第六章 中央電台實場監測結果
第三節 芭瑪颱風實場監測分析
芭瑪颱風於 2009 年 9 月 28 日從熱帶低氣壓變成一個輕度颱風；10 月 1 日 至 2 日芭瑪颱風轉成強烈颱風。但 10 月 3 日登入呂宋島北風時，轉為中度颱風；
10 月 4〜5 日其暴風圈已經漸漸地影響台灣的陸地，又加上東北季風的影響，北 台灣已經感覺有強風現象，因此於 4 日下午兩點開始進行中央電台風速的量測。
因颱風滯留時間約有 36〜48 小時，直至 10 月 7 日凌晨五點，芭瑪颱風慢慢地遠 離台灣，實場監測才結束，芭瑪颱風路徑，如圖 6- 28 所示。
壹、歷時分析
芭瑪颱風外圍環流風場特性量測從 2009 年 10 月 4 日下午兩點至 2009 年 10 月 7 日凌晨五點。就 20 公尺處之風速計進行歷時分析：芭瑪颱風外圍環流，其 較高的平均風速約 9〜12 m/s，至於較低風速與風向較不穩定的數據，經由程式 判斷後，直接給予刪除。
芭瑪颱風外圍環流的方向：風向都一直維持東北風至東北東風。因為芭瑪颱 風長時間滯留，所以中央電台所量測風向都相當的穩定，如圖 6- 29 與圖 6- 30。
貳、平均風速剖面
由於鐵塔最高量測高度於 100 公尺，故以 100 公尺高度為指標無因次化其他 高程資料。在圖 6- 31 中，10 分鐘平均下，風速剖面α值計算的結果；當風速 10
〜13 m/s 時，α值約為 0.18〜0.30 之間。
資料為確定所分析的風速資料具有相同的平均風速，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 6- 30 所示：颱風記錄中風向角介於 30°
~60°(即東北至東北東方向)的每小時平均風速剖面圖中顯示三個較接近的風速
（U20=11.7、11.0、10.8 m/s）之一小時平均的資料，進行的平均風速剖面繪製，
並根據最小平方法擬合指數律曲線，所擬合出的指數值分別約為 0.20〜0.24 之
間，如圖 6- 32 所示。
參、紊流強度
為了瞭解不同風速下，其紊流強度剖面的變化，吾人取三個不同一小時平均 風速（20 公尺處）分別為 11.6、10.3、6.5 m/s 進行比較分析，如圖 6- 33。若在 同一高度下，較低風速，則會產生較高的紊流強度。依據不同風速範圍可得知 60 公尺高程處的紊流強度範圍為 0.13〜0.18；100 公尺高程處的紊流強度則介於 0.13〜0.16。
從圖 6- 34 至圖 6- 38 中，不同高度下，每十分鐘平均風速與紊流強度關係 的比較。在 100 公尺處：當平均風速為 15〜20 m/s 時，紊流強度值約為 0.10〜
0.18％；紊流強度不會隨著風速的增加，而有重大的變化。
肆、紊流尺度
取三個不同風速（U20=11.3、8.8、6.5 m/s）之一小時平均的資料，進行順 風向紊流尺度剖面繪製，如圖 6- 39。順風向紊流尺度在 100 公尺處為 122〜191 公尺；60 公尺處為 93〜164 公尺；20 公尺處為 37〜103 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平均而求其能量頻譜。在圖 6- 40〜圖 6- 48 中，五個 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），實場監測結果分析並求出最佳化擬合的係數範圍為 52〜84。
橫風向頻譜係數為 283 及 755（方程式 5），監測擬和結果則為 283〜285 與 721
〜1050，如圖 6- 45〜圖 6- 49 所示。
陸、尖峰因子
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，平均一小時強風作用下的數據 得到結果如圖 6- 50 表示。並與 Durst 所提出 C 地況的值作比較，如圖 6- 51；在 1〜5 秒時，20〜80 公尺處之 C（t）值都比 Durst curve 來得高，但 10〜3600 秒，
實場監測 C（t）值與 Durst curve 趨勢是一致的。圖 6- 52 迴歸在半對數座標下時 間與尖峰因子的線性擬合式。
表 6- 1 莫拉克與芭瑪颱風平均風速垂直分布指數α與紊流強度的比較（U(20) 風速 10〜11 m/sec）
順風向紊流強度 平均風速
垂直分布 指數α
100 公尺 80 公尺 60 公尺 40 公尺 20 公尺
莫拉克 0.2〜0.24 22.5% 20.8% 17.5% 17.0% 18.4%
芭瑪 0.2〜0.24 20.3% 15.6% 13.8% 12.5% 11.7%
資料來源：自行研究
表 6- 2 莫拉克與芭瑪颱風紊流尺度的比較
順風向紊流尺度(公尺)
100 公尺 80 公尺 60 公尺 40 公尺 20 公尺 莫拉克
U(20)風速 9.8m/sec
164.3 162.4 126.2 112.4 64.3
芭瑪
U(20)風速 8.3m/sec
122.1 103.9 93.7 71.1 37.7
資料來源：自行研究
表 6- 3 莫拉克與芭瑪颱風頻譜係數的比較
順風向頻譜係數 橫風向頻譜係數
100 公尺 80 公尺 100 公尺 100 公尺 80 公尺 80 公尺 莫拉克 70 59 1033 280 770 289
芭瑪 57 63 743 285 721 285 (von Karman 順風向係數為 70.8；橫風向係數為 755 及 283)
資料來源：自行研究
圖 6- 1 莫拉克颱風十分鐘歷時與經 EMD 過濾調整後之歷時 資料來源：自行研究
圖 6- 2 數據分析流程 資料來源：自行研究
圖 6- 3 莫拉克路徑圖 資料來源：中央氣象局
圖 6- 4 莫拉克風速歷時資料 資料來源：自行研究
圖 6- 5 莫拉克風向歷時資料 資料來源：自行研究
圖 6- 6 α值的變化（十分鐘平均）
資料來源：自行研究
圖 6- 7 風速剖面 資料來源：自行研究
圖 6- 8 不同風速下，紊流強度的比較 資料來源：自行研究
圖 6- 9 不同風速下，紊流強度的比較(20 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 10 不同風速下，紊流強度的比較(40 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 11 不同風速下，紊流強度的比較(60 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 12 不同風速下，紊流強度的比較(80 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 13 不同風速下，紊流強度的比較(100 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 14 順風向紊流尺度 資料來源：自行研究
圖 6- 15 順風向頻譜（20 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 16 順風向頻譜（40 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 17 順風向頻譜（60 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 18 順風向頻譜（80 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 19 順風向頻譜（100 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 20 橫風向頻譜（20 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 21 橫風向頻譜（40 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 22 橫風向頻譜（60 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 23 橫風向頻譜（80 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 24 橫風向頻譜（100 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 25 陣風因子與時間關係 資料來源：自行研究
圖 6- 26 實場尖峰因子與 Durst curve 值的比較 資料來源：自行研究
圖 6- 27 尖峰因子的線性擬合式 資料來源：自行研究
圖 6- 28 芭瑪颱風路徑 資料來源：中央氣象局
圖 6- 29 芭瑪颱風風速歷時資料 資料來源：自行研究
圖 6- 30 芭瑪颱風風向歷時資料 資料來源：自行研究
圖 6- 31 α值的變化（十分鐘平均）
資料來源：自行研究
圖 6- 32 風速剖面 資料來源：自行研究
圖 6- 33 不同風速下，紊流強度的比較 資料來源：自行研究
圖 6- 34 不同風速下，紊流強度的比較(20 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 35 不同風速下，紊流強度的比較(40 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 36 不同風速下，紊流強度的比較(60 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 37 不同風速下，紊流強度的比較(80 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 38 不同風速下，紊流強度的比較(100 公尺) 資料來源：自行研究
圖 6- 39 順風向紊流尺度 資料來源：自行研究
圖 6- 40 順風向頻譜（20 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 41 順風向頻譜（40 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 42 順風向頻譜（60 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 43 順風向頻譜（80 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 44 順風向頻譜（100 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 45 橫風向頻譜（20 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 46 橫風向頻譜（40 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 47 橫風向頻譜（60 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 48 橫風向頻譜（80 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 49 橫風向頻譜（100 公尺處）
資料來源：自行研究
圖 6- 50 陣風因子與時間關係 資料來源：自行研究
圖 6- 51 實場尖峰因子與 Durst curve 值的比較 資料來源：自行研究
圖 6- 52 尖峰因子的線性擬合式 資料來源：自行研究