季內振盪對颱風伴隨西南氣流之影響

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(1)國立臺灣師範大學地球科學研究所碩士論文. 指導教授：簡芳菁博士鄒治華博士. 季內振盪對颱風伴隨西南氣流之影響 The Impact of Intra-seasonal Oscillation on the Southwesterly Flow Associated with Typhoon. 研究生：陳怡秀撰. 中華民國 106 年一月.

(2) 致謝轉眼間要離開待了六年的師大校園，曾經那麼期待這一刻的到來，但真正面對時又好像有一點不捨呢。一路以來，受到了太多人的幫助才可以順利完成研究。首先最感謝的當然是指導教授簡芳菁老師與共同指導的鄒治華老師，謝謝兩位老師一路協助建構了整篇論文的架構，包容我一開始經常一臉茫然的提問，且耐心指導，讓我的研究生涯過得非常充實。感謝玉秀、姿吟、士然、彥超、筑方、世豪、沛語，大氣組的各位學長姐給予許多模擬程式與實驗相關的指導，並在氣象分析上提出許多建議，這份研究多虧有你們才能順利完成。謝謝健宇、家輝、南州、耀立、玠堯、奕叡、佳翰、若涵、琬喬、慈瑩，這群研究好夥伴和大學老朋友讓生活不孤單苦悶，研究室有你們總是充滿笑聲。謝謝那個瘋狂暑假中的寶可夢團，讓頹廢研究生適時地保持運動。謝謝許許多多的朋友們，關心著我的生活。謝謝總陪在我右手邊的你，在我無助時給的安全感。最後要感謝我的家人，讓我的生活無後顧之憂，謝謝你們總是無條件支持我的想法。小時候總喜歡作著不切實際的夢，但熱情被時間一點一滴地消磨後難免灰心喪志，能夠完成研究也要謝謝堅持下去的自己。最後以此論文，紀念自己勇敢踏出的這一步。. i.

(3) 摘要颱風離臺後所伴隨的西南氣流，往往同時伴隨長時間的強降雨，有時甚至比颱風本身造成之降雨更為劇烈。然而並非所有颱風個案皆與西南氣流共伴，為瞭解大尺度環境(包括 MJO、QBWO 等季內振盪) 是否在其中扮演重要角色，本研究選取發生西南氣流共伴之颱風個案，如敏督利(2004)、卡玫基(2008)、鳳凰(2008)、莫拉克(2009)、潭美 (2013)，使用 WRF 模式模擬，並進行系集平均分析。移除 MJO 環流後對颱風駛流的改變並不顯著，但臺灣海峽附近之西風、水氣量、水氣通量的輻合均變小，使西南氣流降雨減少。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，當移除 QBWO 後，使颱風路徑改變，颱風環流與南海的豐沛水氣無法互相連結，且西南風不足的情況下無法將對流雨帶推往陸地；亦或是颱風路徑大幅偏離，導致颱風中心遠離臺灣，皆致使大量降雨發生於海面上。而路徑差異較小之個案，移除 QBWO 後的模擬結果在臺灣海峽之西南氣流強度明顯不如移除 MJO 之結果，故臺灣西南方的共伴降雨大幅減少。以中尺度之觀點分析，QBWO 對颱風伴隨西南氣流的影響明顯大於 MJO。歸納上述，季內振盪改變亞洲與西北太平洋地區大尺度環境場，產生有利颱風伴隨西南氣流之條件，進而使共伴降雨增強。關鍵字：颱風，季內振盪，西南氣流，數值模擬. ii.

(4) 目錄致謝 ..................................................... i 摘要 .................................................... ii 目錄 ................................................... iii 圖表目錄 ................................................. v 第一章前言 .............................................. 1 1.1 文獻回顧 ........................................... 1 1.2 研究動機 ........................................... 7 第二章資料來源與研究方法 ............................... 10 2.1 濾波方法選擇 ...................................... 10 2.2 WRF 模式簡介 ....................................... 11 2.3 資料來源 .......................................... 13 2.4 個案篩選 .......................................... 13 2.5 模式設定與實驗設計................................. 14 第三章敏督利颱風分析 ................................... 17 3.1 觀測資料分析 ...................................... 17 3.2 綜觀尺度濾波分析................................... 19 ii.

(5) 3.3 模擬結果與觀測校驗................................. 22 3.4 颱風氣流與強度 .................................... 25 3.5 中尺度對流分析 .................................... 26 3.6 累積降雨分析 ...................................... 26 3.7 西南氣流分析 ...................................... 27 3.7.1 臺灣海峽分析 ................................... 28 3.7.2 南海水氣分析 ................................... 31 3.8 小節 .............................................. 33 第四章季內振盪與西南氣流強度之關係 ..................... 35 4.1 個案簡介 .......................................... 35 4.2 濾波之氣流與水氣分佈............................... 39 4.3 路徑與駛流 ........................................ 44 4.3.1 北行颱風 ....................................... 45 4.3.2 西行颱風 ....................................... 47 4.4 西南氣流分析 ...................................... 48 4.5 小結 .............................................. 56. iii.

(6) 第五章結論 ............................................. 58 參考文獻 ................................................ 65 附圖 .................................................... 69. iv.

(7) 圖表目錄表 2.1 實驗設計，左欄為實驗組之初始場資料處理方式，右欄為和 CTL 組相減之下可獲得之資訊。.............................................................. 69 表 2.2 個案資訊，分別為五個伴隨西南氣流颱風個案在進行濾波所選取時間範圍、模擬之系集平均與平均期間、定義之伴隨西南氣流時期與模擬所使用參數組合。..............................................................69 圖 1.1 中央氣象局之影響臺灣地區颱風路徑分類圖(1911－2015 年)。 ..............................................................................................................70 圖 2.1 WRF 模式示意圖，取自 WRF 手冊。.............................................. 70 圖 2.2 WRF 模式設定巢狀網格範圍，domain 解析度由外至內分別為 45 km、 15 km、3 km。....................................................................................70 圖 3.1 中央氣象局觀測之敏督利颱風路徑，由 2004 年 6 月 23 日 0600 UTC 至 7 月 4 日 0000 UTC，每 6 小時一筆資料。.......................... 71 圖 3.2 中央氣象局地面天氣圖，2004 年 7 月(a) 1 日 0000 UTC (b) 2 日 0000 UTC (c) 2 日 1200 UTC (d) 3 日 0000 UTC。................. 72 圖 3.3 中央氣象局提供之雷達回波圖，12 小時一張，2004 年 (a)7 月 1 日 0000UTC (b) 7 月 1 日 1200UTC (c)7 月 2 日 0000UTC (d) 7 月 2 日 1200UTC (e)7 月 3 日 0000UTC (f) 7 月 3 日 1200UTC 。 .............................................................................................................. 74 圖 3.4 自動雨量站觀測之累積降雨圖，單位為 mm ，2004 年 7 月 (a) 1 日 0000 UTC 至 2 日 0000 UTC (b) 2 日 0000 UTC 至 3 日 00UTC (c) 3 日 0000 UTC 至 4 日 0000 UTC (d) 1 日 0000 UTC 至 4 日 0000UTC 。 .............................................................................................................. 75 圖 3.5 2004 年 5 月 28 日至 10 月 4 日南海與台灣附近地區(15⁰N~25⁰N， 115⁰E~125⁰E)之平均 850 hPa U 風場振盪圖，紅線區域為敏督利颱風期間(2004 年 7 月 1 日至 4 日) (a)未濾波風場 (b)MJO (c)QBWO 。 .............................................................................................................. 76 圖 3.6 敏督利颱風期間 850 hPa 風場(箭頭，單位 m s-1)與比溼(色階， -3. -1. 單位 10 kg kg )四天演變，2004 年 (a)7 月 1 日 (b)7 月 2 日 (c)7 月 3 日 (d)7 月 4 日。..................................................................... 77 圖 3.7 同圖 3.6，但為濾波之 MJO 風場與比溼。.................................. 77 圖 3.8 同圖 3.6，但為濾波之 QBWO 風場與比溼。................................ 78 圖 3.9 敏督利颱風觀測與模擬路徑圖，由 2004 年 7 月 1 日 0000 UTC 至 4 日 0000 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。..................................... 78 圖 3.10 敏督利颱風模擬路徑誤差，橫軸為模擬時間，單位為小時；縱軸為距離，單位為公里；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO v.

(8) 組。...................................................................................................... 79 圖 3.11 敏督利颱風觀測與模擬最低中心氣壓，橫軸為模擬時間，單位為小時；縱軸為中心氣壓，單位為 hPa；黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。..................................... 79 圖 3.12 敏督利颱風觀測與模擬最大風速，橫軸為模擬時間，單位為小時；縱軸為最高風速，單位為 m s-1；黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線為 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。........................................ 79 圖 3.13 CTL 組模擬敏督利颱風侵襲台灣期間之雷達回波圖，單位為 dBZ，間隔每十二小時一張，2004 年(a)7 月 1 日 1200 UTC；模擬 12hr (b)7 月 2 日 0000 UTC；模擬 24hr (c)7 月 2 日 1200 UTC；模擬 36hr (d)7 月 3 日 0000 UTC；模擬 48hr (e)7 月 3 日 1200 UTC；模擬 60hr (f)7 月 4 日 0000 UTC；模擬 72hr。........................................................ 80 圖 3.14 CTL 組模擬之敏督利颱風侵期間 24 小時累積降雨圖，色階為累積雨量，單位為 mm ，2004 年 (a)7 月 1 日 0000 UTC 至 2 日 0000 UTC (b)7 月 2 日 00 UTC 至 3 日 0000 UTC (c)7 月 3 日 0000 UTC 至 4 日 0000 UTC。..................................................................................... 81 圖 3.15 敏督利颱風模擬之計算駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；橘線為 NMJO 組；灰線為 NQBWO 組(a)U 方向 (b)V 方向。......................... 82 圖 3.16 同圖 3.13，但為 NMJO 組。........................................................ 83 圖 3.17 同圖 3.13，但為 NQBWO 組。...................................................... 84 圖 3.18 同圖 3.14，但為 NMJO 組。........................................................ 85 圖 3.19 同圖 3.14，但為 NQBWO 組。...................................................... 86 圖 3.20 2004 年 7 月 2 日之全臺累積降雨相減圖，單位為 mm，(a)為 CTL-NMJO，(b)為 CTL-NQBWO。......................................................... 87 圖 3.21 南海與台灣海峽區域剖面範圍示意圖，15⁰N~24⁰N，118⁰E~120⁰E 經向平均，21.5N 以北代表進入台灣海峽南端。........................... 87 圖 3.22 台灣西南方及南海範圍，B：21⁰N~24⁰N，118⁰E~120⁰E ；C： 15⁰N~21⁰N，110⁰E~120⁰E。 ............................................................... 87 圖 3.23 敏督利颱風模擬之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨 (色階，單位為 mm)時序圖，2004 年 7 月 1 日 0600 UTC 至 4 日 0000 UTC，黑框處為 CTL 組伴隨西南氣流時期之明顯降雨，(a)CTL 組 (b)NMJO 組(c)NQBWO 組。.................................................................. 88 圖 3.24 同圖 3.23，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖，白框處為第一波水氣傳送，黑框處則為第二波。.......................................... 89 圖 3.25 同圖 3.23，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序 vi.

(9) 圖，藍框處為伴隨西南氣流時期產生顯著的輻合區域。.............. 89 圖 3.26 同圖 3.23，但為 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1) 時序圖，白框處為伴隨西南氣流時期產生的強風速區域。.......... 90 圖 3.27 同圖 3.26，但色階為 850 hPa U 風場，單位為 m s-1，黑框處為伴隨西南氣流時期產生的強風速區域。...................................... 90 圖 3.28 圖 3.22 顯示之 B、C 範圍內平均 700~900 hPa 水氣混合比積分時序圖，單位為 m kg kg-1，時間為 2004 年 7 月 1 日 0000 UTC 至 4 日 0000 UTC；黑線為 CTL 組；綠線為 NMJO 組；藍線為 NQBWO 組。 .............................................................................................................. 91 圖 3.29 CTL 組 850hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)與 700~900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1) ，2004 年 7 月 (a)1 日 0000 UTC (b)2 日 0600 UTC (c)2 日 1200 UTC (d)3 日 0000 UTC (e)3 日 0600 UTC (f)4 日 0000 UTC。..................................................... 92 圖 3.30 同圖 3.29，但為 NMJO 組。........................................................ 93 圖 3.31 同圖 3.29，但為 NQBWO 組。......................................................94 圖 4.1 中央氣象局觀測之卡玫基颱風路徑，自 2008 年 7 月 14 日 0600 UTC 至 20 日 0000 UTC，每六小時一筆資料。................................ 95 圖 4.2 卡玫基颱風期間降雨，2008 年(a)7 月 17 日 1200 UTC-18 日 1200 UTC (b)7 月 18 日 1200 UTC-19 日 1200 UTC。.............................. 95 圖 4.3 中央氣象局觀測之鳳凰颱風路徑，自 2008 年 7 月 22 日 0000 UTC 至 29 日 1200 UTC，每六小時一筆資料。....................................... 96 圖 4.4 鳳凰颱風伴隨西南氣流時期降雨，2008 年 7 月 28 日 1200 UTC 至 29 日 1200 UTC。........................................................................... 96 圖 4.5 中央氣象局觀測之莫拉克颱風路徑，自 2009 年 8 月 2 日 0600 UTC 至 11 日 0000 UTC，每六小時一筆資料。....................................... 97 圖 4.6 莫拉克颱風伴隨西南氣流時期降雨，2009 年 8 月 8 日 0000 UTC 至 9 日 0000 UTC。............................................................................. 97 圖 4.7 中央氣象局觀測之潭美颱風路徑，自 2013 年 8 月 16 日 0000 UTC 至 22 日 0600 UTC，每六小時一筆資料。....................................... 98 圖 4.8 潭美颱風伴隨西南氣流時期降雨，2013 年 8 月 21 日 1200 UTC 至 22 日 1200 UTC。........................................................................... 98 圖 4.9 2008 年、2009 年、2013 年 6 月 8 日至 10 月 15 日南海與台灣附近地區(15⁰N~25⁰N，115⁰E~125⁰E)之平均 U 風場振盪圖，紅線區域 (1)為卡玫基颱風期間(7 月 17 日至 20 日)；紅線區域(2)為鳳凰颱風期間(7 月 27 日至 30 日) ；紅線區域(3)為莫拉克颱風期間(8 月 7 日至 10 日)；紅線區域(4)為潭美颱風期間(8 月 20 日至 23 日)， (a)2008 年風場(b) 2008 年 MJO(c) 2008 年 QBWO(d)2009 年風場(e) 2009 年 MJO(f) 2009 年 QBWO(g)2013 年風場(h) 2013 年 MJO(i) vii.

(10) 2013 年 QBWO。.................................................................................... 99 圖 4.10 卡玫基颱風期間 850 hPa 風場(箭頭，單位 m s-1)與比溼(色階，單位 10-3 kg kg-1)四天演變，2008 年 7 月(a)17 日(b)18 日(c)19 日(d)20 日。..................................................................................... 101 圖 4.11 同圖 4.10，但為濾波之 MJO 風場與比溼。............................ 101 圖 4.12 同圖 4.10，但為濾波之 QBWO 風場與比溼。.......................... 102 圖 4.13 鳳凰颱風期間 850 hPa 風場(箭頭，單位 m s-1)與比溼(色階，單位 10-3 kg kg-1)四天演變，2008 年 7 月(a)27 日(b)28 日(c)29 日(d)30 日。..................................................................................... 102 圖 4.14 同圖 4.13，但為濾波之 MJO 風場與比溼。............................ 103 圖 4.15 同圖 4.13，但為濾波之 QBWO 風場與比溼。.......................... 103 圖 4.16 莫拉克颱風期間 850 hPa 風場(箭頭，單位 m s-1)與比溼(色階，單位 10-3 kg kg-1)四天演變，2009 年 8 月(a)7 日(b)8 日(c)9 日(d)10 日。.................................................................................................... 104 圖 4.17 同圖 4.16，但為濾波之 MJO 風場與比溼。............................ 104 圖 4.18 同圖 4.16，但為濾波之 QBWO 風場與比溼。.......................... 105 圖 4.19 潭美颱風期間 850 hPa 風場(箭頭，單位 m s-1)與比溼(色階，單位 10-3 kg kg-1)四天演變，2013 年 8 月(a)20 日(b)21 日(c)22 日(d)23 日。..................................................................................... 105 圖 4.20 同圖 4.19，但為濾波之 MJO 風場與比溼。............................ 106 圖 4.21 同圖 4.19，但為濾波之 QBWO 風場與比溼。.......................... 106 圖 4.22 (a)督利颱風觀測與模擬之系集平均路徑圖，由 2004 年 7 月 1 日 0600 UTC 至 3 日 1200 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (b)敏督利颱風模擬之系集平均之計算 U 方向駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (c)同(b)，但為 V 方向。 ............................................................................................................ 107 圖 4.23 (a)卡玫基颱風觀測與模擬之系集平均路徑圖，由 2008 年 7 月 17 日 1200 UTC 至 19 日 1800 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (b)卡玫基颱風模擬之系集平均之 U 方向計算駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；紅線為 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (c) 同(b)，但為 V 方向。 ............................................................................................................ 108 圖 4.24 (a)鳳凰颱風觀測與模擬之系集平均路徑圖，由 2008 年 7 月 27 日 1200 UTC 至 29 日 1800 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (b)鳳凰 viii.

(11) 颱風模擬之系集平均之計算 U 方向駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；紅線為 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (c) 同(b)，但為 V 方向。 ............................................................................................................ 109 圖 4.25 (a)莫拉克颱風觀測與模擬之系集平均路徑圖，由 2009 年 8 月 7 日 0600 UTC 至 9 日 1200 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (b)莫拉克颱風模擬之系集平均之計算 U 方向駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；紅線為 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (c) 同(b)，但為 V 方向。 ............................................................................................................ 110 圖 4.26 (a)潭美颱風觀測與系集平均路徑圖，由 2013 年 8 月 20 日 1800 UTC 至 23 日 0000 UTC，每 6 小時一筆資料，黑線為觀測資料；藍線為 CTL 組；紅線 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (b)潭美颱風模擬之系集平均之計算 U 方向駛流，每 6 小時一筆資料，橫軸為時間，單位為小時；縱軸為風速，單位為 m s-1；藍線為 CTL 組；紅線為 NMJO 組；綠線為 NQBWO 組。 (c) 同(b)，但為 V 方向。........... 111 圖 4.27 敏督利颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1)時序圖，2004 年 7 月 1 日 0600 UTC 至 3 日 1200 UTC， (a)CTL 組(b)NMJO 組(c)NQBWO 組。 ............................................................................................................ 112 圖 4.28 同圖 4.27，但色階為 850 hPa U 風場。................................ 112 圖 4.29 同圖 4.27，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖。......... 113 圖 4.30 同圖 4.27，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序圖。.................................................................................................... 113 圖 4.31 敏督利颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨(色階，單位為 mm)時序圖，2004 年 7 月 1 日 1200 UTC 至 3 日 1200 UTC， (a)CTL 組(b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。.......... 114 圖 4.32 敏督利颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2004 年 7 月 2 日 00 UTC 至 3 日 00UTC)之 24 小時累積降雨(a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。............................................................................. 115 圖 4.33 敏督利颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2004 年 7 月 2 日 00 UTC 至 3 日 00UTC)之 24 小時累積降雨差異，(a)為 CTL-NMJO， (b)為 CTL-NQBWO。........................................................................... 115 圖 4.34 鳳凰颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1)時序圖，2008 年 7 月 27 日 ix.

(12) 1200 UTC 至 29 日 1800 UTC， (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。 ............................................................................................................ 116 圖 4.35 同圖 4.34，但色階為 850 hPa U 風場。................................ 116 圖 4.36 同圖 4.34，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖。......... 117 圖 4.37 同圖 4.34，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序圖。.................................................................................................... 117 圖 4.38 鳳凰颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨(色階，單位為 mm)時序圖，2008 年 7 月 27 日 1200 UTC 至 29 日 0000 UTC， (a)CTL 組(b)NMJO 組(c)NQBWO 組。.......... 118 圖 4.39 鳳凰颱風模擬之系集平均伴隨西南氣流時期(2008 年 7 月 28 日 12 UTC 至 29 日 12UTC)之 24 小時累積降雨(a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。............................................................................. 119 圖 4.40 鳳凰颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2008 年 7 月 28 日 12 UTC 至 29 日 12UTC)之 24 小時累積降雨差異，(a)為 CTL-NMJO， (b)為 CTL-NQBWO。........................................................................... 119 圖 4.41 潭美颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1)時序圖，2013 年 8 月 20 日 1800 UTC 至 23 日 0000 UTC， (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。 ............................................................................................................ 120 圖 4.42 同圖 4.41，但色階為 850 hPa U 風場。................................ 120 圖 4.43 同圖 4.41，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖。......... 121 圖 4.44 同圖 4.41，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序圖。.................................................................................................... 121 圖 4.45 潭美颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨(色階，單位為 mm)時序圖，2013 年 8 月 20 日 1800 UTC 至 22 日 1800 UTC， (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。...... 122 圖 4.46 潭美颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2013 年 8 月 21 日 1200 UTC 至 22 日 00 UTC)之 24 小時累積降雨(a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。............................................................................. 123 圖 4.47 潭美颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2013 年 8 月 21 日 1200 UTC 至 22 日 1200 UTC)之 24 小時累積降雨差異，(a)為 CTL-NMJO，(b)為 CTL-NQBWO。....................................................... 123 圖 4.48 卡玫基颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1)時序圖，2008 年 7 月 x.

(13) 17 日 1200 UTC 至 19 日 1800 UTC， (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。.................................................................................................... 124 圖 4. 49 同圖 4.48，但色階為 850 hPa U 風場。............................ 124 圖 4.50 同圖 4.48，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖。......... 125 圖 4.51 同圖 4.48，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序圖........................................................................................................ 125 圖 4.52 卡玫基颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨(色階，單位為 mm)時序圖，2008 年 7 月 17 日 1200 UTC 至 19 日 1200 UTC， (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。...... 126 圖 4.53 卡玫基颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2008 年 7 月 18 日 12 UTC 至 19 日 12UTC)之 24 小時累積降雨 (a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。............................................................................. 127 圖 4.54 卡玫基颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2008 年 7 月 18 日 12 UTC 至 19 日 12UTC)之 24 小時累積降雨差異，(a)為 CTL-NMJO，(b)為 CTL-NQBWO。....................................................... 127 圖 4.55 莫拉克颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面 850 hPa 風場(箭頭，風向；色階，單位為 m s-1)時序圖，2009 年 8 月 7 日 0600 UTC 至 9 日 1200 UTC， (a)CTL 組(b)NMJO 組(c)NQBWO 組。 ............................................................................................................ 128 圖 4.56 同圖 4.55，但色階為 850 hPa U 風場。................................ 128 圖 4.57 同圖 4.55，但為 700-900 hPa 水氣混合比積分(色階，單位為 m kg kg-1)與 850 hPa 風場(箭頭，單位為 m s-1)時序圖。......... 129 圖 4.58 同圖 4.55，但為 700-900 hPa 水氣通量積分(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)與水氣通量積分輻合(色階，單位為 10-3 kg m-2 s-1)時序圖。.................................................................................................... 129 圖 4.59 莫拉克颱風模擬之系集平均之台灣海峽南端與南海剖面六小時累積降雨(色階，單位為 mm)時序圖，2009 年 8 月 7 日 0600 UTC 至 9 日 0600 UTC， (a)CTL 組(b)NMJO 組(c)NQBWO 組。............ 130 圖 4.60 莫拉克颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2009 年 8 月 8 日 00 UTC 至 9 日 00UTC)之 24 小時累積降雨(a)CTL 組 (b)NMJO 組 (c)NQBWO 組。................................................................................... 131 圖 4.61 莫拉克颱風模擬之系集平均於伴隨西南氣流時期(2009 年 8 月 8 日 00 UTC 至 9 日 00UTC)之 24 小時累積降雨差異，(a)為 CTL-NMJO， (b)為 CTL-NQBWO。........................................................................... 131. xi.

(14) 第一章. 前言. 1.1 文獻回顧亞洲季風區的夏季天氣與氣候現象，深受夏季季風與西北太平洋上的熱帶氣旋影響(Wang and Chen 2008)。東亞夏季季風的低層環流由太平洋副熱帶高壓、從北印度洋延伸到菲律賓海的季風槽，和沿著兩者之間發展的梅雨雨帶組成。三者之間的活躍性消長，與範圍的移動，構成了夏季季風的生命週期(Chen et al. 2004)。當季風肇始後，季風環流的移動與活躍程度受兩種季內振盪 (intraseasonal oscillation；ISO)主導，分別是周期 30-60 天的季內振盪 (Madden–Julian oscillation；MJO)和 10-20 天的準雙週振盪(quasi-biweekly oscillation；QBWO)。典型的 MJO 為行星尺度，在冬季的熱帶太平洋與印度洋以交錯提升/抑制深對流的型式向東傳遞(Madden and Julian 1971, 1972; Wang and Rui 1990)。但北半球夏季的季內振盪遠比冬季複雜，向西、向北、向東等多種低頻傳播模式同時並存且彼此產生交互作用。Kemball-Cook and Wang (2001) 指出，在西北太平洋的夏季，MJO 會向西北傳播，影響到季風槽的活動，例如季風槽的加深減弱、南北移動、東伸西退，也連帶影響到颱風的生成與路徑。QBWO 自西北太平洋以氣旋/反氣旋的波列系統向西. 1.

(15) 往南海移動，它的起源被認為與赤道地區的 Rossby wave 密切相關 (Kikuchi and Wang 2009；Chen and Sui 2010)。其空間尺度比 MJO 小得多，但對南海季風的肇始同樣佔有重要地位(Chen et al. 2000, 2009)。一般而言，亞洲夏季季風的活動主要由 MJO 所主導，而 QBWO 則進行地區性調整 (Mao and Chan 2005)。西北太平洋是颱風生成最活躍的地區之一，前人眾多研究發現，大尺度的環流如季風環流、季風槽、熱帶低壓擾動等皆會影響颱風的生成數量(Gray 1979；Chen et al. 1998; Chen et al. 2004)，颱風會在一到兩周之間密集生成，再以相同的週期在一到兩周之間沉寂，這兩者相似的周期使颱風的生成被認為與季內振盪具有一定關連。而 Huang et al. (2011) 的研究也證實，約有 70%的西北太平洋颱風在季內振盪的活躍期間生成。另一方面，向西直行或往北折返的颱風路徑有季內尺度的交替，直行的颱風一般都連結到增強的副熱帶高壓，而折返的颱風通常與季風槽的加深進而增強西風有關，此現象亦對應到 MJO 的活躍與非活躍相位，而 QBWO 的演變則會影響往日本或菲律賓登陸的颱風數量(Harr and Elsberry 1991；Chen et al. 2009； Li and Zhou 2012)。其他研究更發現，往西直行的颱風若突然轉為東北折返的路徑，他們通常位於低層 MJO 環流的中心附近，或與 QBWO 環流有關。Carr. 2.

(16) and Elsberry (1995) 開創了這類型季內振盪改變颱風路徑與降雨分佈的研究，認為這種向西移動快速減速，同時在西北太平洋向北大幅加速的現象可能來自於與颱風和季風環流之間的交互作用。他們採用正壓渦度模型進行模擬，發現這個結果和季風環流 Rossby wave 能量分散產生的季風潮(monsoon surge)很相似。經由渦度平流的計算，颱風和 MJO、QBWO 尺度環流之間的相互作用產生的邊緣脊化能夠壓縮颱風環流，使颱風的東區或南區產生較強的南風或西風。增強的綜觀尺度的風使颱風中心北移，並進入太平洋副熱帶高壓所產生的西南風駛流當中(Wu et al. 2012)。 Hsu and Weng (2001) 更指出季風環流與對流系統的相互作用是季內振盪往西北傳播的關鍵因素之一。在傳播過程中，低層氣旋式距平導致季節性西南氣流增強，將水氣從南海往東北向西太平洋傳送。在對流系統的西北角出現明顯的水氣輻合，並導致大氣的潛在不穩定。偶合的環流-對流系統傾向於在不穩定的大氣中發展，因此導致季內振盪在西太平洋往西北傳播。臺灣位於亞洲大陸與西北太平洋的交界處，氣候環境受季風環流主宰，東亞季風與颱風造成的夏季降雨十分顯著(Chen et al. 1999; Kerns 2003)。臺灣的颱風季起始於五月，八到九月的颱風降雨頻率達到最高峰，此期間的颱風降雨貢獻甚至可達到全年的 40% (Wang and. 3.

(17) Chen 2008； Chen et al. 2007)。然而，颱風侵襲期間，除了帶來的降雨貢獻了民生用水之外，其伴隨的強風豪雨易造成重大災害，其中，短時間的的強降雨經常使洪水氾濫、山區發生土石流，對生命財產產生嚴重威脅。為此，颱風的降水預報便成為一重要課題。颱風的降雨分佈取決於其路徑、地形、移速以及大尺度環境場(Wu et al. 2011)，但臺灣位於颱風受季風環流作用北轉的關鍵區內，加上颱風環流與臺灣地形交互作用下，路徑預報難度增加。且中央山脈的存在雖然可以破壞颱風結構使其強度降低，但同時會造成路徑偏移，預報失準，也是迎風面累積大量降雨之主因。Lin et al. (2001)指出，地形效應對山區強降雨發生之貢獻大於颱風本身之對流雨帶。當颱風之暖溼空氣在迎風面受地形效應抬升後，其增加的垂直速度與溼度有利對流發展產生強降雨。 Chen et al. (2007) 統計了 1997 到 2002 年間臺灣 360 個雨量測站的資料，夏末到秋初是發生颱風造成暴雨事件的主要期間，對路徑往西或西北的颱風而言，在穿越中央山脈前臺灣東部屬於迎風面，而西南部在過山之後變成為迎風面，對應了東部與西南部是暴雨事件數目的高值區。Chang et al. (2012) 則將 1960 到 2011 的颱風根據中央氣象局的路徑分類挑選了路徑 2、路徑 3、路徑 4 三種主要直接跨越臺灣的類型進行分析(圖 1.1)。分為跨越北部、中部、南部等三. 4.

(18) 種東南-西北走向的路徑，並依據颱風登陸前後分為登陸前、登陸時、離臺後三個階段討論。路徑 2 與路徑 3 兩組路徑的颱風在登陸階段的降雨都比登陸前強，但颱風環流在位置上與西南風能配合得更好，加強地形效應。而在颱風中心離臺後的階段，路徑 4 的颱風引入的西南風降雨大多出現在南海上空，無法產生地形效應；路徑 2 與路徑 3 個案的降雨表現仍強，中心仍在臺灣海峽的颱風環流與季風共伴增強水氣通量，西南風在地形效應下使水氣通量輻合，於臺灣西南部產生更多降雨與中尺度對流系統。颱風環流在西南部迎風面造成的強降雨通常會跟著暴風圈移動，當颱風離開後對流雨帶便快速消散。但當颱風環流與季風環流交互作用，從南海引進的對流雨帶可能會在臺灣上空長時間滯留，產生的強降雨甚至可能比颱風本身造成的降雨更為劇烈。前人眾多研究發現，北行颱風與臺灣中部以北往西北行的颱風都是極為容易伴隨西南氣流的颱風路徑，敏督利颱風(Mindulle 2004)和莫拉克颱風(Morakot 2009)即為著名之案例(Chien et al. 2008；Lee et al. 2008；Wu et al. 2011)。簡與楊 (2009) 對 1950 至 2005 年伴隨西南氣流之北行颱風進行研究，探討南海及臺灣附近存在西南氣流造成強降雨之有利條件，結論有三：1)颱風離台前南海及東南亞上空已存在大量水氣。 2)颱風東側延伸出東北-西南走向密集的等重力位高度線，其強風速. 5.

(19) 帶隨颱風移動而北移。3)颱風離臺後移動偏慢，且季風槽與太平洋高壓之分佈會導致臺灣至南海北部的西南風增強。顯見颱風與大尺度環境的配合對後續共伴西南氣流之增強扮演相當重要的角色。 Chen and Shih (2012) 和 Chen et al. (2013) 分別針對中央氣象局分類路徑 6 和路徑 2 的北行與西北行颱風(圖 1.1)進行分析。他們發現相似路徑的颱風個案不一定都會伴隨西南氣流，因此認為這種引進西南氣流造成長時間強降雨的現象是季內振盪調節所產生的結果。無論是 MJO 尺度或 QBWO 尺度中有引進西南氣流的組別其北行颱風在臺灣北部的 850 hPa 流線場皆有氣旋式環流，亦即此時在臺灣南部有強西風/西南風，因此西南風增強帶來更多的南海的水氣使降雨加劇。另一方面，在 MJO 的氣旋式環流北移到臺灣的前幾天，副熱帶高壓東退會使其西部的東南風有助引導颱風往北行，解釋了北行颱風易產生西南氣流共伴的箇中原因。而引進西南氣流的西北行颱風行進方向與 MJO 和 QBWO 環流的移動方向是一致的。當颱風離臺後臺灣西北方有強氣旋式環流中心，此時的強西風有利引進南海的水氣。對西北行颱風而言，季內振盪產生的西風增強的位置與強弱將會決定臺灣西南部降雨的強度。. 6.

(20) 1.2 研究動機根據以上文獻回顧，季內振盪對颱風的生成、路徑等有顯著影響，兩者之間的交互作用更可能增強季節性西南氣流或改變颱風移動方向。MJO 所造成之氣旋式環流加強了太平洋季風槽，有利颱風的生成。當強西風引導颱風沿著副熱帶高壓西南邊緣北行折返，槽脊系統往北移動使臺灣北部出現氣旋式環流時，臺灣南部的季節性西南風因西南風距平而增強，與颱風環流共伴。若是副熱帶高壓西伸東風增強，颱風往西北直行，季內振盪也沿著相同的方向傳遞，這時臺灣的西北方有氣旋式環流中心，強西風距平有利從南海帶來水氣。潮溼的空氣經由強西南風與中央山脈輻合產生地形效應，在臺灣西部平原及山區短時間內大量降雨，極為容易造成災情。 2004 年的敏督利颱風於 6 月 23 日在關島北方海面上形成向西行進，6 月 30 日往北轉向，並在七月初侵襲臺灣。根據中央氣象局的資料，其於 7 月 1 日 1400 UTC 登陸花蓮，並在隔日上午於淡水河口附近出海。離開臺灣後持續北行在這段期間引入強烈西南氣流，造成臺灣中部與西南部超大豪雨，新竹、臺中、阿里山、日月潭等測站在 7 月 2 日至 7 月 4 日的累積降雨甚至超過了 7 月月平均降雨，嚴重災情被稱作「七二水災」。敏督利颱風本身為中度颱風，對臺灣並沒有造成直接的災害，造成中南部豪大雨災情的主要原因來自於後續的西. 7.

(21) 南氣流共伴，而這也代表此時有利颱風伴隨西南氣流的大尺度環境場扮演了重要角色。 2009 年的 8 月的莫拉克颱風在臺灣降下了破紀錄的降雨，總累積降雨高值區集中在嘉義與高雄、屏東山區，阿里山奮起湖測站在 8 月 6 日至 8 月 10 日期間累積降雨更高達 3060 mm。山區因超大豪雨導致大面積坍方與土石流，更發生小林村滅村等慘案，傷亡慘重被稱做「八八風災」。這樣的極端降雨的主因包含颱風侵襲期間移動速度緩慢和強勁的西南氣流。其中強勁的西南氣流共伴在臺灣產生強降雨又可以區分為兩個面向討論，其一是颱風結構的南北不對稱，其南側的強西南風與季風環流交互作用；二是南海地區低層水氣含量幾乎為近年之最，為西南氣流提供了豐沛的水氣供應，以至於大量水氣透過西南氣流移往臺灣陸地。而 Wu et al. (2011) 的研究認為颱風中心與 MJO 及 QBWO 環流三者的的中心近乎重合，增強西風抑制颱風往西，使其移動放緩。整體而言，莫拉克颱風的破紀錄降雨所造成的嚴重災情，是颱風環流與大尺度背景環流交互作用產生的結果。由上述兩個案可發現大尺度背景環流在颱風引進西南氣流造成強降雨事件上扮演重要角色，而亞洲季風區的大尺度環流的位置與強弱往往又受到季內振盪主宰。為了解季內振盪對颱風引進西南氣流之影響，過去多針對濾波後的結果直接進行分析，但較少直接進行數值. 8.

(22) 模擬之研究。本研究將模式初始場濾波後針對多個颱風進行模擬，探討 MJO 和 QBWO 分別對颱風伴隨西南氣流之影響。最後篩選出敏督利 (2004)、卡玫基(2008)、鳳凰(2008)、莫拉克(2009)和潭美(2013) 五個有伴隨西南氣流的颱風個案模擬，其中將北行與西北行颱風個案分開討論，探討不同路徑個案之差異。本研究共分為五個章節。前言包括文獻回顧及研究動機；第二章介紹資料來源與研究方法；敏督利颱風是季內振盪增強西南氣流最為明顯的個案，其模擬結果與分析討論將獨立呈現在第三章做深入探討；五個颱風個案合成分析與統計的結果將呈現於第四章；最後一章為結論與未來展望。. 9.

(23) 第二章資料來源與研究方法. 為了瞭解季內振盪對伴隨西南氣流颱風個案之影響，本研究選用小波轉換分別選取 MJO 和 QBWO 尺度之波段，並使用 WRF (Weather Research and Forecasting) 模式 3.4.1 版進行數值模擬。藉由模式之時間與空間高解析度資料，可助於掌握中尺度對流之演變，並深入分析西南氣流共伴強降雨之生成原因及其影響。. 2.1 濾波方法分析季內振盪的方法有相當多種，過去常見的濾波方法包含傳統的傅立葉轉換(Fourier Transform)和經驗正交函數分析(Empirical Orthogonal Function；EOF)，但當濾波需同時考慮頻率與時間區域的特性時，小波轉換是個相對合適的方法，因為它可以有效分析由多種時間尺度之區域性波動交互影響的現象(Weng and Lau 1994；Mark et al 1995 ； Torrence and Compo 1998) 。本研究所使用的是 Daubechies (1998) 的小波轉換，將週期 30-60 天的 MJO 波段和 10-20 天的 QBWO 波段分別濾出。而 Daubechies (1998) 的小波轉換除了可以保留區域特性之外，其基底函數還具有正交函數的特性，能定量估計各分量對總變化的相對貢獻(Daubechies 1992；Mark 1995 )。詳. 10.

(24) 細的介紹與應用，可參考鄒等(2000)。. 2.2 WRF 模式簡介 WRF(Weather Research and Forecasting)模式為一使用者眾多的中尺度數值天氣預報系統，能靈活且高效率的在不同計算平臺上進行平行運算，並提供多種使用者選擇，例如理想化模擬、資料同化、各種物理參數組合等等。模擬解析度可由數公尺至數千公里，在大氣科學研究中應用的領域與範圍廣泛。WRF 模式由美國大氣研究中心 (National Center for Atmospheric Research；NCAR)、美國國家海洋大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration； NOAA) 、美國國家環境預報中心 ((National Center for Environmental Prediction；NCEP)、美國預報系統實驗室(Forecast System Laboratory；FSL)、美國空軍氣象機構(Air Force Weather Agency；AFWA)、美國海軍研究實驗室(Naval Research Laboratory)、奧克拉荷馬大學 (University of Oklahoma) 與聯邦航空管理局 (Federal Aviation Administration；FAA)等單位共同合作研發，由 NCAR 負責維護及技術支援。本研究使用的模式版本為 2012 年 8 月釋出的 V3.4.1。 WRF 模式採用完全可壓縮非靜力模式，時間積分選用三或四階. 11.

(25) Runge-Kutta scheme，空間離散化為二至六階參數，水平方向使用 Arakawa C 網格，垂直方向採用會隨地形高度變化的 σ 座標，邊界條件則可直接使用內建參數，依需求設定理想化資料或使用實際觀測資料。模擬系統主要由兩大子系統所構成，分別為 WRF 預先處理系統 (WRF Preprocessing System；WPS)和 WRF 模式。WPS 用於設定地圖投影類型、WRF 網格範圍、解析度及垂直座標層數，並匯入地形與 GFS(Global Forecast System) 或 ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)等不同分析場或預報場資料，也可以在此階段進行濾波等資料處理，最後將資料內插到網格點上，以供後續 WRF 模式計算使用。WRF 模式中提供了許多不同的物理參數組合，包括積雲參數法、微物理過程、邊界層參數法等等，根據不同的大氣環境與尺度以及實驗設計的需求，選擇適合的參數加以模擬。此外，在模擬開始前可以加入觀測資料進行資料同化，改進模式初始場 (first guess)使其接近真實大氣狀態，進而改善模式模擬結果。常見的資料同化方法包含三維變分同化 (three-dimensional variational data assimilation ；. 3DVAR) 、四維變分同化. (four-dimensional variational data assimilation ； 4DVAR)、四維資料同化系統(four-dimensional data assimilation ； FDDA). 12.

(26) 與格點統計內插系統(Gridpoint Statistical Interpolation ； GSI)，近年更發展出結合系集預報與資料同化的技術如系集卡爾曼資料同化系統模式(Ensemble Kalman Filter ； EnKF)。輸出的模擬結果可利用 RIP4、GrADS、NCL 等繪圖軟體進行計算與繪圖，以利分析與討論。關於 WRF3.4.1 版知詳細內容與設定可參考 WRF 網站 (www.wrf-model.org/index.php) 或 WRF V3.4 使用手冊。. 2.3 資料來源本研究選用 ECMWF 提供的 ERA-interim 資料作為提供初始場與邊界條件的再分析場資料，每六小時一筆，水平空間解析度為 0.5⁰ X0.5⁰，垂直層數為 15 層，包含了重力位高度、溫度、水平風場、比溼、相對溼度以及 19 種地表資料。為了配合小波轉換程式設定，本研究中五個颱風個案分別下載 130 天資料進行濾波。敏督利颱風下載期間為 2004 年 5 月 28 日 0000 UTC 至 10 月 4 日 1800 UTC ，其餘 4 個個案分別為 2008 年、2009 年、 2013 年 6 月 8 日 0000 UTC 至 10 月 15 日 1800 UTC。. 2.4 個案篩選由於西南氣流並沒有明確的定義，本研究參考簡與楊(2009)之研. 13.

(27) 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 850 hPa 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。. 2.5 模式設定與實驗設計模式地圖使用蘭伯特投影法，三層巢狀網格設定(圖 2.2)，三層網格之間採用雙向交互作用(two-way interactive)，內層網格可將小尺度天氣系統回饋到外層，並改善粗解析度造成的誤差。網格中心經度 118.6⁰E，緯度 27.0⁰N，水平解析度依序 Domain1 (D1) 45 km，網格數 222×128；Domain2 (D2) 15 km，網格數 184×196；Domain3 (D3) 3 km，網格數 251×301，垂直層數共 45 層以 σ 座標表示，由底層至頂層依序為 1.0、0.995、0.988、0.98、0.97、0.96、0.945、0.93、 0.91、0.89、0.87、0.85、0.82、0.79、0.76、0.73、0.69、0.65、 0.61、0.57、0.53、0.49、0.45、0.41、0.37、0.34、0.31、0.28、 0.26、0.24、0.22、0.2、0.18、0.16、0.14、0.12、0.1、0.082、. 14.

(28) 0.066、0.052、0.04、0.03、0.02、0.01、0.0。模式設定中，積雲參數法、微物理過程、邊界層參數法的搭配組合對模擬結果影響為甚，以下將經多次實驗後颱風路徑及臺灣西南部降雨模擬結果最接近觀測的參數組合做為控制組(Control run)，簡稱 CTL 組。所有個案初始的邊界層參數法皆為 Yonsei University Scheme；積雲參數法都使用 Tiedtke Scheme；微物理過程選擇 WSM6 Scheme。但莫拉克和潭美的模擬結果不如預期，經多次測試將莫拉克的積雲參數法改為 Kain-Fritsch Scheme，微物理過程為 Goddary Scheme；潭美的微物理參數改成 SBU-YLin Scheme。如此一來臺灣西南部的西南氣流降雨以及颱風路徑將更符合觀測結果。亞洲季風區夏季的風場除了氣候尺度的西南季風之外，也包含了 10-20 天的 QBWO 和 30-60 天的 MJO 兩種季內振盪尺度，以及颱風等綜觀尺度擾動所帶來的貢獻。為了瞭解季內振盪是否對颱風在臺灣周遭伴隨西南氣流的程度造成影響，本研究設計兩組實驗對照組(表 2.1)，分別將 ECMWF 的再分析場移除季內振盪 10-20 天和 30-60 天的波段後當作初始場，簡稱 NQBWO 組和 NMJO 組。藉由控制組與實驗對照組的模擬結果交互比較，以分析季內振盪對颱風產生的影響。為了增加統計檢驗的可信度與代表性，每一個颱風個案都使用連續四個初始時間(間隔 6 小時)分別進行 72 小時的模擬，再將模擬時. 15.

(29) 間中重疊的 54 小時做四組的系集平均當作此個案的模擬結果代表。 72 小時的模式預報，在預報 48 小時後誤差會急遽增加，但初始時間的颱風中心若太接近陸地，也會使颱風的發展受到限制，模擬的強度與路徑受到干擾。因此，分析觀測降雨結果訂定的最強西南氣流共伴時期會落在重疊的第 18 至 42 小時或 24 至 48 小時，依據模擬的初始時間颱風中心離臺灣陸地的位置做些微調整。每個個案詳細的模擬時間、西南氣流共伴時期、參數組合等資訊可參考表 2.2。. 16.

(30) 第三章敏督利颱風分析. 敏督利颱風是北行颱風伴隨西南氣流之經典個案。本章首先針對敏督利颱風進行觀測分析，並將綜觀尺度環境濾波，分析不同尺度季內振盪在颱風影響臺灣期間的演變。並根據第二章之實驗設計分為三組模擬，以利比較與分析 MJO、QBWO 對颱風伴隨西南氣流之影響。模擬初始時間為 2004 年 7 月 1 日 0000 UTC，每組實驗皆進行 72 小時預報，使主要伴隨西南氣流的 7 月 2 日 0000 UTC 至 7 月 3 日 0000 UTC 落在模擬表現較佳的 24 至 48 小時預報範圍內，本章主要將針對此期間進行分析與討論。. 3.1 觀測資料分析根據中央氣象局提供的颱風路徑圖(圖 3.1)，敏督利颱風在 2004 年 6 月 23 日在關島北方海面上形成向西行進，6 月 26 日轉向西北，直到 6 月 30 日以接近 90°的大幅度轉向，持續往北。敏督利颱風一度在 6 月 27 日 1200 UTC 增強為中度颱風，直到 7 月 1 日 0000 UTC 時接近臺灣陸地，颱風環流受到地形阻擋而減弱成輕度颱風。由地面天氣圖(圖 3.2a)可看到，此時颱風中心位於臺灣東南方外海，中心氣壓 975 hPa，臺灣周遭受颱風外圍環流影響，東部迎風面吹東南風，. 17.

(31) 西南部則是西北風，而南海地區主要呈現季節性的西南風。颱風登陸後在 7 月 2 日 0000 UTC 到達北海岸(圖 3.2b)，颱風環流為臺灣海峽帶來西風，南海風向仍維持一致的西南風。7 月 2 日 1200 UTC 時(圖 3.2c)颱風中心已離臺並抵達臺灣西北方外海，中心氣壓減弱為 983 hPa，此時臺灣與南海上空皆為西南風。隨著颱風逐漸北移，7 月 3 日 0000 UTC 時 (圖 3.2d)中心遠離臺灣，移動至中國西部沿海，但臺灣與南海地區仍維持西南風。分析對流雨帶隨時間的演變，7 月 1 日 0000 UTC 時(圖 3.3a)颱風暴風圈接近陸地，東南部山區開始出現強回波，而西部背風面尚未有明顯對流產生。7 月 1 日 1200 UTC 時(圖 3.3b)颱風中心即將登陸，這時臺灣東半部沿著中央山脈因地形效應都產生了強對流。值得注意的是，此時颱風的南側環流開始與南海的西南氣流發生共伴，旺盛的對流帶往西南方延伸。當颱風登陸並過山後，7 月 2 日 0000 UTC 時到達北部沿海(圖 3.3c)，這個時候臺灣西南部成為迎風面，對流發展旺盛。12 小時過後(圖 3.3d)，颱風已移至中國西部沿海，但颱風結構受地形破壞後已無法直接從雷達回波圖看出中心位置。此時原本在南海上空的對流帶也一同北移到臺灣海峽南側，並發展成兩個劇烈的中尺度對流系統，西南部平原的強回波明顯。到了 7 月 3 日 0000 UTC 時 (圖 3.3e)，臺灣上空仍呈現一片西南-東北的回波帶，但強度已. 18.

(32) 開始減弱，直到 7 月 3 日 1200 UTC (圖 3.3f)，只剩下山區有零星的強對流。從敏督利颱風主要影響臺灣三天(2004 年 7 月 1 日至 7 月 3 日) 期間的 24 小時累積降雨圖(圖 3.4)可見，第一天降雨(圖 3.4a)多集中在東部，此時臺灣東部為迎風面，受暴風圈侵襲，颱風中心附近的強風與水氣和地形交互作用後產生大量降雨。第二天的累積降雨(圖 3.4b)包含了颱風中心過山後環流在西半部地區逐漸北移的貢獻，和西南氣流共伴後在西南部平原與山區產生的長時間強降雨。降水極值位在嘉義、高雄山區，日累積雨量甚至高達 700 mm 以上。第三天(圖 3.4c)的西南氣流共伴減緩，降雨集中在西半部山區。整體而言，從這三天的 72 小時累積降雨圖(圖 3.4d)可觀察到，臺灣大多數地區在這三天的累積降雨大於 300 mm，超過平均的 7 月月平均降雨，嘉義、高雄、屏東山區更是降下了超過 1200 mm 的驚人雨量。從觀測降雨的分析可以發現，敏督利颱風在離臺時伴隨強西南氣流造成的強降雨比颱風本身的降雨更為顯著。. 3.2 綜觀尺度濾波分析由文獻回顧(Chen and Shih 2012)得知敏督利颱風之所以伴隨強烈西南氣流是源自於季內振盪的影響，而本研究分析季內振盪的方法. 19.

(33) 如第二章所述，首先將臺灣及南海地區(115°E~125°E；15°N~25°N) 的 U 風場做區域平均得到圖 3.5a，再分別針對 MJO 與 QBWO 濾波後做同樣的區域平均得圖 3.5b 與圖 3.5c，以初步判斷不同尺度的季內振盪是否有利西南氣流共伴。當振盪時序圖的值大於 0 表示此時是西風相位，有利於西南氣流之共伴，反之則不利。未濾波風場(圖 3.5a) 包含了颱風環流與季節性西南季風，在敏督利颱風影響臺灣期間(7 月 1 日至 7 月 4 日)的強西風是顯而易見的。而 MJO 與 QBWO 的 U 風場 (圖 3.5b、c)在此期間均為西風相位，顯示兩者對西南氣流共伴皆有正貢獻。進一步分析 850 hPa 的風場與比溼在這段期間的演變。未濾波時大量水氣集中在敏督利颱風的中心附近，與颱風一起移動(圖 3.6a)。然而，在 7 月 2 日(圖 3.6b)時颱風環流的南側往南海方向延伸出一條水氣帶，此為颱風環流與西南氣流發生共伴所致。而這條在臺灣南端的水氣輸送帶一直持續到 7 月 4 日(圖 3.6c、d)仍然存在，只是強度略有降低。 MJO 的 850 hPa 風場在 7 月 1 日至 7 月 3 日(圖 3.7a~c)的臺灣上空皆有明顯的氣旋式環流，值得一提的是南海地區大範圍的水氣場皆為正值，大量的潮溼空氣自印度洋傳入，提供對流良好的發展條件。這樣的環境直到 7 月 4 日(圖 3.7d)才開始轉變，菲律賓附近的反氣. 20.

(34) 旋式環流開始發展，南海地區的水氣逐漸減少。圖 3.8 可以看到 QBWO 自西北太平洋以氣旋/反氣旋交錯的波列系統向西北移動的過程。7 月 1 日(圖 3.8a)時，臺灣位於氣旋式環流的東南象限，在菲律賓的東側同時有一個反氣旋式環流存在，兩者合流之下形成一條強勁的西南-東北水氣輸送帶，可以將遠在 5°N 左右的南海水氣一路帶到臺灣附近。7 月 2 日(圖 3.8b)的 850 hPa 環流位置分布不變，QBWO 仍然為臺灣上空增加了許多水氣，但風場和水氣場的強度皆稍微減弱。接下來的兩天東亞季風區進入了轉變為東風相位的過渡期，西南-東北的水氣帶雖然在 7 月 3 日(圖 3.8c)仍存在於臺灣上空，但強度明顯減弱，風場和水氣場的振盪幅度減小，到了 7 月 4 日(圖 3.8d)臺灣上空甚至出現了一個弱的反氣旋式環流，這時候的大尺度環境已不利於伴隨西南氣流。綜合上述討論，在 7 月 1 日至 7 月 3 日期間，無論是 MJO 或 QBWO 都為南海地區貢獻了豐沛的水氣，且在臺灣上空存在氣旋式環流，增強臺灣及南海附近的西南風，對敏督利颱風離臺後伴隨西南氣流造成正貢獻。然而，兩種不同尺度的季內振盪相比之下，QBWO 對西南氣流增強的貢獻似乎略勝一籌。. 21.

(35) 3.3 模擬結果與觀測校驗根據敏督利颱風觀測與 CTL 組路徑模擬結果(圖 3.9)，初始時間 CTL 組的颱風中心位於臺灣東南方海面上，與觀測位置有一些差異，可能是初始場使用的 ERA-interim 資料解析度(0.5°×0.5°)較粗造成的影響。在颱風中心登陸前(模擬時間的 0 至 12 h)路徑誤差(圖 3.10) 均小於 50 公里，而模擬的 18 h 路徑誤差突然急遽上升，這是因為敏督利颱風在登陸過山期間颱風的高低層中心分離，並在西南部外海形成了副中心，造成颱風中心定位困難，颱風離臺後(30 h)路徑誤差即下降。模擬後期颱風中心朝北北東方向前進，和觀測相較之下略為偏東，且移動速度較快，導致路徑誤差再度上升。搭配中心最低氣壓與最強風速趨勢圖(圖 3.11、圖 3.12)討論 CTL 組颱風強度變化。無論是颱風中心最低氣壓或最強風速，CTL 組與觀測兩者隨時間之變化趨勢一致。CTL 組在模擬期間颱風的強度改變不大，只有略微增強。與觀測相較之下，在模擬前期中心氣壓只有 987-982 hPa，強度稍弱，後期則偏強，不過在主要伴隨西南氣流的 30-48 h 強度十分接近，CTL 組模擬之中心氣壓可達到 982-984 hPa，與觀測之 983 hPa 幾乎沒有差異。整體而言，CTL 組模擬的颱風路徑移動趨勢與觀測接近，72 小時預報的路徑誤差均小於 200 公里，在本研究討論較為關鍵的伴隨西南氣流期間，CTL 組與觀測的颱風強度也幾乎一致。. 22.

(36) 從 CTL 組模擬之雷達回波圖(圖 3.13)可見，颱風即將登陸前(12h，圖 3.13a)，中心附近強回波分布與觀測(圖 3.3b)相似，強度略高。雖共伴區域的回波稍弱，導致颱風北移之後帶往陸地的西南氣流回波強度不如觀測，但東南側對流旺盛、與南海西南氣流共伴現象仍有良好之模擬。7 月 2 日 0000 UTC 到 7 月 2 日 1200 UTC 期間(圖 3.13b、 c)，颱風中心比觀測(圖 3.3c、d)位置更為偏南一些，以致於西南氣流造成陸地上的強回波部分也南偏到海面上。7 月 2 日 1200 UTC 臺灣海峽南端發展了兩個劇烈的條狀中尺度對流系統，被西南風帶往陸地，然而圖 3.13c 只有模擬到一個，南方海面上並未發展出中尺度對流系統，也使得臺南地區的對流強度明顯不如觀測。模擬到 48 h 時，西南-東北的對流帶仍然偏南，陸地上的高值區雖然與觀測相對應，但圖 3.13d 的臺灣東部上空甚至出現了一個空檔，與觀測到之強回波帶覆蓋整個臺灣上空的表現呈現差異，而臺灣東部上空的回波將隨西南風移往海面上，對陸地降雨的影響並不大。7 月 3 日 1200 UTC 時西南氣流共伴減弱，圖 3.13e 只剩下山區有零星的強回波，這部分觀測(圖 3.3f)與模擬結果相同。上述分析顯示，CTL 組的西南氣流共伴回波強度雖然略有不足，但陸地上西南部平原與山區對流發展旺盛處之模擬呈水準之上。最後校驗項目為 24 小時累積降雨。第一天(圖 3.14a)颱風環流. 23.

(37) 與中央山脈產生地形效應，大多數降雨出現在臺灣東部，花蓮北部與屏東山區累積降雨高達 600 mm 以上，明顯高估。第二天(圖 3.14b) 是西南氣流主要共伴期間，CTL 組的強對流帶偏南，導致降雨的分布也一併南移，恆春半島降雨過多，而高雄、屏東的山區降雨甚至高達 1000 mm 以上。和觀測(圖 3.4b)相較之下，雖然中部的降雨明顯低估，但西南部平原的降雨分佈與累積雨量有良好之模擬。模擬進行到最後 24 小時，颱風中心遠離，這一波西南氣流共伴也即將結束，只剩下山區有較多的降雨。觀測降雨(圖 3.4c)在這一天有兩個主要降雨高值區域，一為臺中山區，另一個則在南部山區。CTL 組(圖 3.14c)在臺中的高值區範圍太小，且累積降雨比觀測低估了 100 mm 左右，不過南部山區仍有良好之模擬。綜合以上分析，CTL 組對敏督利颱風的模擬強度接近，但颱風中心經過之處對流發展較觀測稍強，而西南氣流共伴之強度與觀測相較之下則略顯不足。在模擬的前 48 小時，CTL 組的颱風移速偏慢，且位置偏南，導致共伴的西南-東北走向強回波帶隨颱風北移的距離小於觀測，使得 7 月 2 日中部的累積降雨明顯低估，而西南部山區又過度高估。不過整體而言，CTL 組的模擬雖然在南部山區有過度預報的傾向，但無論是雷達回波或三天的 24 小時累積降雨的分佈與強度，西南部平原的預報都表現得相當不錯。. 24.

(38) 3.4 颱風氣流與強度為了瞭解季內振盪如何對颱風伴隨西南氣流造成影響，本研究將實驗分為三組，方法如第二章所述，分別以 NMJO 組、NQBWO 組與 CTL 組交互比較得到 MJO 與 QBWO 對增強西南氣流共伴的貢獻。由中心最低氣壓與最強風速趨勢圖(圖 3.11、圖 3.12)可見，三組模擬的颱風強度一開始都較觀測弱，後期則偏強，不過在主要西南氣流共伴的 24 到 48 h 期間強度接近。而三組之間的強度比較，CTL 組和 NMJO 組幾乎沒有差異，NQBWO 組則稍弱，比較結果三者十分接近，由此可知季內振盪對颱風本身的強度並不會造成太大影響。圖 3.9 呈現了三組模擬與觀測的路徑，NMJO 組和 CTL 組和觀測誤差並不大，但模擬後期 NMJO 組路徑又比 CTL 組更為偏東，兩組在 72 小時模擬期間的路徑誤差(圖 3.10)皆維持在 200 公里以內。NQBWO 組在模擬期間皆在臺灣西南方海面上打轉，並沒有登陸，也造成後續分析結果和前兩組有很大的差異。為了分析 NQBWO 組颱風行進方向異常的原因，分別計算三組模擬的駛流，以了解是否因季內振盪改變了背景環境場的風場，導致這個現象。本研究利用颱風中心半徑 300 公里範圍內，850、700、600、 500、400 hPa 的加權平均風推定颱風的駛流速度，區分為 U、V 兩個方向討論。由圖 3.15 顯示計算出 NQBWO 組的駛流甚小，使得少了引. 25.

(39) 導氣流的颱風在模擬期間皆在臺灣西南方海面上打轉。7 月 1 日的 QBWO 風場圖(圖 3.8a)顯示，臺灣西北方的氣旋式環流與菲律賓的東側的反氣旋式環流兩者合流之下產生強西南風，由此可得知，敏督利颱風之北行駛流，多數貢獻來自於 QBWO。. 3.5 中尺度對流分析由於 CTL 組和 NMJO 組的路徑趨勢一致，使得兩組模擬的雷達回波分布差異並不顯著，最大的差異是 NMJO 組(圖 3.16)颱風中心附近的回波稍微比 CTL 組(圖 3.13)弱。颱風環流先在東部迎風面產生旺盛對流(圖 3.13a、b；圖 3.16a、b)；當颱風中心隨時間北移，臺灣西南部的強回波仍因西南氣流與地形輻合而存在(圖 3.13c、d；圖 3.16c、d)；最後一天則在西南部山區有零星的強對流發生(圖 3.13e、 f；圖 3.16e、f)，NMJO 組在陸地上的回波比 CTL 組略強。NQBWO 組(圖 3.17)則因為颱風幾乎滯留原地打轉，臺灣西南部地區屬於背風面，陸地上的回波不會太強；反倒是靠近颱風中心的恆春半島及臺灣東南部山區迎風面，在模擬 72 小時期間都有產生強對流的現象。. 3.6 累積降雨分析西南氣流共伴最明顯帶來的災害是短時間強降雨造成的洪水氾. 26.

(40) 濫與土石流，因此 24 小時累積降雨圖可以協助分析西南氣流的強弱。 NMJO 組在第一天(圖 3.18a)的降雨和 CTL 組一樣都集中在東半部迎風面，是颱風環流本身所造成的降雨，不過受到颱風中心附近對流較弱影響，花蓮北部與屏東山區的降雨不如 CTL 組。從圖 3.14b 可以看到 CTL 組在 7 月 2 日的降雨集中在西南部，山區有高值區，而 NMJO(圖 3.18b)的降雨和 CTL 組相比偏南也偏少，尤其在 22.5N 以北的累計降雨明顯少於 CTL 組。最後 24 小時兩組則沒有明顯差異。NQBWO 組的降雨(圖 3.19)在模擬期間則集中在海面上，陸地上只有東南部山區迎風面有一些零星降雨，與外圍環流在西南部產生的短暫陣雨。進一步分析 MJO 和 QBWO 對西南氣流共伴降雨產生的差異，圖 3.20a 呈現了移除 MJO 的影響，除了 NMJO 組降雨分布偏南，導致在恆春半島增加累積雨量之外，7 月 2 日在臺灣西南部減少 150 mm 以上的累積降雨；而移除 QBWO 的影響(圖 3.20b)，除了颱風的路徑完全不同，也使得全臺陸地上的大多數降雨都大幅減少，西南部山區的差異甚至高達 500 mm 以上。綜合以上，顯見兩種季內振盪對颱風伴隨西南氣流之共伴降雨都有增強的效果。. 3.7 西南氣流分析由前述之中尺度對流分析與累積降雨分析得知兩種季內振盪增. 27.

(41) 強颱風伴隨西南氣流之共伴降雨皆效果顯著，因此本小節進一步針對臺灣西南方(圖 3.21)與南海地區(圖 3.22)可能影響西南氣流之原因分析討論。 3.7.1 臺灣海峽水氣分析為了瞭解造成臺灣西南部降水的原因，本研究在南海至臺灣海峽中部之間切一條南北剖面，如示意圖(圖 3.21) A-A’剖面紅框處 (15°~24°N；118°至 120°E)，並做經向平均，分析風場、水氣場、水氣通量與輻合與六小時累積降雨的時序圖。之所以將此 A-A’剖面放在海面上，是由於颱風的路徑的差異會放大其降水的差異，而 NQBWO 組的路徑與其他兩組差異極大，CTL 組和 NMJO 組之間也有些許不同，因此當剖面不經過陸地得以不考慮地形效應所產生之影響，以利分析三組模擬降雨的特性。當 A-A’剖面的降雨出現在臺灣海峽南端 (21.5°N)以北，被認為是南海水氣輻合後受到與颱風共伴之西南氣流往北帶到臺灣海峽，而臺灣海峽內的對流易受強西南風推往陸地，在沿海平原及山區降下豪大雨。經由 6 小時累積降雨時序圖(圖 3.23)顯示，NQBWO 組(圖 3.23c) 在 21. 5°N 以北沒有明顯降雨，高值區集中在 20.5°~21.5°N 附近，對應了颱風中心在臺灣西南方海面上滯留，降雨主要由颱風環流貢獻，隨時間並沒有太大變化。而路徑相似的 CTL 組和 NMJO 組(圖 3.23a、. 28.

(42) b)在 7 月 2 日 1800 UTC 到 7 月 3 日 1200 UTC 的 22°N 都存在一波共伴降雨，但 CTL 組和其他兩組最大差異在 7 月 2 日 0600 UTC 到 7 月 3 日 0000 UTC 期間 23°N 左右的黑框處，這波降雨位於臺南、高雄外海，隨著西南風被帶往內陸平原與山區，此期間同時也是颱風伴隨西南氣流最為明顯的時期。再次驗證了季內振盪的影響，有利於加強臺灣西南部的降雨。從 900~700 hPa 水氣混合比的垂直積分與 850 hPa 風場疊加圖分析，NQBWO 組(圖 3.24c)的大量水氣集中在颱風中心附近，一直維持在 21°~22°N 之間，無法再往北傳遞。CTL 組和 NMJO 組(圖 3.24a、b) 的水氣傳送主要分為兩波，白框的第一波是來自於颱風環流本身，隨著颱風中心北移，兩組之間的強度差異並不是非常明顯。但是當 7 月 2 日 0600 UTC 時，颱風已到達北海岸，而圖 3.24b 可見 24°N 左右的水氣少於 CTL 組，代表 NMJO 組的颱風環流南端與西南氣流之連結不如 CTL 組。黑框範圍的第二波水氣傳送是引入西南氣流共伴所造成，圖 3.24 顯示水氣自南海北移的過程中 CTL 組皆多於 NMJO 組，由此可知 MJO 會增強水氣輸送量造成強降雨。圖 3.25 為 700~900 hPa 水氣通量積分與水氣通量積分輻合，箭頭為水氣通量。NQBWO 組(圖 3.25c)的水氣通量輻合同樣集中在颱風中心附近，對流維持在 21.5°N，南海北部雖然也有西南-東北向的水. 29.

(43) 氣通量，和其他兩組差異不大，卻沒有產生輻合，意味著沒有發生共伴，南海地區豐沛的水氣無法為臺灣西南部降雨帶來貢獻。NMJO 組和 CTL 組(圖 3.25a、b)相比，水氣通量略小，且 7 月 2 日 0000 UTC 到 7 月 3 日 0000 UTC 的 24 小時期間內藍框處的輻合明顯不如 CTL 組，顯示 MJO 增強了水氣通量輻合的程度，有利於強對流雨帶的形成，隨著西南風移往陸地造成強降雨。接著分析風場，圖 3.26 為 72 小時模擬之 850 hPa 風場時序圖，色階為風速，箭頭為水平風場。由於 Chen et al.(2009)發現 MJO 與 QBWO 在相位轉換的期間，南海與西北太平洋大範圍平均風場的緯向風經常有明顯變化，故將季內振盪八相位簡化為東風相位以及西風相位，作為初步分析指標之一。因此圖 3.27 同為模擬 850 hPa 風場，但色階改為 U 方向風速，與圖 3.26 互相對照。CTL 組(圖 3.26a)在 7 月 2 日 0000 UTC 到 7 月 3 日 0600 UTC，20°~23°N 之間(白框處)有明顯強風速帶，比 NMJO 組(圖 3.26b)的範圍更大且時間更長。對比圖 3.27a、b 相同時間範圍的黑框，可以發現這樣的差異大多來自 U 風場的貢獻，合理推測這是因為這段期間 MJO 是西風相位。雖然濾波後 MJO 環流本身風速並沒有很強，但對西南氣流的風速影響卻十分顯著。至於 QBWO 組的颱風中心在模擬期間於剖面附近滯留打轉，因此在圖 3.26c 顯示了 21°N 的強風速帶是颱風中心附近暴風圈所造成，這時. 30.

(44) 的臺灣海峽屬於背風側，圖 3.27c 在這段期間 21.5°N 以北皆為颱風環流所造成的東風，無法夾帶進大尺度環境場的水氣。綜合上述分析，QBWO 改變了颱風的路徑，颱風滯留於臺灣西南方海面。藉由臺灣海峽-南海剖面時序圖，得知 NQBWO 組的降雨多由颱風環流造成，南海北端的季節性西南氣流與其他兩組並無明顯差異。 MJO 提升了剖面範圍內大尺度西風的強度，使得水氣更容易從南海被帶往臺灣海峽。而強的水氣通量在臺灣海峽氣流輻合，有利對流雨帶之產生，增加西南氣流之共伴降雨。. 3.7.2 南海水氣分析探討西南氣流共伴導致的強降雨，除了必須針對臺灣海峽的各種降雨要素進行討論之外，南海上空水氣含量也可能扮演了重要角色。本研究將圖 3.22 的紅框 B (21°N~24°N，118°E~120°E)定義為臺灣海峽南端，藍框 C (15°N~21°N，110°E~120°E)定義為南海範圍，比較 B、 C 範圍平均水氣隨時間的變化。圖 3.28 顯示了臺灣海峽南端與南海上空水氣(700~900 hPa 水氣混合比積分)隨時間的變化，搭配 850 hPa 風場與水氣場平面圖(圖 3.29、圖 3.30、圖 3.31)更有利比較水氣的移入與移出。圖 3.28a 顯示，伴隨西南氣流前初始時間南海的水氣值在模擬. 31.

(45) 72 小時期間處於一個相對高的位置，此時無論是 B 區或 C 區，水氣量的多寡排序皆是：CTL 組> NMJO 組> NQBWO 組，表示季內振盪確實影響了大尺度背景場的水氣含量。從平面圖(圖 3.29a、圖 3.30a、圖 3.31a)顯示 CTL 組和 NMJO 組的初始差異並不大，而 NQBWO 組颱風中心附近的水氣含量不如其他兩組，反而在太平洋地區較多，表示其颱風中心集中周遭環境水氣的程度較低。當颱風中心到達臺灣北方 (圖 3.29b、圖 3.30b)，西南氣流共伴開始；而這時 NQBWO 組的颱風中心在臺灣西南方(圖 3.31b)，水氣因颱風滯留而聚集。7 月 2 日 1200 UTC 至 7 月 3 日 0000 UTC 時 CTL 組與 NMJO 組南海的水氣產生了急遽的下降，對照臺灣海峽南端區域在這個期間正是一個高峰值。由平面圖(圖 3.29c、d；圖 3.30c、d )可發現此時南海的水氣被共伴的西南氣流大量帶往臺灣西南方，除此之外，颱風北移使外圍環流增強了臺灣海峽西方的西風分量，產生明顯的水氣帶。另一方面，這個時候在臺灣海峽南端三組的水氣量達到差異不大的程度，也可以由此驗證 CTL 組有了 MJO 和 QBWO 增強其西南氣流水氣，臺灣海峽南端水氣含量與 NQBWO 組之颱風環流相當 (圖 3.31c)。同時，這個時間也是三組模擬在臺灣海峽南方水氣含量的趨勢差異開始擴大的時間點，CTL 組與 NMJO 組西風分量所帶來的水氣減少且被強降水消耗(圖 3.29d、圖 3.30d)，而 NQBWO 組(圖 3.31d)的颱風則持續將周遭水氣集中，使. 32.

(46) 臺灣海峽南端區域水氣含量不斷增加。直到 7 月 3 日 0600 UTC 時共伴接近結束，除了 NQBWO 組之外兩區數值相近，恢復至接近平均值，這樣的狀況維持到 72 小時模擬結束為止(圖 3.29f、圖 3.30f、圖 3.31f)。上述分析顯示，季內振盪增加了大尺度背景場的水氣含量，因此在初始時間的南海水氣含量：CTL 組> NMJO 組> NQBWO 組。而臺灣西南方的 NMJO 組大部分時間都低於路徑相似的 CTL 組，NQBWO 組則因颱風打轉而持續增加。由於 NQBWO 並沒有將西南氣流引進臺灣，其在南海的波動不如其他兩組明顯，也由此觀察到到 CTL 組和 NMJO 組的颱風在伴隨西南氣流時南海地區水氣先降後升的變化。. 3.8 小結敏督利颱風為一北行颱風，在 2004 年 7 月 1 日至 4 日侵襲臺灣。颱風離臺後與來自南海的西南氣流共伴，在臺灣西南部平原與高雄、屏東山區產生驚人的強降雨，強度更甚於颱風環流本身的貢獻。經由濾波分析，在颱風侵襲期間，MJO 和 QBWO 在臺灣、南海地區皆為西風相位、水氣場的振盪也為正值，兩種季內振盪在臺灣上空持續有氣旋式環流存在，增強西南風，直到 7 月 3 日漸漸進入過渡期為止。藉由初始時間在 7 月 1 日 0000 UTC 的 72 小時模式模擬，發現移. 33.

(47) 除季內振盪對颱風的強度影響不大，較大的改變顯現在颱風路徑。CTL 組和 NMJO 的颱風路徑十分接近，但移除 QBWO 將會使颱風的駛流大幅減弱，導致 NQBWO 組的颱風滯留臺灣西南方，改變了主要降雨地區。在降雨強度方面，MJO 和 QBWO 皆會增強敏督利颱風伴隨西南氣流產生的共伴降雨，在移除季內振盪的情況下，臺灣地區降水強度皆會減弱。藉由 A-A’剖面探討，發現原因包含了臺灣海峽的西風強度較弱、水氣含量較少以及水氣通量的輻合程度較弱。此外，季內振盪可以將有利降雨的條件帶到臺灣海峽較北邊的地方，更有利增加臺灣西南方陸地的降雨量。另一方面，季內振盪也影響了南海地區的水氣含量，當西南氣流共伴前南海的水氣越多，則在臺灣地區西南氣流共伴產生強降雨強度越強。綜合上述，在敏督利颱風的案例中，無論是 MJO 或 QBWO，對颱風環流與西南氣流共伴產生強降雨都是扮演增強的角色。. 34.