狂掃 327 億，超強(qiáng)臺風(fēng)“摩羯”為啥這么狂暴？全靠眼壁置換

圖蟲創(chuàng)意

2024年第11號超強(qiáng)臺風(fēng)“摩羯”，在經(jīng)歷兩次“眼壁置換”后，于9月6日14時20分左右猛烈登陸海南省文昌市，登陸時中心風(fēng)力超17級，創(chuàng)下了自1949年以來登陸我國秋臺風(fēng)的最強(qiáng)紀(jì)錄。

這一事件讓“眼壁置換”迅速成為熱門話題，引發(fā)了公眾的好奇。

那么，“眼壁置換”究竟是什么呢？解答這個問題前，我們需要先了解臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)是什么樣的。

臺風(fēng)，是大氣對流層中空氣圍繞中心軸高速旋轉(zhuǎn)形成的巨大渦旋。一個成熟的臺風(fēng)由三部分構(gòu)成：寧靜的臺風(fēng)眼、環(huán)繞其外的眼壁（又稱之為眼墻），以及外圍的螺旋雨帶。

在臺風(fēng)內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)氣流受到向內(nèi)的氣壓梯度力、科里奧利力和向外的離心力的共同作用，平均來看，當(dāng)近中心風(fēng)速達(dá)到約119公里/小時時，三者達(dá)到平衡，氣流便不再向臺風(fēng)中心流入，而是在距中心約16-32公里處輻合上升。

隨著潮濕空氣的急劇上升，水汽凝結(jié)成云，引發(fā)降雨并釋放大量潛熱，這些潛熱反過來增強(qiáng)了旋轉(zhuǎn)與上升氣流，最終形成了可達(dá)對流層頂?shù)姆e雨云墻，即臺風(fēng)的眼壁。

在眼壁以內(nèi)的區(qū)域，海表面的空氣被吸入眼壁中，因此在眼壁上端流出的空氣會下沉至臺風(fēng)中心，補(bǔ)償?shù)蛯涌諝獾奶潛p。

這樣的下沉運(yùn)動抑制了云的形成，在臺風(fēng)中心出現(xiàn)了一片晴朗無云的區(qū)域，也就是臺風(fēng)眼。

眼壁的厚度可達(dá)幾公里至幾十公里不等，與風(fēng)平浪靜的臺風(fēng)眼不同，眼壁是臺風(fēng)中最危險、破壞力最強(qiáng)的地帶，風(fēng)速與降雨均達(dá)頂峰，眼壁中近地面最強(qiáng)風(fēng)速是衡量臺風(fēng)強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)。

臺風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)伴隨著臺風(fēng)眼直徑的減小，這類似于滑冰運(yùn)動員收緊雙臂后旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)。臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，眼壁內(nèi)緣越光滑、形態(tài)越對稱，云體越濃密。

而當(dāng)臺風(fēng)眼不斷收縮、臺風(fēng)達(dá)到某一強(qiáng)度后，圍繞著眼壁四周，新的眼壁開始有序發(fā)展，呈現(xiàn)出“大眼套小眼”的“同心眼”的景象。

然而，外側(cè)新眼壁的形成會剝奪舊眼壁所需的水汽、空氣質(zhì)量等，最終促使舊眼壁瓦解，新眼壁取而代之，形成一個更為寬廣、空曠的臺風(fēng)眼。此后，新眼壁繼續(xù)內(nèi)縮，標(biāo)志著一次眼壁置換的圓滿結(jié)束。

簡單來說，“眼壁置換”是強(qiáng)臺風(fēng)或超強(qiáng)臺風(fēng)常有的自身結(jié)構(gòu)調(diào)整過程。

眼壁置換期間，風(fēng)力經(jīng)歷了增強(qiáng)、減弱再增強(qiáng)的三部曲。在眼墻替換期間，雖然臺風(fēng)強(qiáng)度減弱但影響并不一定會減小。雖然強(qiáng)度減弱了，但整體風(fēng)場覆蓋范圍增大，臺風(fēng)的平均動能會增強(qiáng)。這意味著風(fēng)暴可以覆蓋更多的海洋，并以猛烈的風(fēng)暴潮的形式將更多的水推向內(nèi)陸，帶來更嚴(yán)重的風(fēng)雨影響。

眼壁替換周期可能需要12至18小時，也可能長達(dá)2至3天才能完成，并且一個臺風(fēng)可能會發(fā)生多次“眼壁置換”。

若眼壁置換未能順利進(jìn)行，臺風(fēng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將難以得到有效重構(gòu)，這不僅會阻礙其強(qiáng)度的進(jìn)一步提升，反而可能因內(nèi)部系統(tǒng)的紊亂而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

例如2023年超強(qiáng)臺風(fēng)“杜蘇芮”在登陸福建前的最后一刻發(fā)生眼壁置換，但以失敗告終，從而降低了其登陸時的強(qiáng)度。

此外，眼壁置換的失敗還可能影響臺風(fēng)的移動路徑和速度，這無疑為臺風(fēng)的預(yù)測與防御工作增添了更大的挑戰(zhàn)與不確定性

回顧臺風(fēng)“摩羯”，它在副熱帶高壓南部氣流的引導(dǎo)下，持續(xù)向西偏北行進(jìn)，較低緯度上較高的科里奧利力有助于促進(jìn)它旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)。同時，今年我國南海海溫持續(xù)偏高，廣闊而溫暖的海水為“摩羯”提供了非常有利的增強(qiáng)條件。

自身體態(tài)龐大的“摩羯”分別在9月5日和6日早晨完成了兩次眼壁置換。

第一次眼壁置換后，“摩羯”一舉躍升至17級以上的頂級強(qiáng)臺風(fēng)行列，成為2024年迄今為止的全球風(fēng)王。

第二次眼壁置換發(fā)生在近海區(qū)域，且維持了較長時間的“雙眼狀態(tài)”，進(jìn)一步擴(kuò)大了其風(fēng)雨影響范圍，為登陸前的防御工作帶來了前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

登陸時，得益于登陸地低平的地勢和南海水汽的持續(xù)補(bǔ)給，“摩羯”在登陸后一小時內(nèi)仍保持著超強(qiáng)臺風(fēng)的強(qiáng)度，并維持這一強(qiáng)度長達(dá)64小時之久。

盡管“摩羯”登陸強(qiáng)度不及2014年超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”，但在影響華南地區(qū)期間始終維持超強(qiáng)臺風(fēng)登記，大風(fēng)災(zāi)害尤其嚴(yán)重，12級及以上大風(fēng)的影響范圍和持續(xù)時間均超過“威馬遜”，造成了極其嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失。

9月是一年中臺風(fēng)平均強(qiáng)度最強(qiáng)的月份，加之全球變暖趨勢的加劇、海洋溫度的升高，秋臺風(fēng)中強(qiáng)臺風(fēng)乃至極端臺風(fēng)事件的發(fā)生頻率正逐步上升。

沿海地區(qū)作為臺風(fēng)災(zāi)害的直接受災(zāi)區(qū)，正面臨著日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，加強(qiáng)公眾對臺風(fēng)知識的普及教育，提升沿海地區(qū)的防臺減災(zāi)能力和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，已成為我們當(dāng)前亟待解決的重要課題。只有這樣，我們才能更好地應(yīng)對未來可能遭遇的極端天氣挑戰(zhàn)。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者：陳可鑫

審核：戴云偉 中國氣象局 高級工程師

出品：中國科協(xié)科普部

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