莫拉克颱風實場監測分析

根據中央氣象局對於莫拉克的動態分析如下：8 月 4 日在菲律賓東北方約 1000 公里海面上生成。5 日增強為中度颱風並向西移動。6 日 17 時左右暴風圈 逐漸進入台灣東部近海，強度持續增強並繼續向西移動。7 日 2 時左右路徑略為 偏南，5 時左右移動速度略為減慢，並朝西北西至偏西的方向移動，其暴風圈已 逐漸進入台灣東部陸地，17 時左右轉向西北方向移動，移速仍然緩慢，暴風圈 已籠罩台灣各地，23 時 50 分左右在花蓮市附近登陸。8 日 2 時強度略為減弱，

並於 5 時左右轉為偏北前進，11 時左右減弱為輕度颱風並往西北方向移動，14 時左右於桃園附近出海，並繼續向北北西緩慢移動。颱風路徑，如圖 6- 3 所示。

壹、歷時分析

莫拉克颱風之風場特性量測從 2009 年 8 月 7 日早上六點至 2009 年 8 月 8 日凌晨五點。就 20 公尺處之風速計進行歷時分析：莫拉克颱風尚未登陸花蓮時，

其平均風速約 8〜15 m/s。當 8 日凌晨一點至四點（颱風準備登陸花蓮前後）後 有較低的風速約為 3〜7 m/s。莫拉克颱風因登陸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 6- 4、圖 6- 5。

至於莫拉克颱風的方向：尚未登陸前，其風向主要維持東北東至東北風；當 颱風登陸後，其風向從東北風漸漸地轉向東南風向。本次颱風歷時資料（每十分 鐘一筆資料），五組不同高度的風速計所量測出的風向角都是相當一致。

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- 5 中，10 分鐘平均下，風速剖面α值計算的結果；當觀察風 速小於 5 m/s（20 公尺處），其α值都有偏高的現象產生，因此風速小於 5 m/s 的

資料給予省略。當風速 6〜10 m/s 時，α值約為 0.22〜0.35 之間；當風速 11〜17 m/s 時，α值約為 0.22〜0.3 之間。

為確定所分析之風速資料具有相同的平均風速，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 6- 6 所示：颱風記錄中風向角介於 30°~60

°(即東北東方向)的每小時平均風速剖面圖中顯示風速強度範圍 10 m/s<U(20)<17 m/s 內取三個不同風速（U20=10.1、13.0、14.5 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- 7 所示。

根據吾人的判斷，中央電台四周為海岸與鄉鎮郊區，其地況應該為 C（α＝

0.15）。此次風速量測α值，主要介於 B（α＝0.25）、C（α＝0.15）之間；故中 央電台所量測α值比吾人所推估的值稍微偏高一些。

參、紊流強度

為了瞭解不同風速下，其紊流強度剖面的變化，吾人取三個不同之一小時平 均風速（20 公尺處）分別為 15、11、7.4 m/s 進行比較分析，如圖 6- 8。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分別為 0.204、0.176、0.161；100 公尺高程處的紊流強度 則分別為 0.184、0.182、0.152。

從圖 6- 9 至圖 6- 13 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 12〜24 m/s 時，紊流強度值約為 10〜20％；

紊流強度不會隨著風速的增加，而有重大的變化。在 20〜80 公尺處：當平均風 速小於 5 m/s 時，其紊流強度剖面都會有明顯的增加。

肆、紊流尺度

取三個不同風速（U20=8.1、9.8、12.8 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- 14。順風向紊流尺度在 100 公尺處為 121〜164 公尺；60 公尺處為 100〜119 公尺；20 公尺處為 44〜66 公尺。因莫拉克所量測 的平均風速較低，並無法明顯看出順風向紊流尺度隨著平均風速增加而增加的趨 勢。

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- 15〜圖 6- 19 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），而實場監測結果分析並求出最佳化擬合的係數範圍為 54〜76。

橫風向頻譜係數為 283 及 755（方程式 5），監測擬和結果則為 270〜289 與 770

〜1286，如圖 6- 20〜圖 6- 24 所示。

綜合上述的結果：此次實場監測所量得數據之與 Von-Karman 所提出的經驗 公式是相當吻合的。

陸、尖峰因子

尖峰因子為時間的函數，在實場監測數據中有 5 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，平均一小時強風作用下的數據得到結果如圖 6- 25 表示。並與 Durst 所提出 C 地況的值作比較，如圖 6- 26；在 1〜5 秒時，實場監測 C（t）值都比 Durst curve 來得高，但 10〜3600 秒，實場監測 C（t）值與 Durst curve 是相當吻 合的。圖 6-27 迴歸在半對數座標下時間與尖峰因子的線性擬合式。