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2024年第11号超强台风“摩羯”，在经历两次“眼壁置换”后，于9月6日14时20分左右猛烈登陆海南省文昌市，登陆时中心风力超17级，创下了自1949年以来登陆我国秋台风的最强纪录。
这一事件让“眼壁置换”迅速成为热门话题，引发了公众的好奇。
那么，“眼壁置换”究竟是什么呢？解答这个问题前，我们需要先了解台风的结构是什么样的。
台风，是大气对流层中空气围绕中心轴高速旋转形成的巨大涡旋。一个成熟的台风由三部分构成：宁静的台风眼、环绕其外的眼壁（又称之为眼墙），以及外围的螺旋雨带。
在台风内部，旋转气流受到向内的气压梯度力、科里奥利力和向外的离心力的共同作用，平均来看，当近中心风速达到约119公里/小时时，三者达到平衡，气流便不再向台风中心流入，而是在距中心约16-32公里处辐合上升。
随着潮湿空气的急剧上升，水汽凝结成云，引发降雨并释放大量潜热，这些潜热反过来增强了旋转与上升气流，最终形成了可达对流层顶的积雨云墙，即台风的眼壁。
在眼壁以内的区域，海表面的空气被吸入眼壁中，因此在眼壁上端流出的空气会下沉至台风中心，补偿低层空气的亏损。
这样的下沉运动抑制了云的形成，在台风中心出现了一片晴朗无云的区域，也就是台风眼。
眼壁的厚度可达几公里至几十公里不等，与风平浪静的台风眼不同，眼壁是台风中最危险、破坏力最强的地带，风速与降雨均达顶峰，眼壁中近地面最强风速是衡量台风强度的关键指标。
台风强度的增强伴随着台风眼直径的减小，这类似于滑冰运动员收紧双臂后旋转增强。台风强度越强，眼壁内缘越光滑、形态越对称，云体越浓密。
而当台风眼不断收缩、台风达到某一强度后，围绕着眼壁四周，新的眼壁开始有序发展，呈现出“大眼套小眼”的“同心眼”的景象。
然而，外侧新眼壁的形成会剥夺旧眼壁所需的水汽、空气质量等，最终促使旧眼壁瓦解，新眼壁取而代之，形成一个更为宽广、空旷的台风眼。此后，新眼壁继续内缩，标志着一次眼壁置换的圆满结束。
简单来说，“眼壁置换”是强台风或超强台风常有的自身结构调整过程。
眼壁置换期间，风力经历了增强、减弱再增强的三部曲。在眼墙替换期间，虽然台风强度减弱但影响并不一定会减小。虽然强度减弱了，但整体风场覆盖范围增大，台风的平均动能会增强。这意味着风暴可以覆盖更多的海洋，并以猛烈的风暴潮的形式将更多的水推向内陆，带来更严重的风雨影响。
眼壁替换周期可能需要12至18小时，也可能长达2至3天才能完成，并且一个台风可能会发生多次“眼壁置换”。
若眼壁置换未能顺利进行，台风的内部结构将难以得到有效重构，这不仅会阻碍其强度的进一步提升，反而可能因内部系统的紊乱而导致强度下降。
例如2023年超强台风“杜苏芮”在登陆福建前的最后一刻发生眼壁置换，但以失败告终，从而降低了其登陆时的强度。
此外，眼壁置换的失败还可能影响台风的移动路径和速度，这无疑为台风的预测与防御工作增添了更大的挑战与不确定性
回顾台风“摩羯”，它在副热带高压南部气流的引导下，持续向西偏北行进，较低纬度上较高的科里奥利力有助于促进它旋转增强。同时，今年我国南海海温持续偏高，广阔而温暖的海水为“摩羯”提供了非常有利的增强条件。
自身体态庞大的“摩羯”分别在9月5日和6日早晨完成了两次眼壁置换。
第一次眼壁置换后，“摩羯”一举跃升至17级以上的顶级强台风行列，成为2024年迄今为止的全球风王。
第二次眼壁置换发生在近海区域，且维持了较长时间的“双眼状态”，进一步扩大了其风雨影响范围，为登陆前的防御工作带来了前所未有的严峻挑战。
登陆时，得益于登陆地低平的地势和南海水汽的持续补给，“摩羯”在登陆后一小时内仍保持着超强台风的强度，并维持这一强度长达64小时之久。
尽管“摩羯”登陆强度不及2014年超强台风“威马逊”，但在影响华南地区期间始终维持超强台风登记，大风灾害尤其严重，12级及以上大风的影响范围和持续时间均超过“威马逊”，造成了极其严重的社会经济损失。
9月是一年中台风平均强度最强的月份，加之全球变暖趋势的加剧、海洋温度的升高，秋台风中强台风乃至极端台风事件的发生频率正逐步上升。
沿海地区作为台风灾害的直接受灾区，正面临着日益严峻的考验。因此，加强公众对台风知识的普及教育，提升沿海地区的防台减灾能力和应急响应机制，已成为我们当前亟待解决的重要课题。只有这样，我们才能更好地应对未来可能遭遇的极端天气挑战。
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：陈可鑫
审核：戴云伟 中国气象局 高级工程师
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
