热带气旋是最具破坏力的天气系统之一。与内部结构、移动路径、强度变化等方面的研究相比，国内外在热带气旋发生方面的工作都比较少，进展也很缓慢。由于观测资料十分稀少，以及发生本身物理过程的复杂性，热带气旋发生的研究非常困难。至今对发生的物理过程，特别是早期发展的物理机制还很不清楚，有很多科学问题亟待解决。本文利用理论分析和数值试验、数值模拟相结合的方法，对南半球冷空气入侵的影响、非对称流的作用以及螺旋度的守恒性等几个问题进行了研究，得出了一些新的结果，主要研究内容和结论有： 采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM5，研究南半球冷空气入侵在热带气旋形成中的作用；选取不含任何扰动但提供热带气旋发生基本条件的纬向平均场为初始场，通过改变设在赤道的南边界条件，设计系列数值试验反映南半球不同强度冷空气的入侵。结果表明：南半球冷空气侵袭后，在菲律宾以东洋面上形成了热带气旋；反之，如果没有冷空气入侵，则只有扰动产生，但没有热带气旋形成。对数值试验结果的分析表明：在对流不稳定的背景场中，即使没有冷空气入侵，低层小尺度辐合引起强上升运动，产生的非绝热加热，在热带洋面上也能形成扰动。但是非绝热加热使得稳定度增加，没有低层强辐合的支持，对流不能持续，扰动不能发展成为热带气旋。南半球冷空气的入侵，一方面温度降低使得中低层层结稳定度降低；另一方面，冷空气形成向北的气压梯度，在低纬度产生南风，导致低层强辐合。稳定度因子和低层辐合的共同作用，驱动深厚的垂直环流，产生十分显著的非绝热加热，形成了暖心的热带气旋。上述研究结果一定程度上肯定了存有疑义的冷空气学说。 热带气旋主要形成于资料稀少的热带洋面上，至今还没有观测资料能够完全反映热带气旋发生的中尺度过程。资料缺乏是研究的主要障碍。计算机性能的改善和中尺度模式模拟能力的提高，为发生问题的研究提供了可能条件。可以利用中尺度模式再现热带气旋的形成过程，进而使用模式高分辨的时空输出研究形成的机制和条件。本文第三章中，选取热带气旋Bilis(2000)为个例。利用PSU/NCAR研制的非静力中尺度模式MM5，采用双向嵌套的两重可移动网格，模拟热带气旋Bilis(2000)的发生。模式很好的模拟了热带气旋Bilis(2000)从热带弱低压发展为热带风暴及台风的过程。模拟结果表明，Bilis(2000)由热带弱低压发展为台风的过程可分为三个阶段：Ⅰ、初期在低层的发展阶段；Ⅱ、缓慢乃至停滞发展，但向高层伸展的阶段；Ⅲ、再发展加强阶段。其中第Ⅰ阶段的发展是Bilis最重要的阶段，经过这一阶段的发展，Bilis达到能够自我发展的热带风暴强度。与过去一些研究结果不同的是，模拟结果表明潜热并不是Bilis(2000)第Ⅰ阶段发展的主要因子。Bilis的早期发展主要表现为非对称流在低层快速加强发展、带状垂直涡度的形成及非对称流演变为轴对称涡旋的过程。 Bilis的数值模拟结果表明非对称流的发展及轴对称化是Bilis早期发展的重要特征。热带气旋形成的早期，非对称往往十分显著。非对称是影响热带气旋强度变化的重要因子，但非对称对强度的具体影响，过去的研究结果各有不同。因此第四章中，通过理论分析和对Bilis模拟结果的计算，研究非对称流在热带气旋形成中的作用。 首先利用柱坐标下的动量方程从理论上讨论平均流(轴对称)和涡动(非对称)之间的相互作用。分析表明非对称流对轴对称涡旋的形成及强度变化有重要作用。对称流和非对称流通过涡动通量相互转换，它使得对称流增强的同时，引起非对称流减弱。进一步的分析还表明，涡动通量项不仅依赖于非对称流的强度，还取决于非对称流型或切向风扰动和径向风扰动的配置。当非对称流场为气旋式流入或反气旋式流出时，非对称动量向对称动量转换，对称涡旋加强；反之，当非对称流场为反气旋式流入或气旋式流出时，对称动量向非对称动量转换；如若切向风扰动和径向风扰动呈正交分布，即使非对称流显著，对轴对称切向流的强度也没有影响。 在上述理论分析基础上，利用热带气旋Bilis(2000)的数值模拟结果进一步分析Bilis的发生发展过程，用Bilis个例验证理论分析所得的结论。在Bilis快速发展的期间，涡动通量显著且为正，动量从非对称流向对称流转换，引起对称切向风和垂直涡度的加大，形成了轴对称涡旋；此期间一波扰动的分布为气旋式流入或反气旋式流出。而当涡动通量为负时，非对称流场为反气旋式流入或气旋式流出。另外，当切向风扰动和径向风扰动接近正交，非对称流并不弱，涡动通量很小，对称流和非对称流的相互作用很弱。 螺旋度是速度和涡度内积的体积积分。流体的螺旋度在一定的条件下是守恒量。本文借助对螺旋密度的理论分析和对台风个例的计算，研究台风中螺旋密度的三维分布特征、螺旋度的时间变化特性。研究结果表明台风中的螺旋密度主要取决于水平因子。水平因子不仅决定了螺旋密度的量级，也决定了螺旋密度的基本分布型态。台风中螺旋密度水平因子比垂直因子大100～1000倍。螺旋密度水平分量的非均匀性使得台风中螺旋密度的非均匀性十分强，不仅台风眼区的螺旋密度可为负值，眼墙及外围区的螺旋密度都可出现负值区。研究表明台风中的螺旋度可当着守恒量看待。由于螺旋度的守恒性并且螺旋密度主要取决于水平因子，流体通过调整风切变满足螺旋度的守恒性，结果产生了强水平涡管和非均匀的水平高螺旋流。台风中风垂直切变引起的水平涡度显著，并且非均匀性强。研究还表明螺旋雨带的形成与非均匀的水平螺旋流有着十分紧密的关系。