文/ 大氣科學系 楊明仁教授、吳曜竹助理

研究背景
臺灣夏秋季常遭遇颱風侵襲，近年媒體也常用「穿心颱」之類的名詞來形容由東向西穿越臺灣的颱風，因此一般民眾對於「颱風」一詞並不陌生。臺灣中央山脈(Central Mountain Range)的複雜地形能夠造成颱風的不對稱非絕熱加熱，影響降雨極值的空間分佈。複雜地形除了能夠影響降雨的分佈，還能增加地表摩擦，這可以歸類為颱風登陸後造成颱風強度減弱的其中一項因素，因此媒體上也曾使用「護國神山」一詞來稱呼中央山脈。但是所有的颱風遇到地形之後都只有減弱的命運嗎？

凡那比(2010)颱風就是一個特別的例子。凡那比颱風於2010年9月14日1200 UTC在西北太平洋形成後大致往西北方移動，9月17日0000 UTC位於臺灣東側海面上並轉向西移動，9月19日0000 UTC從花蓮登陸後受到中央山脈的破壞，使得凡那比眼牆結構被破壞且強度減弱。當凡那比(2010)颱風中心越過中央山脈移至臺灣西部平原之後，颱風南側原本的東西向筆直雨帶重新環繞成新的颱風眼牆結構，最後於9月19日1200 UTC離開臺灣本島後持續西行，造成中國大陸福建廣東省等地的災情。

眼牆重建 – 從觀測到模擬
凡那比(2010)颱風這個案的特別之處還包含中央大學廖宇慶老師率領的雷達實驗室團隊利用移動式X波段雷達TEAM-R，配合中央氣象局建置於台南七股的S波段雷達捕捉到凡那比颱風眼牆重建的過程。本研究以雷達觀測為基礎，利用高空間及時間解析度輸出的數值模式(Advanced Research WRF - Weather Research and Forecasting; ARW-WRF)模擬凡那比颱風登陸臺灣時遇到地形破壞原來的颱風眼牆，並於越過中央山脈後在臺灣西部平原由主要雨帶重新建立新眼牆的過程。從模式的資料中，我們可以獲得無法從觀測直接獲得的物理量來檢驗凡那比颱風眼牆重建過程的動力機制。此外，我們還可以從模式中移除臺灣地形或是在颱風即將登陸臺灣前將潛熱釋放的效果移除，用以檢驗臺灣地形及潛熱對於眼牆重建過程中所扮演的重要性。各數值模擬實驗與觀測的颱風路徑及觀測儀器位置如圖一所示。

陸上眼牆重建的動力機制
渦度熱塔(Vortical Hot Towers; VHTs)是一個富含氣旋式渦度和上升運動的深對流現象(圖二)，其中渦度是一種表示旋轉量的物理量。從控制組(CTL)的模式資料中我們發現，颱風南側主要雨帶上的渦度熱塔對於凡那比颱風的眼牆重建扮演了非常重要的角色，並比較了陸上及海上渦度熱塔的差異。此外，本研究透過渦度收支計算(vorticity budget calculations)檢驗對流尺度的渦度熱塔透過垂直平流的機制將低層的渦度傳送至中層，再透過颱風雨帶上的氣旋式環流將中層的渦度貢獻給颱風渦旋尺度，最後完成了由低層向上(bottom-up)的眼牆重建(圖三)。平坦地形(NTR)實驗中眼牆沒有明顯受到地形破壞且呈現較為軸對稱的結構，而控制組(CTL實驗則是非對稱分佈，平坦地形實驗呈現較為軸對稱的空間分布。另外，移除潛熱釋放的實驗中則在移除潛熱效果後，渦度熱塔無法維持並以重力波的形式從眼牆輻射狀向外消散。

結論
本研究利用ARW-WRF數值模式模擬凡那比(2010)颱風與臺灣地形的交互作用，並透過渦度收支分析檢驗過山後眼牆重建的機制。凡那比颱風在9月19日0000 UTC從東臺灣登陸，在9月19日1200 UTC颱風中心離開臺灣本島，颱風影響期間造成南臺灣劇烈的降水與災情。颱風在登陸後，颱風眼牆受到中央山脈地形的破壞使得颱風強度減弱，凡那比颱風的雨帶上出現許多渦度熱塔。與典型位在臺灣海峽上的渦度熱塔相比，陸地上的渦度熱塔有較弱的垂直上升速度、較窄的直徑、較淺的發展高度。渦度熱塔在海上組織後，經由颱風逆時針的環流沿著雨帶移入臺灣陸地。透過渦度收支分析，我們發現這些渦度熱塔協助將低層的氣旋式渦度垂直傳輸到中層，配合主要雨帶中的氣旋式環流將渦度熱塔中豐富的氣旋式渦度回饋到颱風渦旋環流中，完成凡那比颱風眼牆在陸上由低層向上重建的過程。

參考文獻
Yang, M.-J., Y.-C. Wu, and Y.-C. Liou, 2018: The study of inland eyewall reconstruction of Typhoon Fanapi (2010) using numerical experiments and vorticity budget analyses. J. Geophys. Res. Atmos., 123, 9604–9623. https://doi.org/10.1029/2018JD028281.