渦度熱塔（Vortical Hot Tower）

Montgomery 等人（2006）認為在 TC 旋生過程中，某種特殊深對流雲──渦 度熱塔（Vortical Hot Tower, VHT）扮演了重要角色，VHT 的強烈上升氣流有助 於將大範圍的中對流層氣旋式渦旋轉變為地表的暖心熱帶低壓。他們使用三維雲 解析模式 RAMS 模擬植入初始中尺度渦旋（Mesoscale Convective Vortex, MCV）

後 TC 旋生過程的對流，約在第 60 小時發生旋生。並定義 VHT 為上升運動速度 超過 1m/s，且從 z=1 公里延伸到 z=15 公里（模式對流層頂）的深對流雲。原先 存在於環境的中尺度渦旋，在 4 公里高度上下產生相反的水平徑向渦度（圖 30a），強勁的上升氣流通過時，會將水平渦度場扭轉到垂直方向，形成兩側的正 負渦度雙極（dipole）（圖 30b）。在 MCV 的保護下，VHT 彼此交互作用進而自我 增強，其核心區域的正渦度量值比環境大至少一個數量級，並且強迫近地面氣旋 式渦度產生大尺度輻合。

為了配合連通元件標記法的選取方式，以及避免 SST 所導致的對流層頂高度 歧異，本研究將 VHT 定義為：雲底高度低於 1 公里，且平均雲頂溫度（VHT 內 高度最高的所有網格的平均溫度）小於 221K。221K 門檻取自一般中尺度對流複 合體（Mesoscale convective complex, MCC）的 B 尺寸雲頂溫度定義（Rodgers et al, 1985）。如此定義下的 VHT 有很強勁的上升運動，1m/s 門檻可直接省略。

將雲元件裡符合 VHT 定義的雲選取出來，其 VHT 雲數如圖 31 實線所示。

除了 f25LD303 之外，VHT 雲數皆有先升後降的趨勢，f45 的極大值與t_a相去不 遠，f25 的 VHT 雲數下降速率較慢故難以判斷極值發生時間。整體而言，在ta之 後，VHT 雲數均為下降，且 f 愈大下降得愈快。

圖 30：初始中尺度渦旋內渦管傾斜（tilting）過程示意圖，紫色線代表渦管。

(a) 黑箭頭為初始中尺度渦旋的垂直風切所建立的徑向渦度，(b) 上升氣流使渦 管傾斜，在兩側形成正負渦度的雙極。（Montgomery et al., 2006, Fig 10）

(a) f45 (b) f25

圖 31：(a) f45 與 (b) f25 的 VHT 雲數。圓圈為 TC 旋生時間，垂直虛線為對流 集結時間。

為了觀察 VHT 內部的相對渦度分布，取 f45LD300 實驗在對流集結時間

（ta=367 小時，圖 32a）與旋生時間（tg=416 小時，圖 32b），編號 A TC 附近 5 公里高度處所有 VHT 網格的相對渦度場作為示意圖，彼此相鄰的網格屬於同一 朵 VHT。在 ta之時，VHT 個別面積較小，渦度顯得較為零散；在 tg之時，VHT 變得壯大，且渦度分布上出現明顯的雙極現象。即使沒有初始渦旋，VHT 仍能自 行組織集結，產生與植入初始渦旋實驗相同的渦度場分布。

在對流集結時間，六個實驗編號 A TC 中心附近 600×600 公里²範圍內 VHT 的中層相對渦度場（圖 33）分布較為零星，尚未形成環繞中心的雲帶，且 f25 比 起 f45 更分散，代表在雲數達顛峰的時刻，較大背景渦度場能增加 VHT 的組織集 結效率。在旋生時間，VHT 中層渦度場開始環繞 TC 中心發展，而且出現更明顯 的正負渦度雙極（圖 34）。在旋生之後三天，形成正渦度的眼牆，與正負渦度雙 極的外圍雲帶（圖 35），其中僅單一 TC 的 f25LD300 在整個模擬範圍出現極細長 的渦度帶（圖 35e），型態明顯有別於其他實驗。

(a)

(b)

圖 32：f45LD300 的編號 A TC 在 (a) 對流集結時間（ta=367 小時） ，x=1800-2040 公里、y=2240-2480 公里範圍內，與 (b) 旋生時間（tg=416 小時），

x=2040-2280、y=2560-2800 公里範圍內，5 公里高度處所有 VHT 網格的渦度場

(a) f45LD297 (d) f25LD297

(b) f45LD300 (e) f25LD300

(c) f45LD303 (f) f25LD303

圖 33：(a) f45LD297，(b) f45LD300，(c) f45LD303，(d) f25LD297，(e) f25LD300，與 (f) f25LD303 在對流集結時間（ta），編號 A 之 TC 中心附近 600×600 km²範圍內，5 公里高度處所有 VHT 網格的渦度場，非 VHT 網格則

(a) f45LD297 (d) f25LD297

(b) f45LD300 (e) f25LD300

(c) f45LD303 (f) f25LD303

圖 34：(a) f45LD297，(b) f45LD300，(c) f45LD303，(d) f25LD297，(e)

f25LD300，與 (f) f25LD303 在旋生時間（tg），編號 A 之 TC 中心附近 600×600

(a) f45LD297 (d) f25LD297

(b) f45LD300 (e) f25LD300

(c) f45LD303 (f) f25LD303

圖 35：(a) f45LD297，(b) f45LD300，(c) f45LD303，(d) f25LD297，(e) f25LD300，與 (f) f25LD303 在旋生時間之後三天，編號 A 之 TC 中心附近 600×600 km²範圍內（圖 e 為 3072×3072 km²範圍內），5 公里高度處所有 VHT

圖 36 為不同體積大小 VHT（縱軸）對應的雲數（色塊等值線）隨時間之變 化，黑色實線為平均 VHT 體積。f45 在ta之後 VHT 整體的體積均開始顯著增 加，到最後一個t_g之後幾乎只剩 10⁵公里³以上的雲存在，且 SST 愈大 VHT 往大 雲集中的現象愈明顯。f25 的 VHT 體積增幅相對較緩，其中 f25LD300 在 30 至 40 天之間甚至有 VHT 退化變小的現象。

在ta之前，六個實驗平均 VHT 特徵長度約在 30-50 公里，且變化很小。在 TC 陸續形成的階段，VHT 長度至少增加一倍，從對流尺度成長到中尺度。在最 後一個 TC 形成後，VHT 長度仍繼續變大，但變化幅度劇烈（圖 37）。f25LD300 在 30-40 天暫時呈現 VHT 縮小至對流尺度的趨勢，不過可以在一天之內暴增到 400-600 公里，代表單一 TC 的模式邊界讓整體的對流發展變得不穩定，連深對流 雲也不例外。

(a) f45LD297 (d) f25LD297

(b) f45LD300 (e) f25LD300

(c) f45LD303 (f) f25LD303

圖 36：(a) f45LD297，(b) f45LD300，(c) f45LD303，(d) f25LD297，(e)

f25LD300，與 (f) f25LD303 的不同體積大小的 VHT 雲數隨時間之變化。色塊 等值線為 VHT 雲數。黑色實線為平均 VHT 體積（縱軸取 log10），黑色虛線為

(a) f45LD297 (d) f25LD297

(b) f45LD300 (e) f25LD300

(c) f45LD303 (f) f25LD303

圖 37：(a) f45LD297，(b) f45LD300，(c) f45LD303，(d) f25LD297，(e) f25LD300，與 (f) f25LD303 的平均 VHT 特徵長度。紅色虛線為對流集結時