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熱帯低気圧の中心にある、ほとんど穏やかな天候の領域が「目」です。嵐の目は、直径が通常30～65キロメートル（19～40マイル、16～35海里）のほぼ円形の領域です。目は、嵐の中で最も激しい天候と最も強い風が発生する、そびえ立つ雷雨の輪である「眼の壁」に囲まれています。サイクロンの中で最も気圧が低いのは目であり、嵐の外側の気圧よりも最大15パーセント低くなることがあります。[ 1 ]
強い熱帯低気圧では、目は弱い風と晴れた空が特徴で、周囲は高く対称的な眼壁に囲まれています。弱い熱帯低気圧では、目ははっきりせず、中心部の厚い雲に覆われることがあります。この厚い雲は、衛星画像では明るく映ります。弱い、または組織化されていない嵐では、眼壁が目を完全に囲んでいなかったり、目が激しい雨を伴っていたり、目が全くなかったりすることもあります。しかし、どの嵐でも、目が存在する場合は、気圧計の読みが最も低い場所になります。[ 1 ] [ 2 ]
典型的な熱帯低気圧には、嵐の幾何学的中心に直径約 30～65 km (20～40マイル) の目があります。目は晴れている場合や、低い雲が点在している場合 (晴れた目)、低層および中層の雲で覆われている場合(雲が詰まった目)、または中心部の厚い雲で覆われている場合があります。ただし、特に中心付近では、風や雨はほとんどありません。これは、嵐の最も強い風が集中している眼壁の状況とは対照的です。[ 3 ]熱帯低気圧の力学により、目とその直上の空気は周囲よりも暖かくなります。[ 4 ]
While normally pretty symmetric, eyes can be oblong and irregular, especially in weakening storms. A large ragged eye is a non-circular eye which appears fragmented, and is an indicator of a weak or weakening tropical cyclone. An open eye is an eye which can be circular, but the eyewall does not completely encircle the eye, also indicating a weakening, moisture-deprived cyclone or a weak but strengthening one. Both of these observations are used to estimate the intensity of tropical cyclones via Dvorak analysis.[5] Eyewalls are typically circular; however, distinctly polygonal shapes ranging from triangles to hexagons occasionally occur.[6]
While typical mature storms have eyes that are a few dozen miles across, rapidly intensifying storms can develop an extremely small, clear, and circular eye, sometimes referred to as a pinhole eye. Storms with pinhole eyes are prone to large fluctuations in intensity, and provide difficulties and frustrations for forecasters.[7]
Small/minuscule eyes –those less than ten nautical miles (19 km, 12 mi) across –often trigger eyewall replacement cycles, where a new eyewall begins to form outside the original eyewall. This can take place anywhere from fifteen to hundreds of kilometers (ten to a few hundred miles) outside the inner eye. The storm then develops two concentric eyewalls, or an "eye within an eye". In most cases, the outer eyewall begins to contract soon after its formation, which chokes off the inner eye and leaves a much larger but more stable eye. While the replacement cycle tends to weaken storms as it occurs, the new eyewall can contract fairly quickly after the old eyewall dissipates, allowing the storm to re-strengthen. This may be followed by another cycle of eyewall replacement.[8]
目の大きさは、370 km (230マイル) (台風カルメン) [ 9 ]からわずか3.7 km (2.3マイル) (ハリケーン ウィルマ) [ 10 ]まで様々です。大きな目を持つ嵐が非常に激しくなることはまれですが、特に環状ハリケーンでは発生します。ハリケーン イザベルは、記録史上11 番目に強力な北大西洋ハリケーンであり、数日間にわたって 65～80 km (40～50 マイル) の広い目を維持しました。[ 11 ]
熱帯低気圧は通常、熱帯地域の広範囲にわたる乱れた気象領域から発生します。雷雨がさらに発生して集まると、嵐は共通の中心の周りを回転し始める雨帯を発達させます。嵐が強くなると、発達中の嵐の回転中心から一定の距離に、より強い対流の輪が形成されます。より強い雷雨とより激しい雨は、より強い上昇気流の領域を示すため、地表の気圧が低下し始め、サイクロンの上層で空気が蓄積され始めます。[ 12 ]これにより、上層高気圧、つまり中心の濃い雲の上方に高気圧領域が形成されます。その結果、蓄積された空気の大部分は、熱帯低気圧の上空で高気圧的に外側に流れます。形成中の目の外側では、大気上層の高気圧がサイクロンの中心に向かう流れを強め、空気を眼壁に向かって押し出し、正のフィードバックループを引き起こします。[ 12 ]
しかし、蓄積された空気のごく一部は、外側へ流れるのではなく、嵐の中心に向かって内側へ流れ込みます。これにより気圧がさらに高まり、嵐の中心で上昇気流の強さに空気の重さが打ち勝つほどになります。嵐の中心で空気が下降し始め、ほとんど雨の降らない領域、つまり新たに形成された目ができます。[ 12 ]
この過程の多くの側面は依然として謎に包まれています。科学者たちは、なぜ対流の輪が循環の中心の上ではなくその周囲に形成されるのか、また、なぜ上層の高気圧が嵐の上空の余剰空気の一部だけを排出するのかを知りません。目が形成される正確な過程については多くの理論が存在しますが、確実にわかっているのは、熱帯低気圧が高速の風速を達成するには目が必要であるということだけです。[ 12 ] [ 13 ]
明瞭な目を持つ嵐の場合、気象衛星の画像を見るだけで簡単に目を検出できます。しかし、目が詰まっている嵐や、中心部の濃い雲に完全に覆われている嵐の場合は、別の検出方法を用いる必要があります。船舶やハリケーンハンターによる観測では、嵐の中心部で風速の低下や降雨量の不足を探すことで、目の位置を視覚的に特定できます。米国、韓国、その他いくつかの国では、NEXRADドップラー気象レーダー局のネットワークによって沿岸付近の目を検出できます。気象衛星には、大気中の水蒸気と雲の温度を測定する装置も搭載されており、これらを利用して形成中の目を特定できます。さらに、科学者たちは最近、オゾンを豊富に含む成層圏から空気が下降するため、目のオゾン量は眼壁のオゾン量よりもはるかに多いことを発見しました。オゾンに感度のある機器は、上昇気流と下降気流を観測する測定を行い、衛星画像で形成が確認できるよりも前に、目の形成を示す指標を提供します。[ 14 ]
大西洋の熱帯低気圧の約60%は目を形成する。[ 15 ] ある衛星研究では、嵐1つあたり平均30時間目が検出されたことがわかった。[ 16 ]
眼壁置換サイクル（同心円状眼壁サイクルとも呼ばれる）は、一般的に風速が 185 km/h (115 mph) を超える強い熱帯低気圧、または大型ハリケーン(サファ・シンプソンハリケーンスケールでカテゴリー 3 以上) で自然に発生します。熱帯低気圧がこの強度に達し、眼壁が収縮するか、すでに十分に小さくなると (上記参照)、外側の雨帯の一部が強まり、雷雨の輪(外側眼壁)に組織化され、ゆっくりと内側に移動し、内側眼壁に必要な水分と角運動量を奪います。最も強い風はサイクロンの眼壁にあるため、内側眼壁が外側眼壁によって「窒息」されるため、熱帯低気圧は通常この段階で弱まります。最終的に外側眼壁が内側眼壁を完全に置き換え、嵐は再び強まる可能性があります。[ 8 ]
このプロセスの発見は、米国政府のハリケーン改変実験プロジェクト・ストームフューリーの終焉の一因となった。このプロジェクトは、眼壁の外側に雲を種まきすることで新たな眼壁を形成させ、嵐を弱体化させることを目的としていた。これがハリケーンの力学による自然なプロセスであることが判明すると、プロジェクトはすぐに中止された。[ 8 ]
研究によると、強いハリケーンの 53 パーセントは、その存在期間中にこれらのサイクルの少なくとも 1 つを経験する。[ 17 ] 1980 年のハリケーン アレンは、アイウォール置換サイクルを繰り返し、サフィール・シンプソン スケールでカテゴリー 5 とカテゴリー 4 の状態を数回変動したが、ハリケーン ジュリエット (2001 年)は、トリプル アイウォールの記録された例である。[ 17 ]
熱帯低気圧の堀とは、眼壁の外側、または同心円状の眼壁の間にある明瞭な環状領域で、沈降（ゆっくりと下降する空気）とほとんどまたは全く降水がないのが特徴です。堀内の気流は、伸張とせん断の累積効果によって支配されます。眼壁間の堀は、嵐の中心からの距離に比例して空気の回転速度が大きく変化する嵐の領域であり、これらの領域は急速フィラメントゾーンとしても知られています。このような領域は、十分な強さを持つ渦の近くであればどこにでも存在する可能性がありますが、強い熱帯低気圧で最も顕著になります。[ 18 ]
アイウォールメソ渦は、強い熱帯低気圧のアイウォールに見られる小規模な回転構造です。原理的には、多重渦竜巻でよく見られる小さな「吸引渦」に似ています。[ 19 ]これらの渦では、風速がアイウォール内の他のどの場所よりも大きくなる可能性があります。[ 20 ]アイウォールメソ渦は、熱帯低気圧が強化される期間に最もよく見られます。[ 19 ]
熱帯低気圧では、眼壁メソ渦がしばしば異常な挙動を示す。通常は低気圧の中心を回転するが、時には静止したままになることもある。眼壁メソ渦が嵐の目を横切ることも記録されている。これらの現象は、観測[ 21 ]、実験[ 19 ] 、理論的[ 22 ]によって記録されている。
熱帯低気圧の上陸後、竜巻の形成において眼壁メソ渦は重要な要因となる。メソ渦は個々の対流セルや上昇気流（メソサイクロン）内で回転を生じさせ、それが竜巻活動につながる。上陸時には、熱帯低気圧の循環と陸地との間に摩擦が生じる。これによりメソ渦が地表に下降し、竜巻を引き起こす可能性がある。[ 23 ]境界層におけるこれらの竜巻循環は、強い熱帯低気圧の眼壁内側で多く見られる可能性があるが、持続時間が短く規模も小さいため、頻繁には観測されない。[ 24 ]
スタジアム効果は、強い熱帯低気圧で観測される現象です。これは、眼壁の雲が高度とともに地表から外側に湾曲する、比較的よくある現象です。これにより、上空から見ると眼がスポーツスタジアムのように見えるようになります。眼は常に嵐の上部で大きく、嵐の下部で小さくなります。これは、眼壁内の上昇気流が等角運動量の等値線に沿って流れ、その等値線も高度とともに外側に傾斜しているためです。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
熱帯低気圧が発達すると、しばしば目のような構造が見られる。ハリケーンや台風に見られる目と同様に、対流のない嵐の循環中心にある円形の領域である。このような目のような特徴は、 サファ・シンプソン・スケールでカテゴリー1の強さの熱帯低気圧やハリケーンが発達しているときに最もよく見られる。例えば、ハリケーン・ベータでは、最大風速がわずか80 km/h (50 mph) で、ハリケーンの強さをはるかに下回っていたときに、目のような特徴が見られた。[ 28 ]これらの特徴は、通常、宇宙からの可視波長や赤外線波長では見えないが、マイクロ波衛星画像では容易に見ることができる。[ 29 ]大気の中層での発達は完全な目の形成に似ているが、垂直風シアによって水平方向にずれる可能性がある。[ 30 ] [ 31 ]
ハリケーンの目は、陸上では嵐の中で最も穏やかで静かな部分であり、中心部には風がなく、通常は晴天ですが、海上ではおそらく最も危険な領域です。眼壁では、風によって発生した波はすべて同じ方向に進みます。しかし、目の中心部では、波はあらゆる方向から集まり、不規則な波頭を形成し、それが積み重なって異常波になることがあります。ハリケーンの波の最大高さは不明ですが、カテゴリー4のハリケーンであったハリケーン・イワンの際の測定では、眼壁付近の波はピークから谷まで40 メートル（130 フィート）を超えたと推定されています。[ 32 ]
特にハリケーンが珍しい地域でよくある間違いは、住民が穏やかな目が通過している間に家から出て被害状況を確認することですが、反対側の眼壁の激しい風に不意を突かれることになります。[ 33 ]
熱帯低気圧だけが公式に「目」と呼ばれる構造を持つが、目のような特徴を示す他の気象システムもある。[ 1 ] [ 34 ]
極低気圧は、極付近で発生する中規模気象システムで、通常は直径が 1,000 km (600 マイル)未満です。熱帯低気圧と同様に、比較的暖かい海上で発生し、激しい対流と強風以上の風を伴うことがあります。しかし、熱帯性の嵐とは異なり、極低気圧ははるかに低い気温とはるかに高い緯度で発生します。また、規模が小さく、持続時間も短く、1 日かそこら以上続くものはほとんどありません。これらの違いにもかかわらず、構造は熱帯低気圧と非常によく似ており、眼壁に囲まれた明瞭な目と雨や雪の帯が特徴です。[ 35 ]
温帯低気圧は、異なる気団の境界に存在する低気圧域です。中緯度で発生する嵐のほぼすべては温帯低気圧であり、北米の典型的な北東風嵐やヨーロッパの暴風雨も含まれます。これらの嵐の中で最も激しいものは、気圧が最も低い場所に明瞭な「目」を持つことがありますが、通常は低い非対流性の雲に囲まれており、嵐の後端付近に位置しています。[ 36 ]
亜熱帯低気圧は、温帯低気圧の特徴と熱帯低気圧の特徴を併せ持つ低気圧システムです。そのため、熱帯性ではないものの、中心部に目を持つことがあります。亜熱帯低気圧は非常に危険で、強風や高波を引き起こし、しばしば完全に熱帯低気圧へと発達します。このため、国立ハリケーンセンターは2002年から亜熱帯低気圧を命名規則に含めるようになりました。[ 37 ]
竜巻は、地球上で最も速い風を発生させる破壊的な小規模な嵐です。主な種類は 2 つあります。1 つの回転する空気の柱で構成される単一渦竜巻と、共通の中心の周りを回転する小さな「吸引渦」で構成され、それ自体がミニ竜巻に似ている多重渦竜巻です。どちらのタイプの渦にも、穏やかな目があると理論づけられています。これらの理論は、気象レーダーによるドップラー速度の観測と目撃者の証言によって裏付けられています。[ 38 ] [ 39 ]また、特定の単一渦竜巻は、中心渦の近くが比較的明瞭で、移動レーダーで観測される弱いdBZ (反射率)リターンによって確認でき、風速も遅いことが示されています。[ 40 ]
NASAは2006年11月に、カッシーニ探査機が土星の南極に固定された「ハリケーンのような」嵐を観測し、その眼壁が明確に確認されたと報告した。この観測は、これまで地球以外の惑星で眼壁雲が観測されたことがなかったため、特に注目に値する（ガリレオ探査機が木星の大赤斑で眼壁を観測できなかったことも含む）。[ 41 ] 2007年には、欧州宇宙機関の金星エクスプレスミッションにより、金星の両極にある非常に大きな渦が双極子眼構造を持つことが観測された。[ 42 ]