國立臺灣大學理學院

2018/06/14 [榮譽] 恭賀本院大氣系游政谷教授研究成果獲登英國Nature系列期刊 Scientific Reports
颱風外圍雨帶類似颮線嗎?

游政谷

國立臺灣大學大氣科學系


颱風是地球上最具威脅與破壞性的天然災害之一,而颱風雨帶是除了眼牆(eyewall)之外颱風內部最顯著的強降水集中區,颱風雨帶不僅會影響颱風發展強度,其登陸時也會造成陸地豪雨與水患,影響民眾生命財產安全甚鉅。在理論上,科學家長期以來一直認為颱風雨帶為颱風環流內部大氣波動的表徵,如重力波(gravity wave)或渦漩羅士比波(vortex Rossby wave),此獨特性使颱風雨帶明顯有別於一般常見的線狀對流系統(如颮線)。但此一傳統想法最近已有所動搖,特別是近期一些研究文獻指出,當雨帶位在颱風外圍時有可能會出現類似颮線的氣流結構與熱力特徵,這隱含著颱風外圍雨帶的對流動力過程並非由大氣波動所主導。然而,過去只有極少數的颱風外圍雨帶案例被仔細檢視過,颱風外圍雨帶與颮線的相似及差異性仍是一項科學迷思。

為了釐清此重要科學議題,研究團隊利用氣象局、民航局與空軍所屬的台灣全島都卜勒氣象雷達觀測資料,檢視2003~2015年間數萬張侵臺颱風之雷達回波圖後,從22個颱風中挑選了50個颱風外圍雨帶案例進行詳細的雙都卜勒風場反演及地面測站之氣象參數分析,藉此了解颱風外圍雨帶與颮線類似的盛行度。經過廣泛雷達資料大數據分析,研究團隊發現颱風外圍雨帶具有五種不同的結構特徵(AP1~AP5,如圖1),其中約有6成的颱風外圍雨帶 (AP1與AP2)具有類似颮線的風場與降水結構特性。當這些類似颮線的颱風外圍雨帶通過地面測站時,地面觀測通常伴隨著明顯的溫度下降情況,與颮線同樣具有冷池(cold pool)的熱力訊號(圖2)。這些研究成果不僅證實大多數的颱風外圍雨帶具有颮線性質,也顯示颱風外圍雨帶結構的多樣化與複雜度。

過去許多理論研究顯示颱風雨帶通常是在靠近颱風中心或眼牆附近被觸發生成並且向外移行(即隨時間遠離颱風中心),而此觸發過程與波動動力密切相關。因此,可合理推測當颱風雨帶從颱風內圍隨時間移行到外圍時,有機會從波動動力主導的對流系統轉變為由颮線(冷池)動力主導的對流系統,而在不同階段的轉換過程有可能會導致多樣化的颱風外圍雨帶結構特徵,如圖一所示。此轉換過程的細節與機制是颱風研究值得進一步探索的新領域。

本研究相關成果已於2018年5月發表在英國Nature系列期刊:Scientific Reports (https://rdcu.be/PuRv)。Yu, C.- K., C.- Y. Lin, L.- W. Cheng, J.- S. Luo, C.- C. Wu and Y. Chen, 2018: The degree of prevalence of similarity between outer tropical cyclone rainbands and squall lines. Sci. Rep. 8:8247, doi: 10.1038/s41598-018-26553-8.

 
圖1 垂直颱風雨帶方向的回波和氣流剖面示意圖。AP1~AP5代表5種不同特徵的風場結構。粗箭頭代表雙都卜勒雷達合成所觀測到的主要氣流樣式,色階代表雨帶回波結構。不同類別的雨帶個案數和百分比顯示在每張小圖的下方。
 
圖2 (a)類似颮線氣流結構之颱風外圍雨帶(SL-APs, 20 TCR cases)及非颮線氣流結構之颱風外圍雨帶(NSL-APs, 8 TCR cases)的地表降溫振幅(單位為°C)。黑圓圈代表雨帶個案,其中的白色數字為個案編號。平均溫度振幅值顯示在圖的右上角。(b)同(a),但為相當位溫變化振幅(單位為K)。由於個案31缺乏濕度資料無法計算相當位溫,所以此個案並沒有顯示在圖(b)中。
 
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