眼壁置換

眼壁置換，又稱眼牆置換（英文：Eyewall replacement cycle）。 會自然發生在已經出現風眼的熱帶氣旋(Tropical cyclone,簡稱TC)上。自上世紀70年代由美國氣象學家發現以來，各國學者對眼壁置換進行了長時間研究，並有幾種解釋。

基本介紹

• 中文名：眼壁置換
• 外文名：Eyewall replacement cycle

形成原因

眼壁置換是TC運行過程中在輻散段(TC頂部)出現的現象。TC是一個依靠自身動力就能夠長時間運行的渦旋系統。其自身動力是由水汽冷凝產生的。眼牆內水汽的量是TC能否持續運行的關鍵，而牆內水汽是由TC自身抽吸作用通過向下抽吸海面上空氣+水汽而不斷補充的。當TC移動到水汽量不足的海面或者登入後，由於補充水汽量的不足將減弱、消散。TC抽吸力的大小是由TC自身強度確定的。即使在富含水汽的熱帶洋面上，由於TC抽吸力的變化，熱帶洋面上的水汽補充量也會發生變化。由於TC是由水汽冷凝驅動的運動系統，所以，水汽量的變化將促使氣旋結構發生變化。TC是一個垂直氣旋性運動系統，其主要結構是風眼和眼牆，眼牆外部是次要結構，卻是TC運行必不可少的外部因素。

暖心

暖心是TC區別於其他渦旋系統的顯著特點。居於眼牆內側，是眼牆上溫度最高的一片或幾片區域。風眼內是由TC頂部流入的冷空氣，是下沉氣流；而眼牆內測是一個近平衡態渦旋，其旋轉速率較眼牆外側小。風眼中下沉的冷空氣將促成眼牆內壁水汽冷凝並釋放潛熱。由於近平衡態渦旋的旋速較小，冷凝潛熱將在附近聚集，進而形成一個局部高溫的區域。暖心的溫度可以作為衡量TC強弱的一個間接指標。但這個間接指標並不是很準，或者說，暖心溫度與最大風圈的風速之間並不是很嚴格的對應關係。

從TC眼牆的垂剖圖上看，暖心是一片高溫區域；但從氣旋的整體結構看，暖心是居於眼牆內側上的高溫環，因此，更恰當的稱謂應當是暖環。

風眼牆

（或稱眼壁）

眼壁置換過的1909號颱風

包圍風眼的圓筒就是風眼牆，是TC的主要結構，也是支撐氣旋運行的關鍵動力部位。風眼牆內空氣+水汽的螺旋上升運動是非常強烈的，這是TC眼牆內最基本的運動形式，不存在對流運動。從海面到TC頂部，風眼牆可分為三段：輻合段、冷凝段和輻散段。

一、輻合段 從海面0—3km段，主要起輸送水汽的作用。由冷凝段形成的抽吸力沿眼牆向下傳遞，並從旋根部外傳，將外圍海面上的彌散空氣+水汽抽入旋體中，沿輻合段螺旋上升。

上圖颱風眼區放大圖。

二、冷凝段 3—8km段，該段的外緣是水汽冷凝並引發外部大氣對旋體做功進而獲得持續動力的部位。水汽凝結或凝華是熱力學過程。該過程將引發兩種動力性過程，1.水汽冷凝將釋放潛熱，將促使冷凝區域內空氣升溫，進而促成局部上升氣流；2.水汽冷凝將引發相變收縮，產生區域低壓，這個低壓將由區域外部的高壓氣體填充。在冷凝段外緣上，局部的水汽冷凝將產生體積收縮，引發低壓。這個低壓主要由外部大氣填充。受科氏力作用，填充氣流將向右偏轉(北半球)。這些右偏氣流將維持或增大冷凝局部的運動速度。這部分增速主要是維持和增大TC的旋轉速度。局部水汽冷凝釋放的潛熱增溫附近空氣並促成上升氣流，與旋轉運動相疊加形成螺旋上升氣流。這部分增速主要是增大TC眼牆中空氣的上升速度，是形成TC抽吸力的根本原因。可見，冷凝段中水汽量的大與小是決定TC即時強度增量的主要因素。該段中水汽量越大則外緣上冷凝強度越大，進而TC運行強度的增量越大。

三、輻散段 就是人們經常看到的衛星雲圖照片或視頻。眼牆中，水汽在上升過程中將逐步冷凝並逐步消耗。當冷凝段中水汽消耗到不足以支撐外緣上的冷凝強度，進而不能支撐該段的運動增速時，眼牆將由此向上逐步張開，形成TC的輻散段。眼牆外側的持續冷凝是TC運行的動力所在，眼牆內測的近平衡態渦旋也是依靠外側動力維持的。當眼牆外側張開時，內側近平衡態渦旋也將隨之張開。所以說，眼牆內水汽量的多少決定TC的強度，一定程度上決定(還有其他影響因素)TC高向尺度能夠達到的高度。

強度達到C2及以上級別的TC一般會發生眼壁置換。眼壁置換起始於氣旋由強轉弱時。當TC處於強勢狀，抽吸力很大，被抽吸進入氣旋的水汽量增大，進而中段冷凝強度也增大。這又反過來進一步提高抽吸力，這個過程是一個遞進增強的過程。然而，海面上水汽的蒸發速率是恆定的。當TC較大抽吸的狀態維持一段時間後，海面上空氣中水汽含量將減小。而氣旋的抽吸力仍很大，較多的乾空氣作為補充被抽吸進入眼牆。當這部分水汽含量較少的空氣到達冷凝段時，將削弱該段的冷凝強度，氣旋強度隨之轉弱並降低自身高度，相應部位眼牆將隨之張開。從新眼牆張開的高度到原強勢狀眼的高度之間是一個已經脫離TC影響範圍的渦旋。由於慣性的作用，這個渦旋將維持一段時間後自行消散。這個脫離TC‘管理’的渦旋的中空部分就是人們經常看到的所謂的‘內眼’。這個過程就是眼壁置換的過程。

2013年的颱風蘇力，其眼區發生了眼壁置換。

判定成敗

失敗的眼壁置換是這樣的：外眼牆減弱，同時內眼擴大；失敗時還有一種情況：內外眼同時減弱。

這是個置換失敗的颱風。

而如果內眼減弱，並併入外眼，或內眼直接減弱消亡就算是成功。

當然還有一種更奇葩的情況——眼壁置換失敗之後，內側的眼壁消失，外部眼壁卻沒有及時收縮到中心區，CDO被排斥在周邊地區，中心無法形成新的對流，於是就留下了一個超級大風眼——如下第二幅圖。

超級大風眼。