标题：台风眼
基本简介
台风眼图片集萃(17张)热带气旋（台风 typhoon）是发生在热带海洋上的强烈天气系统，它象在流动江河中前进的涡旋一样，一边绕自己的中心急速旋转，一边随周围大气向前移动。像温带气旋一样，在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆时针方向旋转，在南半球则相反。愈靠近热带气旋中心，气压愈低，风力愈大。但发展强烈的热带气旋，如台风，其中心却是一片风平浪静的晴空区，即台风眼。台风是范围很大的一团旋转的空气，中心气压很低，四周围的空气绕着它的中心以反时针方向快速地旋转。低层空气边旋转边向低压中心流动，空气流动速度越快，风速也越大。    台风眼是确定台风登陆点的关键。台风登陆后通常需要过一到两个小时才能做出判断，需要将各项数据传回气象部门，对其高峰和低峰值进行分析后，才能确定台风是否已登陆。台风在移动，台风眼的位置也在变化。
眼区分类
封闭眼区封闭眼区是外围眼壁为单层结构且间断角度小于90°的眼区。结合外围眼壁
的情况，  台风眼封闭眼区可进一步分为圆形眼、类圆眼及多边形眼三个子类。圆形眼区圆形眼区呈圆形，眼壁边缘光滑，无明显的直线或折角部分。该类眼区出现时，其外围眼壁可呈对称环形、逗点状等多种形态。分析发现，该结构存续时间多大于12h，是一种较稳定结构。类圆眼区类圆眼区呈椭圆形或卵形，眼壁边缘较为光滑，无明显的直线或折角部分。本研究中，类圆眼区形态的存在时间一般小于8h。该结构稳定性较差，多数情况下作为一种过渡形态出现。多边形眼区  台风眼　　多边形眼区形态不规则，眼壁边缘粗糙，存在折角和直线部分。红外与可见光云图中，多边形眼区内部可出现明显的对流区域，眼壁边缘有时呈锯齿状；部分眼区上空有卷云覆盖，须借助微波遥感资料识别。开放眼区开放眼区是外围眼壁为单层结构、间断角度大于90°但小于180°的眼区。开放眼区出现时，台风结构组织性较差，强度一般较弱。在红外与可见光云图中，部分个例有明显的云卷风眼(Banding Eye)形成，眼区附近有螺旋云带旋卷，但其外围没有厚实且有组织的眼壁，有时环流旋卷可达一圈以上。同心眼区同心眼区是外围眼壁为双层或多层同心嵌套结构、单层眼壁间断角度小于180°且不存在两层或多
层间断角度同时大于90°情况的眼区。在红外与可见光云图中，同心眼区出现时台风多具有高度对称性特征，眼壁间区域往往也是天气相对平静的区域。
主要特征
  台风眼　　发展成熟的热带气旋（达到热带风暴级以上强度），在深厚云区的中间，往往存在一个直径为几十公里，近似圆形的晴空少云区，称为眼区。在卫星云图上，眼区表现为密蔽云区中心附近的一个大黑点。眼区外围的一圈环状的云区称为云墙或眼壁。
眼区通常呈圆形，也有椭圆形或不规则的形状，当热带气旋发展初期，眼区形状一般不规则，范围也较大；而热带气旋强烈发展时，眼区范围缩小呈圆形，并呈轴对称分布。
眼区基本上是晴空少云区，只在低层有少量层积云。眼区中心的气压最低，风速也很小，为微风或静风。而眼壁附近，风速急剧增大，达到极大值。      在台风眼中，常出现许多鸟群。这些被台风气流吹到台风眼区的无数海鸟找到了“避风港”，有时随着台风的移动而飞到很远的地方。 　　
台风眼持续时间并不会太长，约一两个小时，平静会渐渐被狂暴再次取代。而且，片刻停歇所造成的错觉，会让你感到，重装上阵的台风，那气势更猛更烈更狂暴绝伦，犹如上古巨兽正倾尽全力，咆哮着要毁灭天地万物。
主要成因
  台风眼　　由于高分辨率数据的缺乏，本研究确定的多边形眼区个例数目十分有限，以此支撑可信的统计分析显得过于勉强。作者对MODIS等高分辨率资料的分析表明，多边形眼区独特的形态往往与其内部的中尺度涡旋混合过程相联系。关于多边形眼区的成因，Schubert(1999)等人已通过数值模式给出了较为完整动力学的解释。他们认为多边形眼区的出现为其内部的中尺度涡旋混合引起的非均匀态的产物，当台风内部涡旋的非线性不稳定达到一定阈值范围时，眼壁内缘会形成数个涡度高值区，这些高值区对眼壁的扭曲效应往往会造成折角出现，从而使得眼区形态呈多边形。
随后Kossin与Schubert(2001)利用数值模拟进一步研究了多边形眼区中的中尺度涡旋的组织演变，并将中尺度涡旋同飓风中心气压的迅速下降相联系，其结果在2003年对飓风Isabel的观测中得到了证实。近年来，除飓风Isabel(2003)与Rita(2005)外，涉及多边形眼区的研究数量比较有限，这可能与该类眼区在遥感观测中不易发现有一定关系。
台风眼之发生，系由于台风内之风是反时针方向吹动，使中心空气发生旋转，而旋转时所发生之离心力，与向中心旋转吹入之风力互相平衡抵消而成，因此形成台风中心数十公里范围内的无风现象，而且因为有空气下沉增温现象，导致云消雨散而成为台风眼。
台风眼为中心气压最低之处，其形状大部分呈圆形、椭圆形、卵形、开口眼和多边形等五种，其平均直径约为45公里左右，最小的为 10－20公里，大的可达100－150公里，即使是同一台风，于不同时刻，其眼的直径也不同，在大多数情况下，台风眼的大小有随台风的增强而逐渐缩小的趋势。在此区域内无狂风亦无暴雨，天上仅有薄云，能见天日或星斗。当台风眼通过某地时，常被误认为台风已过去，实则此时系在台风眼内，约二、三十分钟后，狂风暴雨又会再度出现，台风眼经过前与经过后之风向恰恰相反，此可由图三台风模式图中 明显看出。台风的暴风范围相当大，其半径约有三、四百公里；由于气象雷达无法看到它的全貌，仅凭文字说明也不易描述详尽，虽然现在气象卫星可以在高空观测，显示出整个台风中上层的形状，但却无法看到内部详细的情况。现在我们分别从各方面说明，综合起来也许可以有一个概略的印象。在天气图上，我们仅能用密集的圆形等压线来表示台风的位置和暴风范围；从气象卫星所拍摄的照片可以看出台风中上层大致呈圆形并含螺旋状旋转着的云，在北半球是以反时钟方向旋转，在南半球则是顺时钟方向旋转，而在中央部位有时可以明显的看出无云的台风眼，云的旋转情形可以代表风的吹向。在台风内部，由气象侦察飞机从各种不同的高度，不同之方向，实际飞进台风内部观测的结果，可知台风大致为一半径甚大的云柱，其高度曾观测到有一万八千余公尺之高。在这围绕庞大的云柱中心部分是无云或云层很薄，而且没有风雨现象，这就是台风眼。从台风眼向外，刚离开台风眼处，即是云层最浓厚而风雨亦最大之处，渐向外则云层渐高也渐薄，风雨也渐弱。在地面上，当有一台风逐渐接近，并且台风眼恰巧经过，然后台风渐渐离去时，我们也可以大致感觉到上述的情况。 
（一）西北太平洋热带气旋眼生成的大尺度特征利用UW/CIMSS 的AODT 资料和TRMM 等卫星反演的每日海温资料，对西北太平洋2003-2005年热带气旋出眼规律及出眼条件进行了分析，结果发现2003-2005年西北太平洋这40个TC绝大多数（90%）是在它们的加强阶段开始出眼，只有4个TC是在成熟期才开始成眼；近92.5%的TC发展到台风以上级别才开始出眼，也有一小部分的TC在它们的强热带风暴阶段出眼；TC出眼的时间存在日变化，晚上出眼的TC远少于白天出眼的TC。有80%的TC出眼时海温在28度以上，62.5%的TC出眼时海温高于28.5度。用NCEP/FNL资料算垂直风切变，发现65%的TC出眼时的垂直风切变是在6m/s以下，只有4个TC出眼时垂直风切变超过了10m/s，05年的TC出眼时垂直风切变比03年和04年的都偏小。 
（二）大尺度环境场对Leo(1999)台风眼形成的影响用卫星反演的每日海温资料及NCEP再分析资料分析Leo(1999)台风在成眼过程中的天气特征，发现Leo在成眼期间海温不低于29摄氏度，成眼前垂直风切变较低，不超过5米/秒，成眼时垂直风切变为7.45米/秒，也就是说较高海温和较弱垂直风切变是非常有利于台风眼的形成；同时本文还用卫星反演的降水率资料、地球同步卫星GMS5红外1通道观测的云顶亮温数据算得的最大亮温距平绝对值，通过分析降水率、最大亮温距平绝对值随时间的变化来看Leo成眼期间对流发展状况,发现在Leo台风成眼期间存在对流的爆发。 
（三）高分辨率数值模拟研究用MM5模式针对LEO(1999)台风眼的生成过程进行了高分辨率的数值模拟分析，成功模拟出了LEO 眼形成过程，发现眼区内的低层有明显的逆温层。LEO眼区内逆温层上的空气在眼墙闭合前就被包裹入环流中心，并且暖心和涡旋中心不重合，此时LEO暖心主要是由于潜热释放引起的，随着暖心和涡旋中心的重合过程，暖心开始位于涡旋中心，这时暖心主要是由于空气下沉干绝热过程造成的，TC眼内下沉空气与眼周围附近的对流云的对流爆发关系密切。
影响天气
  台风眼台风眼区外的空气，向低压中心旋进，它们挟带着大量的水蒸气，由于不易进入眼区，而在其外围上升，形成大片灰黑色臃肿高耸的云层，下着倾盆般的暴雨。而台风眼区内出现了下沉气流，因而云消雨散，夜间还能看到闪烁的星星。正如今年第5号台风威马逊的卫星图像所表现的那样，由于台风眼中一般是晴到少云天气，因而在卫星云图上呈黑色小圆点状。但台风眼移过后，天气将重新变得极为恶劣。 
台风眼内虽是好天气，但海上的浪潮却非常汹涌。这是因为台风中心的气压，和它四周比起来降得特别低的缘故。因此在台风中心登陆的地方，往往引起很高的浪潮，造成很大的损害。
国际上以其中心附近的最大风力来确定强度并进行分类：12级以上的通称为台风；10-11级的是强热带风暴；8-9级的是热带风暴；小于8级的是热带低压。
多种形态
  台风眼监测图对卫星遥感资料的分析表明，大多数台风的眼区会出现多种形态交替出现的现象；同时，各形态间的交替往往与台风的发展变化有良好的关联性。以2007年台风圣帕(Sepat)为例，该台风于格林尼治时间(下同)2007年8月11日06时在北马里亚纳群岛(Northern Mariana Islands)以西洋面生成，随后逐渐向菲律宾群岛移动，12日06时的微波图像显示为此时眼区为开放形态，中心附近最大风速为19m/s（JTWC-BT，下同）。缓慢发展42h后，台风眼区形态转变为圆形，中心附近最大风速达到42m/s。随后圣帕经历了一个迅速增强的过程，16日06时眼区出现同心结构，此时中心附近最大风速已达到73m/s。此后的17小时中，圣帕的眼区形态逐渐转化为圆形，该过程中其移动方向由西向转为西北向，中心附近最大风速结束增强过程并维持在76m/s附近。台风在台湾岛登陆后，其强度逐渐下降，至19日00时已为无眼状态，中心附近最大风速同时降至30m/s。
一般而言，当热带气旋强度较高时，眼区无云或少云覆盖，眼区形态以圆形为主，外围的眼壁高度发展、结构对称；强度较弱时，眼区界限模糊，可能被高而厚的对流云盖遮蔽，云盖下的眼区往往呈多边形；对于更弱或消散中的台风，眼区多因眼壁结构不完整而呈现开放的状态；而无眼区特征通常则意味着气旋形成不久或即将消失，强度十分有限。而由于维持时间相对有限，类圆形和同心结构被视作过渡性的眼区形态，其出现多与明显的强度、路径等变化相联系。
Chen(1986)曾对1949至1983年间西北太平洋发生的1268个台风和热带气旋进行统计，指出其中的76例有同心双眼结构出现，占样本总数的6.0%，平均每年同心双眼台风出现2.2个。该结果与Willoughby等人(1982)利用飞机探测资料得出结果存在较大出入，而后者研究受到资料来源的限制，时间跨度仅为三年，显然存在相当的不确定性。同心双眼台风出现频数最高的区域为琉球群岛西南洋面，其他两处高频数区域分别位于马里亚纳群岛西侧和小笠原群岛附近。其中，琉球群岛西南存在广阔的高温洋面，途经此区域的台风往往获得迅速加强；另两处为典型的热带高温洋面，同时也是经常发生台风转向事件的区域。时间分布上，具有同心结构眼区的台风个例多发生于8月至10月间，占该类台风的62.2%；该时间范围内的资料中，观测到同心结构的次数在全部次数中比例也达到47.7%。8月至10月间，同心结构出现的区域集中于17°N~28°N、120°E~140°E洋面，而其它月份双眼结构的出现区域则明显偏南。
从以上的时空分布特征可以看出，较高的海温及台风强度，与同心结构眼区的出现有良好的关联性。此外，作者还尝试对一些可能的相关因子进行初步筛选，但该工作仍存在相当的困难。在预报方面，Kossin与Sitkowski(2009)曾以海水26℃等深线深度、中心附近200hPa纬向风、850hPa切向风等作为次级眼壁形成事件的预报因子，在此基础上提出的经验模型取得了较好的效果。在动力学解释方面，Rozoff等人(2008)从径向惯性稳定度分布以及绝热加热变化的角度进行了探讨，但承认对相关机制的解释仍尚有待完善。
眼区替代循环过程在分析中同样有所体现，研究涉及的时间范围内共有12例台风出现过2次同心双眼结构，其中0416号台风Chaba出现了3次同心双眼结构，但没有台风出现三层或更多同心眼壁的情况。从分析结果看，同心结构眼区的持续时间一般在15小时以下，多在8~10小时左右，眼壁在向内收缩过程中容易发生间断。Houze等人（2007）对飓风的眼区替代循环过程进行了详细介绍，并强调了其对飓风强度变化过程中的作用；在对西北太平洋台风的研究中，作者也注意到类似的情况。眼区替代循环过程中，同心结构眼区的出现往往标志着一个增强周期接近完结，随着内眼壁逐渐消失，台风整体强度多会逐渐减弱；但如果眼壁继续收缩，台风仍有增强的可能，甚至再次出现同心结构眼区。
由于高分辨率数据的缺乏，本研究确定的多边形眼区个例数目十分有限，以此支撑可信的统计分析显得过于勉强。作者对MODIS等高分辨率资料的分析表明，多边形眼区独特的形态往往与其内部的中尺度涡旋混合过程相联系。关于多边形眼区的成因，Schubert(1999)等人已通过数值模式给出了较为完整动力学的解释。他们认为多边形眼区的出现为其内部的中尺度涡旋混合引起的非均匀态的产物，当台风内部涡旋的非线性不稳定达到一定阈值范围时，眼壁内缘会形成数个涡度高值区，这些高值区对眼壁的扭曲效应往往会造成折角出现，从而使得眼区形态呈多边形。随后Kossin与Schubert(2001)利用数值模拟进一步研究了多边形眼区中的中尺度涡旋的组织演变，并将中尺度涡旋同飓风中心气压的迅速下降相联系，其结果在2003年对飓风Isabel的观测中得到了证实。近年来，除飓风Isabel(2003)与Rita(2005)外，涉及多边形眼区的研究数量比较有限，这可能与该类眼区在遥感观测中不易发现有一定关系。
依据前文给出的分类方法，作者借助JMA-BT数据对台风强度达到最大值前后的眼区形态进行了统计，对持续时间、中心气压等要素进行了平均计算，并绘制了各类眼区分布的散点图。需要注意的是，台风强度达到极大的时间段内，如果眼区形态发生变化，则选取维持时间较长的形态；同时，存续时间较短的类圆与同心结构眼区不列入统计范围。
从台风强度达到极大时的眼区形态的分析中可得到以下结果：第一，各眼区形态出现频数由高到低依次为圆眼、开放眼、多边形眼；第二，圆形与多边形眼区在强度、持续时间上均表现出一定相近性，但在移动速度等方面存在明显差别；第三，圆形眼区个例集中于17°N~28°N、120°E~140°E的范围内，开放型与多边形眼区个例的出现与台风所在海域无明显关系。
注意到圆形眼区的个例分布与同心结构眼区分布非常一致，这是后者中的大多数个例在强度峰值时形成圆形眼区的缘故。再考虑到于强度峰值时段出现圆形眼区的台风的强度往往较大，以及同心结构的出现常表示台风正在进行眼壁替代过程，于是可以得出以下结论：同心双眼结构的出现可以作为台风加强并将达到峰值的信号。以上结果仍稍显简单，但对台风的气候学研究以及预报业务可能仍有一定意义。