2024年1月20日发(作者：)
第32卷第3期2021年5月应用气象学报JOURNAL
OF
APPLIED
METEOROLOGICAL
SCIENCEVol.
32
,
No.
3May
2021刘涛，端义宏，冯佳宁，等*台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制*应用气象学报，2021,32（3）:289301DOI：
10.
11898/1001-7313.
20210303台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制刘涛端义宏"冯佳宁王慧（中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京100081）摘
要利用CIMSS微波卫星产品和多普勒天气雷达资料，分析超强台风利奇马（1909）的长时间双眼墙特征，并采用
集合卡尔曼滤波方法同化雷达径向风资料，诊断利奇马双眼墙的三维结构演变特征&结果表明：在双眼墙演变过
程初期，受强垂直风切变和中高层干空气入侵的影响，外眼墙对流减弱，呈非对称特征&
Sawyer
-
Eliassen方程诊断
结果显示：台风利奇马（1909）内、外眼墙次级环流之间的相互作用不明显，不同于发生眼墙替换过程的台风，其外
眼墙处非绝热加热引起的下沉运动发生在内眼的眼心，内眼墙的上升运动并未受到外眼墙次级环流抑制&另外，
在强垂直风切变条件下，非对称的外眼墙不能持续增强收缩并取代内眼墙，因此双眼墙结构得以长时间维持&可
见，台风利奇马（1909）外眼墙的非对称结构和特殊的次级环流分布是其双眼墙能够长期维持的重要原因&关键词：台风利奇马（1909）；双眼墙；同化分析持（concentric
eyewalls
maintenance,
CEM）
型，这种
引言台风眼墙的变化往往会导致台风强度和风场结
构突变，进而增加台风强度预报的不确定性）12&观
测和统计研究发现，大部分西太平洋的强台风（风速
类型的台风没有发生眼墙替换，其内、外眼墙在演化
过程中共存超过20
h,具有较大宽度的眼墙间隔（平
均67.
5
km）和外眼墙（平均70
km），且其强度要强于
经历眼墙替换过程的台风。因此，研究双眼墙维持时
间对准确预测台风强度变化具有重要意义。Kossin等⑴提出*超过61.
73
m
•
s<"）在其生命史中至少经历1次双
眼墙过程，即在台风单眼结构外围，距离台风最大风
，外眼墙的收缩和内眼墙的耗
散由内、外眼墙之间相互作用引起的正压不稳定所
导致&因此，CEM型台风内、外眼墙之间的正压稳
速半径2〜3倍处产生一个接近环状的深对流带，原
来的眼墙被称为内眼墙，新生成的眼墙被称为外眼
定结构可能是双眼墙维持时间较长的原因［8］&然而
Kossin等⑴的研究基于无辐散的正压模型*墙，外眼墙的生成通常还伴有切向风次极大风速的
形成和剧烈的结构变化［35］，加强对此类台风的研究
有利于提升对台风结构和强度变化的认识&，未考虑
非绝热加热和动、热力场随高度的变化，但在实际过
程中，非绝热加热）12和边界层的强径向入流［1315］的
*眼墙替换是双眼墙演化中的典型过程，即在双
作用不可忽略&诸多研究讨论了非绝热加热引起的横向次级环
流对双眼墙演变过程影响［9'1619］
&
Willoughby等）16*
提出，当外眼墙收缩时,外眼墙的非绝热加热引起内
眼墙结构形成后，外眼墙逐渐加强收缩而内眼墙逐
渐减弱消失并被外眼墙所取代，台风恢复到单眼结
构［56］，然而并不是所有双眼墙台风都会发生眼墙替
换过程［710］
&
Yang等8利用卫星微波图像研究
1997-2011年西北太平洋台风的双眼墙特征，发现
眼墙处的下沉运动,从而抑制其上升气流，并最终导
致内眼墙的消亡&
Zhu等）19*通过数值模拟和Saw-
yer-Eliassen方程诊断证明了上述结论，发现外雨带
有23%双眼墙台风的结构演变属于双眼墙结构维2021-02-22
收到，2021-04-09
收到再改稿&
资助项目：国家自然科学基金项目（61827901,41775048）"通信作者，邮箱：**************.cn
290应用气象学报第32卷引起的下沉运动落在内眼墙处，其引起的径向流出
抵消了内眼墙引起的径向流入，从而影响内眼墙演
化&
Yang等〔'基于上述理论提出，由于CEM型台
风的内、外眼墙间隔较宽，因此可以减少内、外眼墙
次级环流之间的干扰，有助于双眼墙结构维持&也
有研究指出，内眼墙的维持与湿熵有关，如Zhou
等）0*通过诊断轴对称相当位温发现，外眼墙形成后
会在边界层处切断内眼墙的湿熵供应，导致内眼墙
消亡，而当外眼墙形成的半径较大时,这种拦截作用
减弱，眼墙替换过程需要更多的时间，该结论与统计
事实相符［21］&
Tsujino等⑺通过诊断CEM型台风
Bolaven的相当位温也得到相同结论，其轨迹分析
表明，对于外眼墙半径较大的台风，湿空气可以通过
边界层向内输送，从而维持内眼墙的强度&还有研
究指出台风的非对称结构也有助于双眼墙结构的维
持，因为非对称的对流雨带不利于外眼墙的收缩，同
时在弱对流区，湿熵向内眼墙的输送更易维持&此
外，统计研究发现［9］,CEM型台风多发生在低垂直
风切变、高海温和高相对湿度的环境中，因此，环境
条件对于双眼墙结构的维持或许也有重要作用'&
目前，关于双眼墙维持机制的相关文献仍较少，环境
因子的影响尚不确定［2226］，缺乏长时间维持双眼墙
结构台风个例的验证，一方面由于双眼墙过程往往
发生在海上，高时间和空间分辨率的观测资料难以
获取，对构建准确的初始涡旋结构和验证模式结果
造成了障碍;另一方面，目前对台风结构演化的物理
过程理解不充分，难以在模式中建立准确的物理过
程商29*&因此,使用数值模式和资料同化方法等进
行真实双眼墙台风个例分析）0*
,运用多种观测数据
对*探究台风结构⑶于深入探究双眼墙维持机制是
有必要的&本文以2019年登陆我国的台风利奇马（1909）
为例，利用多种观测资料分析其双眼墙形成及消亡
的过程和眼墙结构特征，并采取集合卡尔曼滤波同
化方法，同化日本石垣岛雷达资料，重现台风利奇马
（1909）双眼墙形成初期的三维结构，对其结构特征
进行分析，提出利奇马台风双眼墙可能的维持机制&1资料1.
1个例简介2019年第9号超强台风利奇马（简称利奇马）
带来的强风、暴雨和风暴潮等灾害性天气，造成我国
1402.
K万人受灾，直接经济损失537.
2亿元人民
币利奇马生成于菲律宾吕宋岛以东的洋面，自
8月4日起编，13日停止编号，生命史长达9
d。其
生成后一直向西北方向移动，强度持续增强，7日
15：00（世界时，下同）增强为超级台风，随后约于8
日06：00形成双眼墙结构，并一直维持，直至9日
17：45登陆我国浙江省温岭市城南镇，双眼墙结构
消失，登陆时中心附近最大风速达52
;
•
s<"，登陆
后台风继续向北移动，纵穿浙江、江苏两省并移入黄
海海面，又于11日12：50在山东省青岛市黄岛区沿
海再次登陆，此后移入渤海，强度不断减弱直至消
失。1.2资料台风路径与强度取自中国气象局整编的热带气
旋最佳路径数据集&雷达反射率因子资料来自日本石垣岛多普勒天
气雷达（简称石垣岛雷达,时间分辨率为10
;in,空间
分辨率为0.
7°0.5
k;,最大探测距离为150
k;）,资
料时间范围为8月8日06：00—19：00,中国温州S
波段多普勒天气雷达（简称温州雷达,时间分辨率为
6
；in,空间分辨率为VX0.
25
k;,最大探测距离
为230
k;）,资料时间范围为8月9日05
：
00—
17：00,在这两个时段利奇马位于雷达观测覆盖范围
内（图1）另外使用了美国威斯康星大学气象卫星
合作研究院（Cooperative
Institute
for
Meteorological
Satellite
Studies/University
of
Wisconsin-Madison,
CIMSS）
的集成微波图像产品（morphed
integra-ed
microwave
imagery
at
CIMSS,
MIMIC）,时间分辨
率为
15
;in）
&海表温度资料选用美国国家海洋和大气管理局
的
AVHRR（advanced
very
high
resolution
radio;-
eter）卫星数据，空间分辨率为0.
25°X0.
25。。模式初始条件和边界条件使用美国NCEP
FNL
（National
Center
for
Environmental
Prediction,
Final
Operational
Global
Analysis
Data）分析
资料，其水平分辨率为1°X1。。同化资料为8月8
日06：00—18：00石垣岛雷达逐小时的径向速度基
数据，对资料进行了退模糊处理，为避免地面杂波干
扰,剔除风速小于4
;
•
s<"和探测距离小于10
k;
的资料，参照文献）3］将雷达资料共4层仰角逐层
稀疏化至2°X2
k;分辨率，得到雷达超级观测资
料，并将观测误差设置为5
;
•
第3期40°
N刘涛等：台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制291的定义*6
,在此采用Kossin等）4*基于外围对流
的圆对称程度提出的定义：当外部环流与主眼墙分
离，且外部环流大致封闭（至少达到75%圆周）时,
35
—则认为双眼墙形成&由于微波信号能穿透云层，在通过与强对流有
关的水汽凝结体过程中衰减最明显：37*,因此可以用
30
—时间连续性较好的MIMIC微波图像分析台风眼墙
结构的演变特征（图略,http:
#
tropic.
ssec.
wise.
edu/real-time/mimte/2019_10W/web/mainpage.
ht-
25ml）。2019年8月8日00：00利奇马仍为单眼结构,
两条明显的螺旋云带旋向台风眼墙;8日03：00前后,
外眼墙环流开始组织，螺旋云带已脱离内眼墙并与外
20
—眼墙相接，内、外眼墙之间开始出现晴空少云区；至8
日06：00,内、外眼墙之间的云量变得更少，外眼墙基
本闭合完整，双眼墙结构形成。随后外眼墙持续发
15
展，约于8日12：00达到基本对称，此后，双眼墙结构
继续维持，但外眼墙呈现出较明显的非对称特征，随
120
125
130
135°
E图1
2019年8月3日18：00 14日12:00日本石垣岛雷达(蓝色圆圈)和中国温州雷达(红色圆圈)的扫描覆盖
范围与台风利奇马(1909)实测路径示意图(3h间隔)Fig.
1
The scanning coverage
of Ishigaki
radar
in
Japan
着台风逐渐靠近陆地,9日06：00后内、外眼墙均明显
减弱，9日17：00登陆后双眼墙结构完全消失&因此,
卫星资料分析显示，利奇马的双眼墙结构约于8日
06：00形成，9日17：00消失，期间内、外眼墙始终共
(the
blue
circle)
and
Wenzhou
radar
in
China(the
red
circle)
with the
best
track
of
Typhoon
Lekima
from
1800
UTC
3
AugCo1200
UTC14
Augin2019(3hinCerval)存，外眼墙非对称特征明显。通过雷达图像可以更清晰看到台风双眼墙结构
2双眼墙演变过程关于双眼墙结构形成的标准目前尚无普遍认同
演变的过程）83#*。由石垣岛雷达在0.2。仰角和温
州雷达在0.
46°仰角的反射率因子图像（图2）可知,
在利奇马双眼墙结构形成初期（图2a）,内眼墙直径200200-100100克0-100-100--200-200--200
-1000X/km5
100
200
-200
-1000
100X/km20010
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65dBZ图2雷达反射率因子(a)2019年8月8日14：00日本石垣岛雷达,(b)2019年8月9日07：00中国温州雷达Fig2
The
radar
reflectivity
in
Aug
2019(a)IshigakiradarinJapanat1400
UTC8
Aug2019!(b)
WenzhouradarinChinaat0700
UTC9
Aug2019
292应
用
气
象
学
报第32卷维持在20〜30
k;,对流强度始终在40
dBZ以上；
外眼墙直径维持在120〜150
k;,内、外眼墙的间隔
YSU方案，长波辐射过程采用RRTM方案,短波辐
射过程采用Dudhia方案&宽度约为50
k;,较平均尺度偏大&
9日07：00内
眼墙的尺度和强度无明显变化（图2b）,外眼墙相比
雷达资料同化选用集合卡尔曼滤波同化系
统［4041］。循环同化中，为了避免滤波发散，使用
Zhang等）2提出的协方差膨胀法进行估计，松弛系
于12
h之前明显收缩，直径约为70〜80
k;,内、外
*眼墙的间隔仅有10〜20
km,外雨带结构紧密且较
数设为0.
5。本研究仅对d03,d04网格进行了同
为对称&化，使用顺序协方差局地化方法控制观测资料的影
响范围［43］,水平方向影响半径分别为240
km,
80
k;。3双眼墙结构的数值分析为了详细分析利奇马的动力和热力结构，本研
数值试验使用NCEP
FNL资料作为模式初始
场，起报时间为8月8日00：00,结束时间为8日
18：00。试验共设2组，其中，控制试验不同化雷达
究采取集合卡尔曼滤波同化方法对石垣岛雷达径向
风资料进行同化，得到2019年8月8日06：
00—
18：00分析场，并基于分析场探究双眼墙形成初期
资料；同化试验从8日00：00开始进行6
h调整适
应,8日06：00—18：00逐小时同化雷达径向速度资
料，并逐小时输出同化后的分析场&3.2分析场验证阶段的三维结构&3.1同化方案使用中尺度区域天气模式WRF4.
1.
2（麦卡托
图3
为经雷达资料同化分析后的利奇马路径、强
度时间演变,与观测的对比&可以看到，同化分析时
段内的利奇马路径与中国气象局整编的热带气旋最
投影#四重网格嵌套，水平分辨率分别为40.5
km,
13.
5
km,
4.
5
km,
1.
5
km,记为
d01,
d02,
d03
和
d04,格点数分别为
150X
150,274X274,298X310,
436X472,其中d02,
d03和d04的网格采用自动跟
佳路径基本吻合（图3a）,误差平均为16.26
km,由于
初始时刻台风眼尚未完全进入雷达探测范围，仅有
随台风中心的移动方案&垂直方向上sigma坐标
部分台风环流观测资料，因此影响了对台风初始时
刻位置的模拟效果&分析场的最低中心气压比最佳
分为50层，对应模式层顶气压为50
hPa。模式的
微物理过程使用WSM6方案，最外层网格采用
Kain-Fritsch积云参数化方案，边界层过程采用路径数据集平均偏强5.
3
hPa,基本符合利奇马的
强度变化趋势（图3b）。123
124
125126127°
E图3
2019年8月8日台风利奇马(1909)同化结果与观测对比(a)00：00—18：00路径,(b)06：00—18：00中心最低海平面气压Fig.
3
Assimilation
results
and
observations
of
Typhoon
Lekima on
8
Aug
2019(a)track
from
0000
UTC
to
1800
UTC,
(b)minimum
sea
level
pressure
from
0600
UTC
to
1800
UTC雷达反射率因子与用于同化的径向风资料相互
独立，可以用于验证分析场效果「⑷，图4为2
km高
度较宽、强度较强的眼墙，未能模拟出双眼墙结构,
与14：00石垣岛雷达最大反射率因子相差较大；而
8月8日14：00分析场中，台风具有明显的双眼墙
度反射率因子，可见14：00背景场中仅存在1个宽
第3期刘
涛等：台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制293结构，南侧螺旋雨带的层云结构得到改进，外眼墙对
分布形态上二者较为接近。由8日16：
00的分析场
流在台风中心西北部更为宽广，对流活动基本呈环
可知，台风外眼墙的东北侧对流活动相对较弱而西
状分布，反射率因子高达45
dBZ,较观测值明显偏
强，这可能是因为雷达观测资料层数过少所致，在
26°
N南侧较强，这种非对称的分布也与雷达观测结果一
致&14：
60曹景场/252423225126127°
E2222
H--------------------------------------------------------------------------------122
123124
1250
126
127°E122
123
124
125
126
127°
E5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70图4
2019年8月8日台风利奇马(1909)反射率因子Fig.4
ThereflectivityofTyphoonLekimaon8
Aug2019
294应用气象学报第32卷总体而言，分析场较好地再现了利奇马的路径、
强度和降水分布，因此可以认为利用上述方法同化
雷达资料得到的利奇马三维结构可信&12
m
•
s<"，强入流造成的边界层辐合对眼墙内侧的
对流活动有重要意义，一方面能够直接加强对流，另
一方面能够通过涡度拉伸项增强相对涡度，从而使
3.3轴对称结构特征得切向风倾向里的绝对涡度输送项因为入流和绝对
图5〜图7给出轴对称平均计算后的台风结
构，包括切向风、非绝热加热、径向风、垂直运动和惯
性稳定度随半径和高度的分布&可以看到，8月8
涡度的增强进一步非线性增强，有利于外眼墙的切
向风极值的形成和进一步增长&对应的上升运动分
别集中在15
km和45〜60
km半径，呈现出一定的
倾斜，外眼墙处的上升运动也体现出逐渐减弱的趋
日15：00—18：00利奇马的切向风具有两个极大值
（图5）,其中最大值超过60
m
•
s<",出现在15
km
半径、"〜2
km高度位置，表明低层最大风速半径约
在15
km附近，对应台风的内眼墙；切向风次极大
势，较强的下沉运动集中在中高层8〜16
km的眼
心处。惯性稳定度参数反映了风速的水平切变变化,
可以体现出对径向入流的阻力作用&由图7可知，
值位于45〜75
km半径、"〜4
km高度位置，风速超
过45m・sT,对应外眼墙&非绝热加热率的最大
利奇马在105
km半径内，尤其是在对流层低层具
值产生在内眼墙，次极大值位于60
km半径附近&
图5清晰反映出外眼墙处雨带对流轴对称平均状态
的减弱特征&在2
km高度以下，径向上具有两个
有较大的惯性稳定度，这表明涡旋结构在低层十分
稳定&在15
km半径内，内眼墙附近具有极强的惯
性稳定度，数值均在5X107
s<2以上；在30〜60
km
强入流中心（图6）,入流速度分别超过18
m
•
和
半径低层，外眼墙也具有较高的惯性稳定度,随着时18.016.014.012.010.015-0018.0
—16：00102016.0-14.0-12.0-10.0-8.0-to二^
"20-101020-30o8.06.04.02.00.0-0
15
400.030
4090
105
45
60
75
120
135
1500
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150距离台风中心半径/km18.016.014.0距离台风中心半径/km12.0
—o10.&
o
6.o4.
2.0.o
o
O
-
-
-
-
no
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150距离台风中心半径/km丨
丨
丨
0
2
4
距离台风中心半径/kmK
-
h-114 1668
10 12
图5
2019年8月8日轴对称的切向风速(等值线，单位:；+
8
1)和非绝热加热(填色)Fig.
5
The
axisymmetric tangential
wind(the
contour,unit：m
+
s
")
and
diabatic
heating(the
shaded)
on
8
Aug
2019
第3
期刘
涛等：台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制295间的发展！〜10
km高度的惯性稳定度明显增大，
这意味着外眼墙处有较多的非绝热加热转化为动能，切向风仍在增长。18.018.0
—18：0016.014.012.010.016.0-14.0-o12
108o
O8.06.0
—4.02.04.0-0*2-—
0
0.00
15
°*030
45
60
75
90
105
120
135
150I
15
|
30
|
45
|
60
|
75
|
90
|
105
|
120
135
150距离台风中心半径/km距离台风中心半径/km丨丨丨丨丨-0.2 -0.1 0
0.1
I
I
I
I
I
0.2
0.3
0.4
m
-
s_I0.5
3图6
2019年8月8日轴对称的径向风速(等值线，单位:m+
s
")和垂直速度(填色)Fig.
6
The
axisymmetric
radial
wind(the contour,unit：m
•
s
1)
and
vertical
velocity(the
shaded)
on
8
Aug
201918.0-16.0-14.0o12.
10.&o
o6.
4.2.o0.
o
o
O
15：00_
______
O
月、墨1530
45
60
75
90
105
120
135
150距离台风中心半径/km0
0.22
0.25
0.280.5
0.8
1.2
1.8
5图7
2019年8月8日分析场惯性稳定度Fig.7
Theinertiastabilityinanalysisfieldon8
Aug2019
296应
用
气
象
学
报第32卷18.018.0-16.0-o14
1210o
O&o
Go
O4.
2虽、悝悯12OOo
8O6O4o2
O0
15
30
45
60
75
90
105
120
1351500
I
15
I
30
I
45
I
60
I
75
I
90
I
105120
135
150距离台风中心半径/km0
距离台风中心半径/km0.25
「I
「I
「「「■■■
KT?
s-20.22
0.28
0.5
0.8
1.2
1.8
5续图73.4非对称结构及其演变同化分析场较好地再现了利奇马外眼墙在8
月
8日15：00后的非对称变化过程&图8为分析场在
几乎消失，降水集中在台风的东南部，外眼墙呈半环
状，其西北侧的反射率因子基本低于30
dBZ,东南
侧的反射率因子高达45
dBZ以上&尽管台风具有
明显的非对称结构，但结合3.
3节分析可知，外眼墙
2
km高度的雷达反射率因子&可以看到，8日
16：00台风结构整体较为对称，内、外眼墙的反射率
的惯性稳定度始终很大，涡旋结构稳定，非对称外眼
因子高达45
dBZ,呈环状均匀分布；8日18：00台
墙未发生收缩，因此台风依然保持双眼墙结构&风已呈现出高度的非对称结构，西北侧的外围对流
25.0°24.524.023.523.0124.5
125.0
125.5
126.0
5 10
126.5
127.0°EdBZ0
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70图8
2019年8月8日分析场2
km高度雷达反射率因子Fig.
8
The
radar reflectivity
at
2
km
height
in
analysis
field on
8
Aug 2019域,AVHRR卫星资料显示该海域大部海温超过4双眼墙可能的维持机制4
1环境场的影响利奇马双眼墙初步形成时位于台湾岛东部海29B，台风强度增强，并于2019年8月8日12：
00
达到最大强度。分析利奇马的环境场（图9〜图10）
发现，周围环境中的相对湿度较大，8日15：00前环
境垂直风切变维持在5〜7
m
•
,
17：00突然增
第3
期刘
涛等：台风利奇马（1909）双眼墙特征及长时间维持机制297大至11.
3
m
•
s—"，中高层的干空气侵入台风的西
的必要条件&南部［45］，破坏台风外围雨带的对称结构，从而阻碍
了外眼墙的增强和收缩，台风的强度也逐渐减弱&
由于西南气流较强，利奇马依然具有充足的水汽供
应，偏高的海温也为利奇马的发展和维持提供了充
足的能量，整体环境仍有利于外围雨带对流的增长&
结合动力结构可知，其在低层的涡旋结构十分稳定&
可见，对于利奇马而言，强垂直风切变不足以破坏其
双眼墙结构，外眼墙依然能够继续维持，这与
Dougherty等）5对飓风Bonnie的观测研究结果一
06：00
09：00
12：00
15：00
18：00时间*图9
2019年8月8日垂直风切变致，可见，弱的垂直风切变不是双眼墙结构长期维持Fig9
Theverticalwindshearon8
Aug2125130
10
135
140°E30
40
110
115
90
120
125
130
_
_25
m
°S_1135
140°E20
50I
I
I
60
70
80
100
%
图10
2019年8月8日500
hPa相对湿度(填色)和风矢量(箭头)Fig.
10
The
relative
humidity(the shaded)
and
wind
vector(the
arrow)
at
500
hPa
on
8
Aug 20194.2次级环流诊断为了理解非绝热加热及边界层摩擦强迫和台风
明显&图lie显示仅由外眼墙加热引起的次级环流,
可以发现,外眼墙非绝热加热引起的强下沉运动主要
在内眼的眼心，在台风30〜45
km半径处也有较弱的
下沉运动，垂直速度为<0.
1
m
•
s—1左右，小于眼心
处的下沉&以上分析能够清楚地表明，内、外眼墙引
起的最强下沉运动均发生在10〜16
km高度的内
双眼墙结构之间的联系，利用Sawyer-Eliassen方程
对8月8日15：00的台风环流结构进行诊断&图
11a为Sawyer-Eliassen方程诊断的径向风和垂直
速度，可以看到诊断结果基本再现了台风的次级环
流，虽然诊断结果低估了低层的径向入流的厚度，但
高空出流及垂直运动的位置和大小均与同化分析场
的结果相似&这表明利奇马次级环流主要由平衡过
眼眼心处，内、外眼墙之间的下沉运动则主要由外眼
墙的非绝热加热贡献&
Zhu等）19研究指出，对于发
生眼墙替换过程的台风，其内、外眼墙次级环流之间
*程决定。为了进一步探究利奇马内、外眼墙次级环流之
较强的相互作用是导致内眼墙消亡的主要原因，经
历眼墙替换过程的台风外眼墙处由非绝热加热引起
间的相互作用，将内、外眼墙的非绝热加热分开，分
别对各自引起的次级环流单独进行诊断。图lib显
的下沉运动的位置刚好落在内眼墙区域，且其引起
的径向流出会抵消内眼墙引起的径向流入，从而对
示了仅由内眼墙加热引起的垂直运动和径向风，显
然，最强的下沉运动发生在内眼的眼心，垂直速度达
—
0.25
m
•
s<"以上，但两个眼墙之间的下沉运动不
内眼墙的强度造成削弱作用，使其逐渐减弱直至消
亡&而在利奇马的双眼墙结构中，其次级环流的分
布显然与Zhu等）19试验结果不同，利奇马内、外眼*
298应
用
气
象
学
报第32卷墙次级环流之间的相互作用很小，外眼墙引起的下
的强度得以维持，因此，这种特殊的次级环流分布可
沉运动并未对内眼墙带来削弱和抑制作用，内眼墙
能是双眼墙结构长时间维持的可能机制之一。18.0-(b)18.0m
•
s_1I3
16.0-16.0514.0
|0»412.0|0.
|0.3
10.0-|0.2|0.
1
0
-0.1-0.215
30
45
60
75
90
105
120
135
150
距离台风中心半径/km18.0-(c)=6=16.0-14.0-12.0-10.0-8.0-6.0-4.0-2.0
—0.060
105
120
135
150距离台风中心半径/km5结论和讨论本研究使用多种观测资料和集合卡尔曼滤波同
化分析方法,对台风利奇马（1909）双眼墙结构的演
变过程和眼墙三维结构特征进行详细分析，并探究
双眼墙可能的维持机制&研究发现：1）
不同于典型的眼墙替换过程，利奇马的内眼
墙始终未被外眼墙所取代，其内、外眼墙共存时间长
达35
h,属于双眼墙结构维持型台风&内眼墙的直
径约为20〜30
km,强度较强，在双眼墙演变过程中
强度和尺度未发生显著变化；外眼墙初步建立的位
置距离台风中心较远，直径约为120〜150
km,内、
外眼墙的间隔较宽，12
h后出现明显收缩，直径约
为
70〜80
km。2）
在双眼墙形成的初期阶段，利奇马的中低层
的动力结构稳定，台风整体惯性稳定度较高，其外眼
墙（45〜60
km半径处）伴有明显的切向风次级大值
14.0I|0.512.0=
0.4[0.310.0--0.26.0-=04.0=-0.12.0---0.20.001530
45
60 75
90
105
120
135
150距离台风中心半径/km图11
Sawyer-Eliassen方程诊断的2019年8月8日
15：00径向风速(等值线，单位:m+
s
")和垂直速度(填色)(a)内、外眼墙共同加热，(b)仅内眼墙加热，(c)仅外眼墙加热Fig.
11 The
radial
wind(the
contour,unit：m
•
s
1)
andverticalvelocity(theshaded)
forSawyer-Eliassen
diagnosis
at
1500
UTC
8
Aug
2019
(a)heatedbyinnerandoutereyewals,(b)heatedby
innereyewalonly,(c)heatedbyoutereyewalonly中心，边界层的强入流中心和强盛的上升运动&尽
管利奇马具有稳定的动力结构，但其外眼墙并未持
续增强和收缩，2019年8月8日15：00—18：00利
奇马外眼墙存在明显的减弱阶段，且非对称结构十
分清晰。3）偏高的海温和环境湿度为利奇马的持续发
展提供了良好的热力条件，但受环境中强垂直风切
变和中高层干空气入侵的影响，台风外围雨带的对
称结构在2019年8月8日17：00后受到较严重的
破坏，从而阻碍了外眼墙增强和收缩的进程&结合
Sawyer-Eliassen方程对次级环流的诊断结果可知,
利奇马内、外眼墙之间的相互作用很小，外眼墙非绝
热加热引起的次级环流并不能抑制内眼墙的上升运
动&因此，利奇马的内眼墙得以长时间的维持，外眼
墙未能将其取代&需要指出的是，本文仅对利奇马双眼墙结构形
成初期阶段的三维结构进行了详细分析，而利奇马
双眼墙结构维持时间较长，对于2019年8月9日
第3
期刘涛等：台风利奇马(1909)双眼墙特征及长时间维持机制29907：00以后的外眼墙收缩过程还需要深入研究&另
外，双眼墙演变过程中，其动力、热力场变化受到多
种因素的影响，本文仅从环境场和横向次级环流角
度对利奇马双眼墙的维持原因进行讨论，后续可从
内眼墙湿熵、眼墙之间弱对流区的正压稳定性等角
度对其维持机制进行全面探究&致谢：本文完成过程中得到了日本情报通信研究机构
Shinsuke
Satoh先生和中国气象科学研究院吴罛副研究员
的帮助，在此表示感谢！参考文献)1*
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