第四章 季內振盪與西南氣流強度之關係
4.5 小結
針對敏督利(2004)、卡玫基(2008)、鳳凰(2008)、莫拉克(2009)、
潭美(2013)的綜觀尺度濾波分析。結果顯示,除了在卡玫基颱風期間 MJO 尺度為東風相位之外,其餘所有個案無論在 MJO 尺度或 QBWO 尺 度大部分時間均為西風相位。MJO 尺度西風相位的共同特徵是大尺度 氣旋式環流在臺灣上空或其西北方,以及南海地區的水氣振盪為正相 位,且水氣含量十分豐沛,風向則大多為西風。對所有個案而言其 QBWO 都是西風相位,在伴隨西南氣流時期旺盛水氣一路由南海延伸 至臺灣上空。兩種季內振盪相比 QBWO 的風場與水氣場之分佈改變的 速度比 MJO 快,振盪幅度也更大。
系集平均結果顯示,無論是北行颱風或西行颱風,其 NMJO 組的 模擬路徑與 CTL 組趨勢相同且差異較少,這是因為 MJO 尺度的風場環 流振盪幅度不強,反映在被移除後模擬之駛流的改變較少。而 NQBWO 組的初始場移除了臺灣上空 QBWO 尺度氣旋式環流增強的東風,導致 所有個案西移速度變慢,路徑與其餘兩組差異較大。北行颱風的路徑 與駛流在 V 方向的差異尤其顯著,這與 Wu et al.(2010)過去的研究 指出折返路徑的颱風會由季內振盪與颱風環流交互作用,產生較強的 南風將颱風推入副熱帶高壓邊緣的駛流之中的看法一致。
57
臺灣海峽環境場分析結果顯示,藉由莫拉克颱風的模擬,分析少 了路徑差異的前提之下,QBWO 的影響會大於 MJO。而莫拉克颱風共伴 之強西南氣流主要是由於颱風移動緩慢所造成,季內振盪為間接導致 此現象之原因。敏督利、鳳凰、潭美三個颱風個案的剖面時序分析結 果十分相似,MJO 能稍微增強降雨要素之強度,而少了 QBWO 後,颱 風的移動變慢使環流影響增大,路徑之差異反而使颱風沒有伴隨西南 氣流。卡玫基颱風的 NMJO 組顯現了季內振盪抑制颱風環流與西南氣 流共伴之強度,移除季內振盪後模擬的結果使降雨增多。而 NQBWO 組 的北移對流沒有顯現,致使降雨差異範圍擴大至包含了整個臺灣西半 部地區,而不僅局限於西南部與山區。
58
第五章 結論
本研究將模式初始場移除 30-60 天及 10-20 天波動後針對多個颱 風以 WRF 模式進行數值模擬,分別探討 MJO 和 QBWO 在颱風伴隨西南 氣流中扮演之角色。由於過去西南氣流並沒有明確的定義,本研究引 用簡與楊(2009)之研究,將颱風伴隨的西南氣流定義為在臺灣西南部 海面上 21⁰N~24⁰N;118⁰E~120⁰E 範圍內,NCEP 再分析資料(2.5⁰× 2.5⁰) 之 850hPa 平均西南風風速大於 15 m s-1,且日累積雨量大於 30 mm day-1。 將 2000 年到 2015 年所有經過臺灣附近的颱風個案做初步篩選後,再 以人工判讀雷達回波圖剔除颱風環流本身產生的西南風個案。最後選 擇敏督利(2004)、卡玫基(2008)、鳳凰(2008)、莫拉克(2009)、潭美 (2013)作為研究個案。其中將北行與西北行颱風個案分開討論,討論 季內振盪對颱風伴隨西南氣流之影響在不同路徑的個案的差異。
敏督利颱風為北行颱風伴隨西南氣流之經典個案,在 2004 年 7 月 1 日至 4 日期間侵襲臺灣。颱風中心離臺後與來自南海的西南氣流 產生共伴,在臺灣西南部平原與高雄、屏東山區造成驚人的強降雨,
日累積雨量甚至高達 700 mm 以上,多數地區發生洪水氾濫與土石流 災情,其強度更甚於颱風環流本身的貢獻。為此,必須討論大尺度環 境是否提供有利條件增加颱風與西南氣流共伴產生之降雨。經由濾波
59
分析,MJO 和 QBWO 於敏督利颱風侵襲期間在臺灣、南海地區皆為西 風相位、水氣場的振盪也為正相位,兩種季內振盪導致在臺灣附近持 續有氣旋式環流存在,增強西南風與潮溼空氣。兩種不同尺度的季內 振盪相較之下,QBWO 更有利於增強颱風離台後所引入之西南氣流。
由模擬結果得知在模式中移除 MJO 對敏督利颱風的強度與路徑 影響不大,因此 CTL 組和 NMJO 組的路徑趨勢一致,是故兩組模擬的 雷達回波分布差異並不顯著,最大的差別在於 NMJO 組颱風中心附近 的回波稍微比 CTL 組弱。而在臺灣海峽與南海地區,MJO 對颱風與西 南氣流共伴產生強降雨所需之要素有極大影響,包含了增加西風的強 度、提高水氣的含量以及增強水氣通量輻合,導致臺灣海峽與臺灣西 南部陸地的降雨增加。且季內振盪可以將水氣及對流移往臺灣海峽較 北邊的地方,更有利西南氣流共伴降雨。QBWO 對敏督利颱風的強度 同樣地影響不大,但對其路徑則有顯著影響。移除 QBWO 使得颱風的 駛流近乎消失,導致 NQBWO 組的颱風中心在臺灣西南方持續打轉。由 於颱風並沒有發生西南氣流共伴,因此臺灣西南部地區只有零星為弱 回波,並無強烈對流。
除了分析季內振盪對敏督利颱風離臺後伴隨西南氣流之影響,為 了解其是否為單一特例,本研究在敏督利之外又選取四例伴隨西南氣 流共伴個案,探討是否也有相似情形,分別為卡玫基(2008)、鳳凰
60
(2008)、莫拉克(2009)、潭美(2013)。針對這五個颱風個案的綜觀尺 度進行濾波分析,兩種季內振盪相較之下,QBWO 的風場與水氣場之 分佈改變的速度比 MJO 快,振盪幅度也更大。除了在卡玫基颱風期間 MJO 尺度為東風相位之外,其餘所有個案無論在 MJO 尺度或 QBWO 尺 度大部分時間均為西風相位。MJO 尺度西風相位的共同特徵是大尺度 氣旋式環流在臺灣上空或其西北方,南海地區的水氣含量十分豐沛,
為正相位,風向則大多為西風。此外,對所有個案而言 QBWO 都是西 風相位,南海地區水氣旺盛,在伴隨西南氣流時期形成往臺灣方向的 水氣輸送帶。
本研究針對上述五個颱風個案,分別使用四個初始時間進行 72 小時的模擬,並將四組模擬重疊的 54 小時作系集平均,用來分析此 個案之特徵。透過系集平均有助於降低單一預報之不確定性,同時可 增加統計意義。整體而言,無論是北行颱風或西行颱風,其 NMJO 組 的模擬路徑與 CTL 組趨勢相同且差異較小,這是因為 MJO 尺度的風場 環流振盪幅度不強,反映在被移除後模擬之駛流的改變較少。而 NQBWO 組的初始場移除了臺灣上空 QBWO 尺度氣旋式環流增強的東風,導致 所有個案颱風西移速度變慢,路徑與其餘兩組差異較大,其中又以北 行颱風個案的路徑與其 V 方向駛流和 CTL 組之間的差異被放大,這與 Wu et al.(2010)過去的研究指出折返路徑的颱風會由季內振盪與颱
61
風環流交互作用,產生較強的南風將颱風推入副熱帶高壓邊緣的駛流 之中的看法一致。
根據臺灣海峽剖面分析降雨要素的時序變化,同時以西南氣流時 期臺灣陸地累積降雨分佈進行比較,有利分析季內振盪對西南氣流降 雨影響。其中莫拉克颱風個案之數值模擬結果顯示,CTL 組、NMJO 組、
NQBWO 組之模擬颱風路徑結果相似,藉由此個案的模擬,分析減少了 路徑差異這個變因之下,QBWO 的影響確實會大於 MJO。而莫拉克颱風 之強西南氣流主要是移動緩慢所造成,季內振盪為間接導致之原因。
敏督利、鳳凰、潭美三個颱風個案的剖面時序分析結果十分相似,MJO 能稍微增強有利降雨因素,如西風、水氣含量、水氣通量輻合之強度;
而少了 QBWO 後,颱風的移動變慢使颱風環流對降雨的影響增大,颱 風路徑與 CTL 組之差異反而使其在模擬期間沒有伴隨西南氣流。卡玫 基颱風的 NMJO 組顯現了季內振盪抑制了颱風與西南氣流共伴,移除 季內振盪後模擬的結果使降雨增多。而 NQBWO 組的北移對流沒有顯現,
使得降雨差異範圍擴大至包含了整個臺灣西半部地區,而不僅局限於 西南部與山區。
綜合上述,比較兩種季內振盪對颱風伴隨西南氣流之影響。MJO 環流雖然在時間與空間尺度均大於 QBWO,但其振盪幅度較小,導致 移除 MJO 環流後對駛流的改變並不顯著,使 NMJO 組颱風之模擬路徑
62
與 CTL 組的差異不大。而 NMJO 組的模擬結果在臺灣海峽-南海的剖面 上呈現出之西風、水氣量、水氣通量的輻合程度均略小於 CTL 組,進 而使西南氣流降雨減少。相較之下,MJO 對北行颱風的影響大於西行 個案,例如敏督利與卡玫基。兩者在 CTL 組與 NMJO 組的剖面降雨要 素分析差異較為明顯,進一步使臺灣西南部在共伴降雨期間的 24 小 時累積降雨差異達 100 至 300 mm。
而 QBWO 對伴隨西南氣流颱風個案最顯著之影響在於路徑與駛流,
主要原因有二:(1)移除了臺灣上空氣旋式環流後,東風駛流減少,
颱風西移速度變慢。(2)少了 QBWO 在亞洲地區氣旋/反氣旋波列合流 產生的強南風,同時,颱風與環流無法交互作用使邊緣脊化,缺少綜 觀尺度的南風與西風將颱風推入副熱帶高壓的西南駛流,導致颱風沒 有北轉現象。當 QBWO 使颱風路徑改變後,颱風環流與南海的豐沛水 氣無法互相連結,縱使颱風本身產生強對流雨帶,但臺灣海峽綜觀尺 度風場被颱風環流干擾,西南風不足的情況下無法將對流雨帶推往陸 地,例如鳳凰、潭美颱風。亦或是颱風路徑大幅偏離,導致颱風中心 遠離臺灣,例如敏督利颱風。兩種狀況都會使大量降雨發生於海面上。
若是 QBWO 產生的路徑差異較小,如莫拉克颱風。移除 QBWO 後的模擬 結果在臺灣海峽之剖面接收到的西南風、水氣量、水氣通量的輻合程 度均明顯不如 CTL 組,是故臺灣西南方的共伴降雨減少。歸納上述討