中央電台颱風資料觀測分析

根據中央氣象局對於南瑪都的動態分析如下：8 月 23 日 20 時於菲律賓東方 海面生成，初期往西移動，隨後轉為偏西北移動，27 日其中心通過菲律賓呂宋 島東北角邊緣，轉為偏北北西移動。颱風中心於 29 日 4 時 20 分左右由臺東縣大 武附近登陸，13 時左右在臺南附近出海，進入臺灣海峽，緩慢向西北移動，31 日 8 時於臺灣海峽減弱為熱帶性低氣壓。中央氣象局同時發佈海上與陸上颱風警 報，時間為 8 月 27 日 5 時 30 分。

壹、歷時分析

南瑪都颱風之風場特性量測從 2011 年 8 月 27 日凌晨零時至 2011 年 8 月 30 日凌晨零時。就 20 公尺處之風速計進行歷時分析：南瑪都颱風尚未登陸台東時，

其帄均風速約 4～6 m/s。當 29 日凌晨一點至五點（颱風準備登陸前）有較高的 風速約為 7～8 m/s。南瑪都颱風因登陸位置在台東大武且受到中央山脈地形的影 響，颱風的強度由中度颱風降低至輕度颱風。從歷時資料中，吾人可明顯地觀察 到，風速是有降低的趨勢，如圖 5- 48、圖 5- 49。

至於南瑪都颱風的方向：尚未登陸前，其風向主要維持東至東南東風；當颱 風較靠近台灣時，其風向主要以東北至東北東風。本次颱風歷時資料（每十分鐘 一筆資料），三組不同高度的風速計所量測出的風向角都是相當一致。

貳、帄均風速剖面

由於鐵塔最高量測高度於 60 公尺，故以 60 公尺高度為指標無因次化其他高 程資料。為確定所分析之風速資料具有相同的帄均風速，則採用風向角變化在 45 度以內的資料作為同一組分析比較。圖 5- 49 所示：颱風紀錄中風向角介於 90

°~120°(即東北東方向)的每十分鐘帄均風速剖面圖中顯示風速強度範圍 3 m/s<U(20)<7 m/s 內，取三個不同風速（U =6.13、4.66、3.48 m/s）之十分鐘帄

均的資料，進行的帄均風速剖面繪製，並根據最小帄方法擬合指數律曲線，所擬 合出的指數值分別約為 0.25～0.32 之間，如圖 5- 50 所示。

在圖 5- 51 中，10 分鐘帄均下，風速剖面α值計算的結果；當觀察風速小於 3 m/s（20 公尺處），其α值都有偏高的現象產生，以往都是風速小於 5m/s 的資 料省略，但此次量測風速過低，大於 5m/s 的資料過少，因此調整成風速小於 3 m/s 的資料給予省略。當風速 6～8 m/s 時，α值約為 0.3～0.5 之間。

根據吾人的判斷，中央電台四周為海岸與鄉鎮郊區，其地況應該介於 B（α

＝0.25）、C（α＝0.15）。此次風速量測α值，比較 A（α＝0.32）地況大一些；

故中央電台所量測α值比吾人所推估的值有偏高的現象。

參、順風向紊流強度

為了瞭解不同風速下，其紊流強度剖面的變化，吾人取三個不同之十分鐘帄 均風速（20 公尺處）分別為 7.32、6.55、4.11 m/s 進行比較分析，如圖 5- 52。

依據不同風速範圍可得知 40 公尺高程處的紊流強度分別為 0.23、0.29、0.35；60 公尺高程處的紊流強度則分別為 0.23、0.27、0.29，由圖中可以看出隨著高度的 提升，紊流強度下降的趨勢。

從圖 5- 53 至圖 5- 55 中，不同高度下，每十分鐘帄均風速與紊流強度關係 的比較。在 60 公尺處：當帄均風速為 10～12 m/s 時，紊流強度值約為 20～30

％；紊流強度不會隨著風速的增加，而有重大的變化。在 20～40 公尺處：當同 一高度的風速提升時，紊流強度將逐漸收斂。

由於風速計安裝主要是量測東北風，此次颱風以正東風為主，極有可能受到 干擾，因此紊流強度比以往量測的數據較為大，收斂情形也較不好。

肆、順風向紊流尺度

從圖 5- 57 至圖 5- 59 中，不同高度下，每一小時帄均風速與紊流尺度關係 的比較。在 20 公尺處：當帄均風速為 5～10 m/s 時，紊流尺度值約為 50～100 公尺；在 40 公尺處：當帄均風速為 5～10 m/s 時，紊流尺度值約為 90～160 公 尺；在 60 公尺處：當帄均風速為 10～12 m/s 時，紊流尺度值約為 160～230 公 尺。

伍、擾動風速自頻譜探討

經由 EMD 處理過後的擾動風速歷時均針對風向角判斷分解為順風向與橫風 向進行頻譜分析。每組頻譜計算均以一小時長度為基準，十分鐘為一快速傅立葉 轉換的區段長度形成六區段帄均而求其能量頻譜。在圖 5- 60～圖 5- 62 中，三個 不同高度之順風向頻譜分析，依 Von-Karman 所提出之順風向擾動頻譜係數為 70.8（方程式 4），而實場監測結果分析並求出最佳化擬合的係數範圍為 62～71。

陸、尖峰因子

尖峰因子為時間的函數，在實場監測數據中有三個不同高度的尖峰因子函 數，又有文獻提出尖峰因子與紊流強度關係。為了避免不同高度紊流強度的影響 並整合所有陣風因子的結果，而採用一關係式消除紊流強度的影響，得到一新的 陣風因子，帄均一小時強風作用下的數據得到結果如圖 5- 63 所示。並與 Durst 所提出 C 地況的值作比較，如圖 5- 64；在 1～10 秒時，實場監測 C（t）值與 Durst curve 有明顯的差異，但 10～3600 秒，實場監測 C（t）值與 Durst curve 是相當吻合的。圖 5- 65 迴歸在半對數座標下時間與尖峰因子的線性擬合式。

南瑪都颱風量測的風速偏低不具代表性，因此不與季風作比較。

圖 5- 48 南瑪都颱風之風速歷時資料

20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速

0

20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角

圖 5- 50 風速剖面

U(20)=3.48 m/s U(20)=4.66 m/s U(20)=6.13 m/s

0.0

圖 5- 52 不同風速下，紊流強度的比較

U(20)= 4.11 m/s U(20)=6.55 m/s U(20)=7.32 m/s

圖 5- 54 不同風速下，紊流強度的比較(40 公尺)

圖 5- 56 順風向紊流尺度

U(20)=4.02 m/s U(20)=5.05 m/s U(20)=6.13 m/s

圖 5- 58 不同風速下，紊流尺度的比較(40 公尺)

圖 5- 60 順風向頻譜（20 公尺處）

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00

風 速 頻 譜

頻率

von Karman Cu=62

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00

風 速 頻 譜

頻率

von Karman Cu=62

圖 5- 62 順風向頻譜（60 公尺處）

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00

風 速 頻 譜

頻率

von Karman Cu=71

1.0

1 10 100 1000 10000

G(t)

時間（秒）

20 40 60

圖 5- 64 實場尖峰因子與 Durst curve 值的比較

1 10 100 1000 10000

C(t)

1 10 100 1000 10000

C(t)

時間（秒）

20 40 60 fitting curve

c(t) = -0.55ln(t) + 3.7979