眼壁置换

自然现象

眼壁置换，又称眼墙置换（英文：Eyewall replacement cycle）。会自然发生在已经出现风眼的热带气旋(Tropical cyclone,简称TC)上。自上世纪70年代由美国气象学家发现以来，各国学者对眼壁置换进行了长时间研究，并有几种解释。

形成原因

眼壁置换是TC运行过程中在辐散段(TC顶部)出现的现象。TC是一个依靠自身动力就能够长时间运行的涡旋系统。其自身动力是由水汽冷凝产生的。眼墙内水汽的量是TC能否持续运行的关键，而墙内水汽是由TC自身抽吸作用通过向下抽吸海面上空气+水汽而不断补充的。当TC移动到水汽量不足的海面或者登陆后，由于补充水汽量的不足将减弱、消散。TC抽吸力的大小是由TC自身强度确定的。即使在富含水汽的热带洋面上，由于TC抽吸力的变化，热带洋面上的水汽补充量也会发生变化。由于TC是由水汽冷凝驱动的运动系统，所以，水汽量的变化将促使气旋结构发生变化。TC是一个垂直气旋性运动系统，其主要结构是风眼和眼墙，眼墙外部是次要结构，却是TC运行必不可少的外部因素。

暖心

暖心是TC区别于其他涡旋系统的显著特点。居于眼墙内侧，是眼墙上温度最高的一片或几片区域。风眼内是由TC顶部流入的冷空气，是下沉气流；而眼墙内侧是一个近平衡态涡旋，其旋转速率较眼墙外侧小。风眼中下沉的冷空气将促成眼墙内壁水汽冷凝并释放潜热。由于近平衡态涡旋的旋速较小，冷凝潜热将在附近聚集，进而形成一个局部高温的区域。暖心的温度可以作为衡量TC强弱的一个间接指标。但这个间接指标并不是很准，或者说，暖心温度与最大风圈的风速之间并不是很严格的对应关系。

从TC眼墙的垂剖图上看，暖心是一片高温区域；但从气旋的整体结构看，暖心是居于眼墙内侧上的高温环，因此，更恰当的称谓应当是暖环。

风眼墙

（或称眼壁）包围风眼的圆筒就是风眼墙，是TC的主要结构，也是支撑气旋运行的关键动力部位。风眼墙内空气+水汽的螺旋上升运动是非常强烈的，这是TC眼墙内最基本的运动形式，不存在对流运动。从海面到TC顶部，风眼墙可分为三段：辐合段、冷凝段和辐散段。

一、辐合段从海面0—3km段，主要起输送水汽的作用。由冷凝段形成的抽吸力沿眼墙向下传递，并从旋根部外传，将外围海面上的弥散空气+水汽抽入旋体中，沿辐合段螺旋上升。

二、冷凝段 3—8km段，该段的外缘是水汽冷凝并引发外部大气对旋体做功进而获得持续动力的部位。水汽凝结或凝华是热力学过程。该过程将引发两种动力性过程，1.水汽冷凝将释放潜热，将促使冷凝区域内空气升温，进而促成局部上升气流；2.水汽冷凝将引发相变收缩，产生区域低压，这个低压将由区域外部的高压气体填充。在冷凝段外缘上，局部的水汽冷凝将产生体积收缩，引发低压。这个低压主要由外部大气填充。受科氏力作用，填充气流将向右偏转(北半球)。这些右偏气流将维持或增大冷凝局部的运动速度。这部分增速主要是维持和增大TC的旋转速度。局部水汽冷凝释放的潜热增温附近空气并促成上升气流，与旋转运动相叠加形成螺旋上升气流。这部分增速主要是增大TC眼墙中空气的上升速度，是形成TC抽吸力的根本原因。可见，冷凝段中水汽量的大与小是决定TC即时强度增量的主要因素。该段中水汽量越大则外缘上冷凝强度越大，进而TC运行强度的增量越大。

三、辐散段就是人们经常看到的卫星云图照片或视频。眼墙中，水汽在上升过程中将逐步冷凝并逐步消耗。当冷凝段中水汽消耗到不足以支撑外缘上的冷凝强度，进而不能支撑该段的运动增速时，眼墙将由此向上逐步张开，形成TC的辐散段。眼墙外侧的持续冷凝是TC运行的动力所在，眼墙内测的近平衡态涡旋也是依靠外侧动力维持的。当眼墙外侧张开时，内侧近平衡态涡旋也将随之张开。所以说，眼墙内水汽量的多少决定TC的强度，一定程度上决定(还有其他影响因素)TC高向尺度能够达到的高度。

强度达到C2及以上级别的TC一般会发生眼壁置换。眼壁置换起始于气旋由强转弱时。当TC处于强势状，抽吸力很大，被抽吸进入气旋的水汽量增大，进而中段冷凝强度也增大。这又反过来进一步提高抽吸力，这个过程是一个递进增强的过程。然而，海面上水汽的蒸发速率是恒定的。当TC较大抽吸的状态维持一段时间后，海面上空气中水汽含量将减小。而气旋的抽吸力仍很大，较多的干空气作为补充被抽吸进入眼墙。当这部分水汽含量较少的空气到达冷凝段时，将削弱该段的冷凝强度，气旋强度随之转弱并降低自身高度，相应部位眼墙将随之张开。从新眼墙张开的高度到原强势状眼的高度之间是一个已经脱离TC影响范围的涡旋。由于惯性的作用，这个涡旋将维持一段时间后自行消散。这个脱离TC‘管理’的涡旋的中空部分就是人们经常看到的所谓的‘内眼’。这个过程就是眼壁置换的过程。

形成过程

“眼壁置换”又叫“眼墙置换”，是强台风或者超强台风常有的自身结构调整的过程，通常包括以下阶段：

发生实例

2024年9月5日午后，台风“摩羯”眼区变得模糊，内眼壁减弱、外眼壁发展，“眼壁置换”在此时进行。随后“摩羯”强度加强，台风眼区逐渐变得浑圆。

9月6日早晨，“摩羯”的外眼墙包围住了内眼墙并开始收缩，进行第二轮“眼壁置换”。“摩羯”在卫星云图上“毁容”、形态变得难看。

“摩羯”的“眼壁置换”成功，相当于给自己叠了多层Buff，威力值拉满。

判定成败

失败的眼壁置换是这样的：外眼墙减弱，同时内眼扩大；失败时还有一种情况：内外眼同时减弱。

而如果内眼减弱，并并入外眼，或内眼直接减弱消亡就算是成功。

当然还有一种更奇葩的情况——眼壁置换失败之后，内侧的眼壁消失，外部眼壁却没有及时收缩到中心区，CDO被排斥在周边地区，中心无法形成新的对流，于是就留下了一个超级大风眼——如下第二幅图。

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