在亞洲季風區內,許多顯著的極端降雨都來自於颱風(Kim et
al.2012;Ge et al.2010;Lee et al.2010)。雖然颱風的極端降雨事件主 要決定於 TC 的強度與發生頻率(Emanuel 2005,2008;Webster et al.2005;
Hendricks et al.2010;Chang et al.2012)。但近期的研究顯示颱風是否 造成台灣極端降雨事件,可能也與熱帶氣旋的移行速度相關(Su et
al.2012;Hsu et al.2013)。Su et al.(2012)以及 Hsu et al.(2013)的研 究指出颱風所造成的台灣極端降雨事件跟颱風強度相關較小,反而跟颱風 移行速度與滯留時間相關較大,較慢以及較長滯留時間的颱風多造成較大 的極端降雨事件。在 2009 年莫拉克颱風侵襲台灣就是一個例子,此颱風中 心最大風速不高(80kt/min,相當於 JTWC 颱風分級的 Typhoon 1),但因為 移行速度慢加上引進西南氣流,兩個關鍵要素使得莫拉克造成台灣 51 年來 最大的降雨紀錄(Chien and Kuo 2011)。
Hsu et al.(2013)以 1960-2010 由台灣東岸登陸的 84 個颱風為個案的 研究發現,平均而言較慢(快)的颱風登陸前會有較慢(快)的速度,且登陸 時有減速(加速)的現象。因此若能先預測熱帶氣旋侵襲前是屬於哪種速度 的個案,將能事先做好災害防治,特別是水災,以減少傷亡與財物損失。
在影響颱風生成和發展的因素當中,以氣候的觀點,可大致分為熱力 以及動力兩條件。熱力條件包含海表面溫度、大氣的對流不穩定和中低對
流層溼度;動力條件包含垂直風切、低層相對渦度和科氏參數(Gray 1975, 1979, 1981;Pfeffer and Challa 1992;DeMaria et al. 2001;Goldenberg et al. 2001)。近期研究結果顯示,海洋混合層的溫度與厚度,颱風移行 速度和颱風強度也互相影響(Price 1981;Emanuel 1999;Cione and Uhlhorn 2003;Goni and Trinanes 2003;Wu et al. 2007;Lin et al.2008,2009)。
移行速度較快的颱風,雖然經過的暖水層較淺,但因為移行速度較快而沒 有與海水有太多的海氣交互作用,所以仍有足夠的熱通量抑制颱風本身所 造成的負回饋冷卻(Price 1981;Emanuel 1999),因此能維持強度或繼續 增強;相較之下移行速度較慢的颱風有較多海氣間交互作用,負回饋冷卻 增強(Price 1981;Lin et al. 2003a,b ,2009),需要相對深的暖水層,
才能維持強度。
颱風移行速度和垂直風切也可能和颱風本身強度相關(Frank and Ritchie 2001;Wang and Wu 2003;Emanuel et al.2004;Zeng et al. 2007)。
一般來說,移行速度較快且垂直風切較大的熱帶氣旋多半強度較弱,且強 度增加率較小,但強度較強以及強度增加率大的熱帶氣旋只在移行速度 3-8 m/s 的區間出現(Zeng et al. 2007)。這是因為熱帶氣旋移動太慢時,氣旋 下方的風應力旋度(wind stress curl)會產生亂流混合(turbulent
mixing),導致冷卻作用減弱 TC 的強度(Schade and Emanuel 1999;Schade 2000)。而當 TC 移動太快,產生的不對稱結構也會阻止 TC 增強(Peng et al.
1999),因此當 TC 移行速度大於 15 m/s 時很少有 TC 繼續增強,在風暴轉 成颱風強度等級時尤其明顯(Zeng et al. 2007)。
從動力的角度來看,大尺度環境駛流、颱風自身的β偏移以及高對流 層的負位渦距平,是影響颱風移動的重要關鍵(Wu and Emanuel 1993;Wu and Kurihara 1996;Wang et al. 1998)。駛流通常與太平洋副高、季風槽以 及其他綜觀尺度的系統活動有關,在西北太平洋,太平洋副高的西伸,季 風槽的活躍都會加速颱風西行。β偏移方面透過早期 Fiorino and
Elsberry(1989)和 Chan and Williams(1987)研究指出,對於一北半球氣 旋,由於β效應的影響,使颱風西(東)側有正(負)渦度平流,進而產生逆(順) 時針旋轉之渦度最大(小)值,兩種效應使得颱風向西北移動,颱風強度越 強,β偏移越顯著(Fovell et al. 2009)。颱風高層負渦度距平是否西傾 也會影響颱風移動速度,Wu and Emanuel(1993)研究發現,當颱風上方對 流層有負位渦,且與低層正渦度有西傾時(有垂直風切),會促進颱風西行,
如果沒有垂直風切,垂直的β偏移強迫會使颱風向東南傾斜,減弱低層正 渦度向西的β偏移。
雖然動力過程重要,但也有許多研究指出颱風的熱力不對稱結構會影 響颱風的移行速度(Wu and Wang 2001;Franklin et al. 2006;Xiang and Wu 2004;Wang et al. 1998)。Chen et al.(1997)認為颱風熱力不對稱結 構對颱風移動的影響,不亞於動力不對稱結構的影響。
季內振盪(Intraseasonal Oscillation, ISO)亦為影響颱風活動的原 因之一(Gary 1979, Nakazawa 1986, Liebmann et al. 1994)。在颱風路 徑方面,Harr and Elsberry(1991)發現颱風軌跡會隨季內尺度有直行 (straight)與北轉(recurving)的變化。Kim et al.(2008)概略的探討 MJO 與颱風軌跡和颱風登陸的關係,指出颱風軌跡密度較高的區域,在 MJO 對 流區位於赤道印度洋(熱帶西太平洋)時有東移(西移)的現象,同時也影響 颱風登陸南中國、菲律賓、韓國、日本的頻率。Chen et al.(2009)將季風 槽與太平洋副高的季內振盪和颱風軌跡的變化做結合,發現直行的颱風跟 太平洋副高的增強有關,北轉的颱風跟季風槽有關。Wu et al.(2012)也指 出在季風槽活躍期有較多北轉颱風與生成位置有關,由於季風槽東伸,於 西北太平洋東南處有良好的生成條件。但以上都只著重在 MJO 對 TC 的影 響,有近期研究指出,在影響 TC 活動上,QBWO(quasi-biweekly oscillation) 不亞於 MJO,不該被忽略(Li and Zhou 2013a)。Li and Zhou(2013b)的研 究發現,在 MJO 的 convective 相位時,西北太平洋有較多的向西和向西北 直行的颱風,於 nonconvective 有較多北轉的颱風。QBWO 則藉由生成位置 與大尺度環流,影響 TC 登錄菲律賓與日本的頻率。對於季內振盪與颱風活 動之間的關係,前人研究都偏重在颱風路徑與生成上,甚少文獻針對季內 振盪如何影響颱風移行速度作探究。
影響颱風移動速度的機制,至今尚未有一致的結論。過去研究多著重
在大尺度環流對颱風軌跡上的影響,甚少文獻針對颱風移行速度快慢的原 因作研究,本研究為了能量化分析影響颱風速度的原因,將從擾動渦度趨 勢的角度來探討。本文將參考 Lau and Lau(1992)與 Ko et al.(2012)的方 法,將原始場分成綜觀尺度率擾動與大尺度環流,進一步推導出綜觀尺度 擾動渦度趨勢方程,診斷影響熱帶氣旋移行速度的機制。本文將於第二章 介紹使用的資料;第三章推導擾動渦度趨勢方程;第四章介紹熱帶氣旋速 度篩選方法與分析過去 20 年內所選取之熱帶氣旋個案移行速度相關的差 異;第五章分析不同移行速度之擾動渦度收支診斷的結果;第六章為結論。