台风眼的形成原因
台风眼,(eye of storm)即台风中心,是发生在热带海洋上的强烈天气系统,从外围内中心最初逐步增加,然后迅速增加,但到了直径数十公里的中心区域内,风力迅速减小,降雨停止,出现了白天可看到阳光夜晚可见到星星的少云天空。这就是台风等热带气旋中特有的"眼",气象学中称之为台风眼。
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。
(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。
