. Sci., 43, 585-605.
Emanuel, K. A., 1991: The theory of hurricanes. Annu. Rev. Fluid Mech., 23, 179-196.
Craig, G. C. and S. L. Gray, 1996: CISK or WISHE as the mechanism for tropical cyclone intensification. J. Atmos. Sci., 53, 3528-3540.
Smith, R. K., 1997: On the theory of CISK. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 123, 407-418.

kitty8123

CISK理论之于热带气旋，可否视为三圈环流理论之于全球对流层大气的地位？
两者都已经过时并明显存在缺陷，但仍然见于教科书中（尤其是初学）

将臣

这文章在大陆应该属于“前沿”了，运气不好还有可能被打入“伪科学”

热塔以前略有了解，现在有两个疑问：

1、暖心机制是否属于CISK？

2、WISHE又是如何解释和验证？

methk

應該不用放在百家前沿了吧

在微弱垂直風切變下，CISK和WISHE都描述有暖心形成。但如首樓所述，熱帶海洋上空的CAPE很小，在CISK機制下持續對流和暖心其實難以形成。

簡單來說，兩者概念上的分別是：
CISK正回饋是：初始擾動=>梯度風加上摩擦=>中心輻合產生上升運動=>CAPE釋放，對流繼續往上發展，水汽潛熱釋放，暖心形成=>表面氣壓降低，梯度風增強=>...
WISHE正回饋是：初始擾動=>其環流的邊界層空氣接收表面水汽、熱、動量通量(包括摩擦)=>中心輻合有上升運動=>對流性不穩定和條件性不穩定被激發，上升運動向上發展，水汽潛熱釋放，暖心形成=>擾動和其環流增強=>邊界層接收的各種表面通量加強=>更大對流性不穩定和條件性不穩定=>...

目前1996年，Craig& Gray的計算機模擬試驗顯示，按照WISHE，增加了40%表面水汽和熱通量可讓中心氣壓降低20hPa；減少40%表面通量則讓中心氣壓升高25hPa。他們按照CISK，分別加大和減少表面摩擦拖曳40%，結果TC中心氣壓沒有明顯變化。至於真實個案分析驗證，我目前想不到有什麼文獻可以查閱......

金杯

怎么说呢，我们在实际应用中肯定考虑海温是一个非常重要的因素吧，也就是所谓“感热”，而如前所述，似乎CISK机制是只讲潜热，忽略感热的，这看起来不应是其本意，后者也不是任何一本教材、以及任何人在实际应用中所可以忽略的，不然传统教材还讲“26.5℃线”干什么呢？当然，这些“海洋表面的水汽能量”如何发挥作用，这些新提出的关于台风生成发展的机制也说的很好了。

那么为什么教材里还说CISK呢，我理解这可能是认为CISK是热带气旋的特征性机制。比方说一个TC，进入低海温区，甚至说登陆了，那么海水感热条件就直接不存在了，它显然一般来说是要减弱的，但虽说减弱，却不至于一下消失，有时候减弱的还很慢，比方说辐合辐散水汽条件很好的时候，这时候起作用的差不多可以说是CISK机制，当然BISHE可能也涵盖它了。想想看，没有人会说登陆了或者对流很差但仍存在暖心的TC就不是TC了，但是一旦变性为温带气旋了，CISK就不起重要作用了，这时候我们就会说，它确实不是TC了……

yz0330

《广东省天气预报技术手册》最新版里面对CISK的增补——CISK+AEVTA→多尺度组合理论

methk

谢谢大家热烈的讨论。WISHE当然不是完美理论，不过相对CISK来说，它除了涵盖了CISK之外，它把这个增强过程正回馈的决定性因子，从对流的本身改为表面各种物理通量的传递。WISHE也更好地描述了TC的非线性增强过程。看看3楼，在概念上，WISHE是从CISK上的修改。

目前国际主流研究认为/推测，是热塔，涡度跨尺度互动合并，加上WISHE来完成生成、增强过程。TC生成到增强，还没有一套完整学说，仍然是前沿题目，有很多发展空间呢。