西北太平洋熱帶氣旋移行速度之影響機制探討

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(1)國立臺灣師範大學地球科學研究所碩士論文 Department of Earth Sciences National Taiwan Normal University Master Thesis. 西北太平洋熱帶氣旋移行速度之影響機制探討 Machanism Responsible for the Translation Speed of Tropical Cyclone in the Northwest Pacific. 指導教授：鄒治華教授研究生：林學孜. 中華民國 103 年 1 月.

(2) 摘. 要. 本研究目的在探討影響颱風移行速度的機制。本研究篩選在 1991-2010 年期間，向西與向西北移行的颱風個案中，經過 125°-130°E 後 36 小時內，平均移行速度最快 10 個與最慢 10 個個案進行分析。研究結果顯示，較快的個案在軌跡與生成位置有一致性。大多生成於 140°E 以東，軌跡呈現東南向西北走向，大多往南中國海、菲律賓一帶，生命史較長。較慢的個案則不規則，軌跡較容易經過台灣，因為滯留時間長，所以可能對台灣影響較大。由移行速度的變化可看出環境場駛流對移行速度的影響，較快(慢)的個案大多從生成開始移行速度就很快(慢)。除了環境場駛流外，颱風本身強度產生的β偏移也會影響颱風移行速度。統計結果顯示較慢的個案有 90%為非強颱，較快的個案並無明顯的差異。這樣的結果可能與其生成位置相關。季內振盪亦為影響颱風移行速度的原因之一。颱風移行速度與東西風相位關係顯示，無論是慢或快的個案，很少出現在東風相位，與前人的研究結果一致。較快的個案多發生在西風相位時，季風槽向東延伸，大尺度風場有利颱風西行。較慢的個案多發生在氣候平均時期，風場提供駛流較弱。本研究進一步透過擾動渦度趨勢方程診斷。較快的個案正渦度趨勢區的位置都比較慢的個案來的遠，強度也較強，使移行速度較快。透過計算發現平流項(VA)與輻散項(VD)在颱風行進上較為重要，其中 VA 項為最大項，對颱風移行速度貢獻最大。VD 項主要貢獻在增加颱風強度，但較快的個案有偏移至颱風移動方向右前方的現象，對颱風移行速度有些微貢獻，顯示對於移動較快的個案，氣旋的移動不完全是動力過程，熱力過程可能也有些影響。將對颱風移動貢獻最大的 VA 項分成四小項來分析。結果顯示較快與較慢的個案，平均流造成的擾動渦度平流(VAm)項與 beta 效應(V-beta)項都呈現向西北傳遞的正渦度平流，代表在颱風向西北移動的移行速度上，駛流扮演重要的角色，強度差異與正渦度趨勢區的遠近，是造成颱風移行速度差異的主因。擾動流造成的平均相對渦度平流(VAe-m)項與 VAm 及 V-beta 項呈現反相位，分布上類似但正負相反，抵銷 VAm 和 V-beta 項的正貢獻，有減速的作用。本研究結果顯示大尺度環境場和颱風強度，可能是造成颱風移行速度差異的主因。颱風動力與熱力過程均可能影響移動速度。關鍵字：颱風、移行速度、渦度趨勢、渦度平流、駛流 I.

(3) 致. 謝. 此論文能夠完成，首要感謝指導老師-鄒治華教授。從大學時期至碩士班，老師對教學和研究的敬業以及熱情，一直是我的榜樣，同時，不遺餘力指導學生研究的身影，亦是深深烙印在我腦海中。研究過程中難免遇到挫折與沮喪，老師的鼓勵以及耐心的包容，使我能咬緊牙根堅持下去，才能有今天的成果。也特別感謝老師在人生路途與未來工作上的建議與談心，指導研究的同時也關心學生的景況，使我終生難忘。另外感謝口試委員許晃雄老師與陳正達老師，提供寶貴的建議與指正，使論文更加完整。碩士班生涯中，感謝美鳳學姊在各樣行政與器材上的幫助；感謝小童、駱駝、冠杰、拉瑪、侯兄、George、鄭皓、建男、庭慧、邦琪、小傑、育瑋等學長姊在程式與資料上的幫助；特別感謝孟光學長與沛語學姊，從我還不會寫程式開始就細心的指導，不厭其煩的為我解決問題，有你們的付出，才使許多困難迎刃而解；也感謝紹霖、美霖、士然、機長、柏翰、伯勳、阿德、稚偉、詩庭、禹涵、品誼、雅慧、欣妤、鳳茹、彥超等同儕與學弟妹的陪伴、聊天、吃飯，使生活增添許多色彩與活力。特別感謝泰亨與先豪，在忙碌的生活中仍然一起打桌球切磋，讓壓力得到紓發；感謝教會師母的支持與團契的代禱關心，給我勇氣與動力邁進；感謝師大團契公館小家，能與你們一起歡笑暢談是最好的調劑；感謝在這個人生階段與我一同吃喝玩樂過的朋友們，你們使我生活更加精采。最後要謝謝我的家人，父親經濟上的支持，母親家務上的打理，弟弟的聊天，爺爺、奶奶、外公、外婆的鼓勵，阿姨、姨丈、姑姑、姑丈的肯定，你們是我的後盾，使我能無後顧之憂的向前奔跑，邁向人生另一個階段。謝謝閱讀或使用此論文的讀者，深願你們能從中得到幫助。 II.

(4) 目錄摘要......................................................................I 致謝.....................................................................II 目錄....................................................................III 圖表目錄.................................................................IV 第一章. 前言..............................................................1. 第二章. 資料..............................................................6. 第三章. 擾動渦度趨勢方程推導..............................................7. 第四章. 颱風個案篩選與分析...............................................10. 4.1 熱帶氣旋個案篩選.................................................10 4.2 移行速度與軌跡分析...............................................12 4.3 移行速度與強度分析...............................................14 第五章. 擾動渦度收支結果分析.............................................16. 5.1 移行速度與大尺度風場.............................................16 5.2 擾動渦度收支合成分析.............................................19 5.3 平流項與輻散項貢獻...............................................21 5.4 平流項各項貢獻...................................................23 第六章結論與討論........................................................27 參考文獻.................................................................31 附圖表...................................................................37. III.

(5) 圖表目錄表說明表4.1 1991‐2010年颱風移行速度個案篩選結果。左欄為移行速度快的颱風，右欄為移行速度慢的颱風。表中時間為颱風通過125‐130°E後的36小時，速度為此36小時的平均速度(m/s)。…………………………………………...………………………………………………...….37 表4.2 JTWC颱風分類標準，共分為6類，本研究將其區分為二類，強颱ITY(TY3‐5)，與非強颱TY(TD‐TY2)。…………………………………………………………………………………………….....38 表5.1 篩選之16個個案的擾動渦度趨勢方程各項大小，對氣旋傳遞方向之擾動渦度趨勢的最大值範圍5°x 5°作平均。……………………………………………………………………..........39 圖說明圖 4.1 1991‐2010 年 7‐9 月 850hPa 平均風場渦度與颱風軌跡圖。(a)為 850hPa 平均風場渦度圖，色階為渦度(  10 6 s 1 )。(b)為西北太平洋颱風軌跡圖，紅點為生成點。……………………………………………………………………………………………...………………………….40 圖 4.2 氣旋影響區域劃分與示意圖。…………………………………………...……….……….………….41 圖 4.3 1991‐2010 年經過第一階段篩選的 75 個颱風軌跡圖，紅點為生成點，黑點間隔為 6 小時。…………………………………………………….………………………….......………………….42 圖 4.4 第二階段篩選後颱風軌跡圖，紅點為生成點，黑點間隔為 6 小時。(a)較快的 10 個個案，(b)較慢的 10 個個案。………………….………………………….......…………...…….43 圖 4.5 1991‐2000 年與 2001‐2010 年 7‐9 月平均風場渦度圖。色階為渦度(  10 6 s 1 )。 (a)為 1991‐2000 年，(b)為 2001‐2010 年。.………………………….......…………..........…….44 圖 4.6 颱風過 125‐130°E 後 0‐36 小時颱風移行速度與強度關係圖，縱軸為颱風個數，橫軸為颱風強度，紅色為較快個案，藍色為較慢個案。本研究根據表 4.2，將強度從熱帶低壓(TD)至颱風二級(TY2)定義為非強颱，颱風三級(TY3)至颱風五級(TY5) 定義為強颱。………………………………………….…………………………………….......………………….45 圖 5.1 1991‐2010 年 7‐9 月 850hPa 渦度場 10 天以下波段變異數與 EOF1 圖。(a)為變異. IV.

(6) 數(  10 5 s 1 )，(b)為 EOF1(  10 5 s 1 )。……….………………………………………......……….….46 圖 5.2 移動颱風中心座標示意圖。此為 1992 年 7 月 10 日 Fast2 個案，等值線為 850hPa 渦度場(  10 6 s 1 )，黑點為颱風中心，(a)為移動前颱風中心位置(15N,125E)，(b) 為移動後颱風中心位置(0,0)。……….…………………………………….......………………...……….47 圖 5.3 0 及 24 小時後颱風位置及移動速度圖。將所有颱風出現在 125‐130E 時的中心移至(0,0)點，並標示出個案 24 小時後的動向，縱軸為緯度，橫軸為經度，0 點為 (20N,130E)，上圖為較快 10 個個案，下圖為較慢 10 個個案。本研究希望選取行進方向較為類似的個案進行合成與探討，因此較快個案選擇深綠色框內 8 個個案，較慢個案選擇淺綠色框內 8 個個案進行第四章與第五章的合成分析。……..48 圖 5.4 1991‐2010 年 7‐9 月 850hPa 風場 10‐90 天波段之 EOF1 相位圖。大於一個標準差為西風相位，小於一個標準差為東風相位。(a)為 10‐90 天西風相位(共 319 天)， (b)為 10‐90 天東風相位(共 252 天)，(c)為 10 天以上西風相位，(d)為 10 天以上東風相位。…………………………………….…………………………………….......……………………...……….49 圖 5.5 颱風移行速度與東西風相位關係圖。縱軸為颱風過 125‐130°E 時 0 小時的 CFSRR‐850hPa 緯向風場，7‐9 月 10‐90 天波段的 EOF1 標準偏差(範圍為 0‐30°N,110‐170°E)，橫軸為 36 小時內平均移行速度。....……………………….....……….50 圖 5.6 0 小時移動快與移動慢的 10 天以上波段 850hPa 風場渦度合成圖。色階為渦度(  10 6 s 1 )。(a)為移動快的 8 個個案合成，(b)為移動慢的 8 個個案合成。…..51 圖 5.7 0‐24 小時，850hPa 渦度場與擾動渦度趨勢合成圖。色階為擾動渦度趨勢 (  10 11 s 2 )，等值線為 850hPa 渦度場(  10 6 s 1 )。左欄為較快之 8 個個案合成，右欄為較慢之 8 個個案合成。(a)(b)為觀測擾動渦度趨勢，(c)(d)為 VA,VD,VW,VC 四項總和，(e)(f)為 VA,VD 兩項總和。………………………….......…………………….……...……….52 圖 5.8 平流項與拉伸項所導致之 850hPa 渦度趨勢與渦度場合成圖。色階為擾動渦度趨勢(  10 11 s 2 )，等值線為 850hPa 渦度場(  10 6 s 1 )。左欄為較快 8 個案合成， (a)為平流項 VA，(c)為拉伸項 VD；右欄(b)(d)與(a)(c)相同，但為較慢 8 個個案合成。…………………………………….…………………………………….......……………………...……………...53 V.

(7) 圖 5.9 850hPa 較快 8 個個案與較慢 8 個個案的平流項各項合成，色階為擾動渦度趨勢(  10 11 s 2 )，等值線為 850hPa 渦度場(  10 6 s 1 )。(a)(e)為平均流平流，(b)(f)為 beta 效應，(c)(g)為擾動平流，(d)(h)為非線性項，左欄為較快個案，右欄為較慢個案。………………………….…………………………………….......……………………..........……………...54 圖 5.10 0 小時移動快與移動慢的平均流與擾動 850hPa 風場與渦度合成圖。色階為渦度(  10 6 s 1 )。左欄為平均流風場與擾動渦度場(陰影)，右欄為擾動風場與平均流渦度場(陰影)。(a)(c)為較快 8 個個案合成，(b)(d)為較慢 8 個個案合成。………...56 VI.

(8) 第一章. 前言. 在亞洲季風區內，許多顯著的極端降雨都來自於颱風(Kim et al.2012；Ge et al.2010；Lee et al.2010)。雖然颱風的極端降雨事件主要決定於 TC 的強度與發生頻率(Emanuel 2005,2008；Webster et al.2005； Hendricks et al.2010；Chang et al.2012)。但近期的研究顯示颱風是否造成台灣極端降雨事件，可能也與熱帶氣旋的移行速度相關(Su et al.2012；Hsu et al.2013)。Su et al.(2012)以及 Hsu et al.(2013)的研究指出颱風所造成的台灣極端降雨事件跟颱風強度相關較小，反而跟颱風移行速度與滯留時間相關較大，較慢以及較長滯留時間的颱風多造成較大的極端降雨事件。在 2009 年莫拉克颱風侵襲台灣就是一個例子，此颱風中心最大風速不高(80kt/min，相當於 JTWC 颱風分級的 Typhoon 1)，但因為移行速度慢加上引進西南氣流，兩個關鍵要素使得莫拉克造成台灣 51 年來最大的降雨紀錄(Chien and Kuo 2011)。 Hsu et al.(2013)以 1960-2010 由台灣東岸登陸的 84 個颱風為個案的研究發現，平均而言較慢(快)的颱風登陸前會有較慢(快)的速度，且登陸時有減速(加速)的現象。因此若能先預測熱帶氣旋侵襲前是屬於哪種速度的個案，將能事先做好災害防治，特別是水災，以減少傷亡與財物損失。在影響颱風生成和發展的因素當中，以氣候的觀點，可大致分為熱力以及動力兩條件。熱力條件包含海表面溫度、大氣的對流不穩定和中低對. 1.

(9) 流層溼度；動力條件包含垂直風切、低層相對渦度和科氏參數(Gray 1975, 1979, 1981；Pfeffer and Challa 1992；DeMaria et al. 2001；Goldenberg et al. 2001)。近期研究結果顯示，海洋混合層的溫度與厚度，颱風移行速度和颱風強度也互相影響(Price 1981；Emanuel 1999；Cione and Uhlhorn 2003；Goni and Trinanes 2003；Wu et al. 2007；Lin et al.2008,2009)。移行速度較快的颱風，雖然經過的暖水層較淺，但因為移行速度較快而沒有與海水有太多的海氣交互作用，所以仍有足夠的熱通量抑制颱風本身所造成的負回饋冷卻(Price 1981；Emanuel 1999)，因此能維持強度或繼續增強；相較之下移行速度較慢的颱風有較多海氣間交互作用，負回饋冷卻增強(Price 1981；Lin et al. 2003a,b ,2009)，需要相對深的暖水層，才能維持強度。颱風移行速度和垂直風切也可能和颱風本身強度相關(Frank and Ritchie 2001；Wang and Wu 2003；Emanuel et al.2004；Zeng et al. 2007)。一般來說，移行速度較快且垂直風切較大的熱帶氣旋多半強度較弱，且強度增加率較小，但強度較強以及強度增加率大的熱帶氣旋只在移行速度 3-8 m/s 的區間出現(Zeng et al. 2007)。這是因為熱帶氣旋移動太慢時，氣旋下方的風應力旋度(wind stress curl)會產生亂流混合(turbulent mixing)，導致冷卻作用減弱 TC 的強度(Schade and Emanuel 1999；Schade 2000)。而當 TC 移動太快，產生的不對稱結構也會阻止 TC 增強(Peng et al.. 2.

(10) 1999)，因此當 TC 移行速度大於 15 m/s 時很少有 TC 繼續增強，在風暴轉成颱風強度等級時尤其明顯(Zeng et al. 2007)。從動力的角度來看，大尺度環境駛流、颱風自身的β偏移以及高對流層的負位渦距平，是影響颱風移動的重要關鍵(Wu and Emanuel 1993；Wu and Kurihara 1996；Wang et al. 1998)。駛流通常與太平洋副高、季風槽以及其他綜觀尺度的系統活動有關，在西北太平洋，太平洋副高的西伸，季風槽的活躍都會加速颱風西行。β偏移方面透過早期 Fiorino and Elsberry(1989)和 Chan and Williams(1987)研究指出，對於一北半球氣旋，由於β效應的影響，使颱風西(東)側有正(負)渦度平流，進而產生逆(順) 時針旋轉之渦度最大(小)值，兩種效應使得颱風向西北移動，颱風強度越強，β偏移越顯著(Fovell et al. 2009)。颱風高層負渦度距平是否西傾也會影響颱風移動速度，Wu and Emanuel(1993)研究發現，當颱風上方對流層有負位渦，且與低層正渦度有西傾時(有垂直風切)，會促進颱風西行，如果沒有垂直風切，垂直的β偏移強迫會使颱風向東南傾斜，減弱低層正渦度向西的β偏移。雖然動力過程重要，但也有許多研究指出颱風的熱力不對稱結構會影響颱風的移行速度(Wu and Wang 2001；Franklin et al. 2006；Xiang and Wu 2004；Wang et al. 1998)。Chen et al.(1997)認為颱風熱力不對稱結構對颱風移動的影響，不亞於動力不對稱結構的影響。. 3.

(11) 季內振盪(Intraseasonal Oscillation, ISO)亦為影響颱風活動的原因之一(Gary 1979, Nakazawa 1986, Liebmann et al. 1994)。在颱風路徑方面，Harr and Elsberry(1991)發現颱風軌跡會隨季內尺度有直行 (straight)與北轉(recurving)的變化。Kim et al.(2008)概略的探討 MJO 與颱風軌跡和颱風登陸的關係，指出颱風軌跡密度較高的區域，在 MJO 對流區位於赤道印度洋(熱帶西太平洋)時有東移(西移)的現象，同時也影響颱風登陸南中國、菲律賓、韓國、日本的頻率。Chen et al.(2009)將季風槽與太平洋副高的季內振盪和颱風軌跡的變化做結合，發現直行的颱風跟太平洋副高的增強有關，北轉的颱風跟季風槽有關。Wu et al.(2012)也指出在季風槽活躍期有較多北轉颱風與生成位置有關，由於季風槽東伸，於西北太平洋東南處有良好的生成條件。但以上都只著重在 MJO 對 TC 的影響，有近期研究指出，在影響 TC 活動上，QBWO(quasi-biweekly oscillation) 不亞於 MJO，不該被忽略(Li and Zhou 2013a)。Li and Zhou(2013b)的研究發現，在 MJO 的 convective 相位時，西北太平洋有較多的向西和向西北直行的颱風，於 nonconvective 有較多北轉的颱風。QBWO 則藉由生成位置與大尺度環流，影響 TC 登錄菲律賓與日本的頻率。對於季內振盪與颱風活動之間的關係，前人研究都偏重在颱風路徑與生成上，甚少文獻針對季內振盪如何影響颱風移行速度作探究。影響颱風移動速度的機制，至今尚未有一致的結論。過去研究多著重. 4.

(12) 在大尺度環流對颱風軌跡上的影響，甚少文獻針對颱風移行速度快慢的原因作研究，本研究為了能量化分析影響颱風速度的原因，將從擾動渦度趨勢的角度來探討。本文將參考 Lau and Lau(1992)與 Ko et al.(2012)的方法，將原始場分成綜觀尺度率擾動與大尺度環流，進一步推導出綜觀尺度擾動渦度趨勢方程，診斷影響熱帶氣旋移行速度的機制。本文將於第二章介紹使用的資料；第三章推導擾動渦度趨勢方程；第四章介紹熱帶氣旋速度篩選方法與分析過去 20 年內所選取之熱帶氣旋個案移行速度相關的差異；第五章分析不同移行速度之擾動渦度收支診斷的結果；第六章為結論。 5.

(13) 第二章. 資料. 本研究所使用的颱風資料為聯合颱風警報中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)之最佳軌跡資料，每六小時一筆，一天共四筆，使用時間為 1991-2010 年之 7-9 月。本研究僅對強度達到熱帶風暴(Tropical Storm, TS，近中心最大風速大於 17m/s)以上的個案進行分析比較。大尺度環境場主要使用美國國家環境預報中心(NCEP) NCEP/DOE AMIP II Reanalysis(NCEP Reanalysis-2)的重新分析資料及美國國家環境預報中心(NCEP) NCEP/CFSR(Climate Forecast System Reanalysis and Reforecast)的重分析與重新預測資料。NCEP Reanalysis-2 垂直採等壓座標共 17 層，每六小時一筆，一天共四筆，網格解析度為 2.5°×2.5°。NCEP/CFSR 垂直採等壓座標共 37 層，每六小時一筆，一天共四筆，網格解析度為 0.5 °×0.5°，使用時間均為 1991-2010 年的 7-9 月共 20 年。本研究為了將 10 天以上低頻訊號與 10 天以下高頻訊號分離，採用 Daubechies(1988)所發展的正交小波函數(Orthonormal bases of wavelets) 進行濾波。小波轉換是使區域內效應增強，區域外效應快速衰減的函數為基底，兼顧頻率與時間域中都能有較佳的區域性。 6.

(14) 第三章. 擾動渦度趨勢方程推導. 為了量化分析影響颱風移動速度的動力與熱力機制，我們將利用擾動渦度收支方程探討影響颱風速度的原因。本章將推導擾動渦度趨勢方程。等壓座標，渦度趨勢方程可表示如下(Holton 2004)：   V  V  (  f )    (  f )  V  kˆ  (   )..........(1) t p p.  為渦度，V 為水平風場(包含東西向風場 u，南北向風場 v)，f 為科氏參數，  為垂直速度. dp ，p 為氣壓。 dt. 任一變數 A，可分成 10 天以上的低頻波段(～)，以及 10 天以下的擾動 (＇)，則任一變數 A 可表示為下式：. ~ A  A  A 由渦度趨勢方程推導出擾動渦度趨勢方程過程如下： (1)式可表示成： ~ ~  (   )  (   ) ~ ~ ~ ~ ~  (     f )  (V  V )  (V  V )  (     f )  (   ) p t ~ ~ ~ ~  (u  u )  (   )  (v  v )  (   ) )..........(2)  ( p x p y. 將(2)式展開：. 7.

(15) ~ ~ ~ ~    ~ ~  V    V     V  f  V     V      V   f  t t ~ ~     ~   ~       p p p p ~ ~ ~ ~ ~    V    V  f  V    V     V   f  V   u~ ~ v~ ~   u~   ~ v             p y p x   p y p x   u  ~ v  ~   u    v     ..........(3)          p y  p  x   p  y  p  x . 對(3)式做 10 天平均，由於擾動做 10 天平均後趨近於 0，故可將任一變數. ~ A' 當做 0，整理後得到： ~ ~     ~ ~ ~ ~  V    V  f  V         t p p ~ ~ ~ ~    V    V  f  V     V   u~ ~ v~ ~   u~   v~            p y p x p y p x             ~ ~  u   v     u    v     ..........(4)                 p y p x p y p x    . 將(3)-(4)，可得到.   ： t.   ~ ~  V     V     V      V   f  V     t ~         ~       p p p p ~    V     V   f  V      V   u    v      u    v     ...............(5)          p y p x   p y p x . 8.

(16) 利用連續方程. u v     0 代入(5)式並忽略小項，整理得到： x y P.     ~ ~  V   (  f )  V     V      (  f ) t P VA. VD. ~     V     ~   k            VR..................(6) P  P  P P VW. VC. 上式為擾動渦度趨勢方程，V 為二維水平風場。方程式左邊為擾動渦度隨時間的變化趨勢。方程式右邊我們參考 Lau and Lau(1992)所使用的擾動渦度趨勢方程，分成五項，VA 為平流項，VD 為輻散項，VW 為垂直傳送項， VC 為扭轉項，VR 為忽略的較小項。本文又將 VA 分為三項，擾動流造成的平均絕對渦度平流(VAe, mean absolute vorticity advection by the perturbation flow)，平均流造成的擾動渦度平流(VAm, perturbation vorticity advection by the mean flow)，非線性擾動渦度平流(VAt, nonlinear perturbation vorticity advection)。其中 VAe 又可分解成擾動流造成的平均相對渦度平流  V    (VAe-m)，以及 beta 效應  V   f    v  (V-beta)。 ~. ~. VA =  V   (  f )  V     V     VAe. ~. =  V    VAm. VAm. VAt.  V   f. ~  V   .  V    . V-beta. VAe-m. VAt 9.

(17) 第四章. 颱風個案篩選與分析. 4.1 熱帶氣旋個案篩選本研究目的為探討影響颱風移行速度的重要機制。我們採用客觀方法區分出較快與較慢的個案。圖 4.1a 為近 20 年 7-9 月的平均風場，圖 4.1b 為颱風的氣候軌跡。比較圖 4.1a 和圖 4.1b，可發現西北太平洋颱風路徑主要受季風槽與太平洋副高影響。大致可分為北轉(recurve)至韓國與日本方向，以及直行(straight)至台灣與中國東部沿海，與直行至菲律賓與南中國海的方向。由於我們有興趣的個案為可能影響台灣的颱風，我們參考 Wu and Wang (2004)的研究及颱風氣候軌跡，將西北太平洋沿海地區劃分為三大區，用以探討熱帶風暴路徑對三大區域的影響(圖 4.2)。A 區主要為向西北移行的颱風，其影響範圍是台灣與中國東部沿海，B 區為菲律賓與南中國海，C 區為日本地區。接著透過以下幾個步驟進行第一階段篩選： 1. 由於北轉(recurve)通往 C 區(Japan)的氣旋在大尺度分布以及影響軌跡的機制上與其他兩區有明顯不同，因此我們僅從中選取軌跡通往 A 區(Taiwan and China)以及 B 區(philippines & South China Sea) 的颱風(圖 4.2)，排除 125°E 以前北轉的颱風。 2. 我們有興趣的是對台灣有影響的颱風，另一方面我們不探討複雜的陸地效應對颱風速度的影響，因此我們選取 125°-130°E 作為開始計算速度的區間，從上一步驟中篩選出有經過此區間的颱風。. 10.

(18) 3. 為了排除颱風生成階段對速度的影響，我們再從上一步驟中挑選在 125°-130°E 中心最大風速達到 25kt(Tropical Depression, TD)以上的個案。第一階段篩選，我們共選出了 75 個個案，圖 4.3 為此 75 個個案的軌跡圖，紅點代表生成點，75 個個案颱風軌跡都經過 A 區或 B 區，且大多呈現東南西北走向(圖 4.3)。接著進行第二階段篩選，從中選出較快與較慢的個案： 1. 以颱風第一次出現在 125°-130°E 的時間為初始點(0)，計算 0-36 小時，每 6 小時的平均速度(0-6,6-12,12-18,18-24,24-30,30-36)，並計算 36 小時的平均速度。本研究選取至 36 小時的原因是為了確保較快的個案不會接觸陸地，因為陸地效應不是本研究要討論的範疇。 2. 將 75 個個案 36 小時的平均速度排序，並選出最快 10 個與最慢 10 個氣旋作為慢颱風與快颱風的個案。移動最快 10 個與最慢 10 個分別佔第一階段篩選 75 個案總數的 13％。. 11.

(19) 4.2 移行速度與軌跡分析表 4.1 為 1991-2010 年颱風移行速度個案篩選結果，快與慢的個案前 10 名，表中時間為颱風經過 125°-130°E 後開始計算的 0-36 小時區間，速度為此 36 小時間的平均速度，表中顯示最快的個案與最慢的個案速度相差 6 倍。速度快的個案與慢的個案總平均差了約 3 倍。由此可見快颱風個案與慢颱風個案速度上的差異甚大。另外在年代際變化方面，慢的個案大多集中在 2000 年以後(8 個)，或許有年代際變化的現象。較快的個案則無明顯的年代際差異。進一步由軌跡來分析(圖 4.4)，在 125°-130°E 處慢颱風與快颱風兩者每 6 小時的間距有明顯的差異。在軌跡方面，較快的個案呈現一致的東南向西北走向(圖 4.4a)，軌跡偏南，大多往南中國海、菲律賓一帶(圖 4.2 的 B 區)。較慢的個案則不規則(圖 4.4b)，主要分為二類，第一類為生成在 140 °E 以西往西北前進，此類颱風登陸台灣較多。第二類為生成在中太平洋附近，生成位置偏北向西前進。較慢的個案有 5 個登陸台灣(1997 安珀、2008 卡玫基、2010 凡那比、2007 聖帕、2003 莫拉克)，但在中央氣象局有發布警報的颱風中，較快(6 個)只比較慢(8 個)的個案少了兩個，顯示兩種速度的個案都會影響台灣。生成位置方面，較快的個案大多在 140°E 以東(圖 4.4a)，生命史較長。較慢的個案大多在 140°E 以西(圖 4.4b)，生命史較短。在移行速度的變化. 12.

(20) 上，較快的個案大多從生成開始移行速度就很快，在經過 125°-130°E 仍然保持一定的速度，反之較慢的個案在一開始就很慢，在經過 125°-130°E 有減速的情形，顯示熱帶氣旋生成位置與環境場駛流對移行速度有一定的影響。生成位置差異的原因之一，可能與季風槽及太平洋副高的強度與位置有關(圖 4.5)，季風槽和太平洋副高在 2001-2010 年(圖 4.5b)比 1991-2000 年(圖 4.5a)渦度中心偏西偏北，由於較慢個案多分布在 2001-2010 年(表 4.1)，此可能是造成較慢的個案生成位置偏西偏北的原因之一。而較快的個案有較多發生在 1991-2001 年的颱風，生成位置偏東，以上顯示季風槽和太平洋副高的位置和強度的年代際變化，可能是影響生成位置的原因之一，有待進一步再研究。在下一小節我們將探討強度與生成位置與移行速度之間的關係。. 13.

(21) 4.3 移行速度與強度分析影響颱風移行速度的主要兩個因素為環境場駛流與颱風本身強度產生的β偏移(Holland 1983；Wu and Wang 2004；Emanuel et al. 2006)。當北半球颱風逆時針轉動會產生兩個次渦旋，東北側有順時針方向旋轉的負渦度，西南側有逆時針方向旋轉的正渦度，兩個次渦旋流場使颱風向西北移動，稱為β偏移，而β偏移大小與颱風強度成正比，颱風強度越強，β 偏移越顯著，造成颱風有明顯向西北移動的分量(Fovell et al. 2009)，對於颱風向西北行進的移行速度有很大的助益，反之，強度越弱β偏移越不明顯。圖 4.6 為颱風過 125°-130°E 後 0-36 小時的移行速度與 36 小時期間平均強度的統計圖。本研究強度分類根據 JTWC 的分類標準(表 4.2)，將熱帶擾動(TD)至颱風二級(TY2)歸類為非強颱(TY)，颱風三級(TY3)至颱風五級 (TY5)歸類為強颱，圖中 10 個個案，較慢的個案有 90%為非強颱，强颱僅 1 個，結果顯示強度對移行速度慢的颱風確實有影響。較快的個案有 40%的強颱，60%的非強颱，並無明顯的差異。綜合本節的結果，我們發現較慢的個案普遍強度較弱，β偏移可能不顯著。另外，颱風通過 125°-130°E 的強度和移行速度可能與其生成位置相關。較慢(快)的個案大多生成在 140°E 以西(東)，自生成後移行速度慢 (快)。慢(快)颱風生成較西(東)邊時，在通過 125°-130°E 區域前，有較短. 14.

(22) (長)的時間在海洋上，生命期較短(長)，較沒有(有)機會發展成強颱(Wang and Chan 2002；Chan and Liu 2004；Camargo and Sobel 2005)，因此，也印證了較慢(快)的個案移行在 125°-130°E 時有較多(少)弱颱的結果。此外，在β移動緩慢(快)的情形下，駛流場也有可能是影響颱風移行的重要因素。我們將在下一章，利用擾動渦度方程式，定量分析大尺度風場和β 偏移對移行速度的影響。. 15.

(23) 第五章. 擾動渦度收支結果分析. 5.1 移行速度與大尺度風場圖 5.1a 為 10 天以下 850hpa 擾動渦度標準偏差圖。擾動渦度變異大的區域位於台灣至日本附近，由中國東南岸經過台灣向東南延伸有明顯的延伸區(tongue)，此延伸區剛好與我們篩選出來的 75 個個案之颱風路徑吻合 (圖 4.3)，為擾動傳遞的主要路徑。進一步將擾動渦度於 0-30°N，110-170 °E 區域做 EOF 處理，取 EOF1 分析擾動波列的傳遞與結構。擾動波列呈現明顯的東南向西北走向的波列(圖 5.1b)，波長約為 2600 公里，分布與前人做夏季綜觀尺度擾動線性迴歸結果類似(Lau and Lau 1990, Sobel and Bretherton 1999)，為東南向西北傳遞的波列，與 Lau and Lau(1990)計算 1980-1987 年 JJA 結果 2500 公里相近。因為所有颱風個案經過 125-130°E 時的位置不同，為了能方便分析颱風移行方向與速度之間的關係，我們將所有颱風資料進行平移。本研究將颱風第一次經過 125-130°E 時的時間定義為平移後 0 時，颱風 850hPa 渦度中心位置為平移後新坐標中心(0,0)。1992 年 7 月 10 日第二快(Fast2)的個案，平移前及平移後的渦度分布如圖 5.2 所示。原先通過 125-130°E 時， 850hPa 渦度中心位置是(15°N,125°E)(圖 5.2a)，我們將此位置平移至新坐標中心(圖 5.2b)，並將所有網格點的資料以此新座標作平移。為了合成颱風個案，我們將所有颱風平移。圖 5.3 顯示 20 個個案 0 時. 16.

(24) 及 24 小時後的經緯度位置。較快的個案大多往西北前進(圖 5.3a)，角度多數在 0-45 度以內，平均 24 小時移動至少 2°× 2°個經緯度以上。較慢的個案，雖然大多仍向西北前進，但有兩個個案角度較大，平均 24 小時移動不超過 2°× 2°個經緯度，顯示在 125-130°E 區間 24 小時內較快的個案一致向西北前進，較慢的個案路徑較偏北且不規則，以上現象都與上一章探討颱風路徑的結果相呼應。最後我們選取 24 小時後移動方向類似的個案進行合成，如圖 5.3 所示，較快的個案為深綠色框框的 8 個個案(圖 5.3a)，較慢的個案為淺綠色框框的 8 個個案(圖 5.3b)。西北太平洋的颱風除了受到季節平均駛流與自身強度的影響外，也可能受到季內震盪的影響。為了探討颱風移行速度與背景場的關係，我們使用 1991-2010 年 7-9 月的 850hPa 緯向風場濾波，取出 10-90 天的波段，在 0-30°N，110-170°E 區域做 EOF 處理，並取當中的 EOF1 進行分析。本文定義其特徵向量大於一個標準偏差為西風相位，共 319 天，小於負一個標準偏差為東風相位，共 252 天。圖 5.4a,b 顯示 10-90 天的東西風相位風場，西風相位時在西北太平洋有氣旋式環流(圖 5.4a)，氣旋中心位於(20°N,135 °E)，東風相位時有反氣旋式環流(圖 5.4b)。疊加季節平均後之 10 天以上風場如圖 5.4c 和圖 5.4d 所示。西風相位時呈現一個很強的季風槽(圖 5.4c)。東風相位時季風槽減弱西退(圖 5.4d)，西北太平洋由副高主導。季. 17.

(25) 風槽常伴隨強對流，增加中低對流層的相對濕度，減少垂直風切，增強高層輻散與低層輻合，有利颱風生成(Wu et al. 2012)。此外由於 MJO 西(東) 風相位時，有較大(小)的正壓能量轉換，以及較強(弱)的擾動可用位能轉換成擾動動能(PAPEPKE)，有利(不利)旋生(Maloney and Dickinson 2003；Kim et al. 2008)。圖 5.5 為颱風移行速度與東西風相位關係圖。圖中顯示無論是慢或快的個案，很少出現在東風相位，此可能與東風相位背景場不利旋生有關 (Gray 1979, Harr and Elsberry 1995, Holland 1995, Chan 2000, Elsberry 2004)，生成的颱風較少，使得較少颱風於東風相位通過 125-130°E。與圖 5.4 的現象一致。較快的個案多發生在 ISO 西風相位時(圖 5.5)，從背景場來看(圖 5.4c)，因 ISO 西風相位時，季風槽向東延伸，季風合流區延伸至 140-160°E，使颱風生成位置也向東延伸至 140°E 以東(圖 4.4a)，整體風場也有利颱風西行。較慢的個案則多發生在氣候平均時期，其背景場類似氣候季節平均(圖 4.1a)，顯示颱風較易生成在 125-140°E 附近，風場提供駛流較弱，可能使颱風移動較慢。圖 5.6 顯示在颱風 0 天時，10 天以上波段(季節平均＋10 到 90 天振盪)850hPa 風場渦度合成圖。較快與較慢的個案，在大尺度環流分布上有共同的特徵，季風槽明顯的東伸，颱風中心都位於季風槽內。然而較快的颱風個案大尺度環流較強(圖 5.6a)，季風槽向東延伸，太平洋副高向西延伸，. 18.

(26) 使得在颱風中心位置，有較強向西北方向的駛流，加速颱風往西北前進，這樣的結果與圖 4.4a 軌跡一致。較慢的個案，季風槽偏西，其渦度最大值在颱風中心處，颱風中心大尺度風場風速微弱(圖 5.6b)，顯示大尺度風場主要在增強颱風強度，可能對移行速度貢獻較少。比較較快與較慢的個案，本研究發現除大尺度風場差異外，颱風所在位置與大尺度環流之關係，也可能影響颱風移行速度，將於下一節透過擾動渦度方程式診斷大尺度環流對颱風移行速度的貢獻。. 5.2 擾動渦度收支合成分析為了辨別各項對擾動渦度收支的的貢獻，我們將擾動方程式右邊四項做統計分析，對這 16 個個案傳遞方向的擾動渦度趨勢最大值區 5°× 5°的範圍做平均(表 5.1，其中 Fast 個案 8 個與 Slow 個案 8 個的編號代表表 4.1 的順序)。結果顯示平流項(VA)與輻散項(VD)在颱風行進上較為重要，垂直傳送(VW)與扭轉項(VC)與 VA 和 VD 項差了 1 個數量級，是可忽略的。圖 5.7 為上一節所選取的個案，0-24 小時的擾動渦度趨勢合成圖。我們假設擾動渦度趨勢隨時間的變化為線性。觀測之擾動渦度計算為 24 小時渦度場減 0 小時的渦度場所得之渦度趨勢(.   )。較快的個案與較慢的個案 t. 相比(圖 5.7a,b)，兩者正渦度趨勢區均位於正渦度中心的西北方，而負渦度趨勢區位於正渦度中心西南方，因此有利颱風西北行。且較快的個案正. 19.

(27) 渦度趨勢與負渦度趨勢區都比較慢的個案強 2 倍左右。在正渦度趨勢區與颱風中心的距離上，較快的個案與較慢的個案無明顯的差異。較慢的個案正渦度趨勢區的強度不比較快的個案強，因此移行速度較慢。在強度變化上，較快的個案中心較接近正渦度趨勢中心，相較於較慢的個案，颱風強度可能增強較多。擾動渦度趨勢方程四大項(VA,VD,VW,VC)總和的結果(圖 5.7c,d)與觀測的擾動渦度資料計算的結果類似(圖 5.7a,b)。較快與較慢的個案之正渦度趨勢區與負渦度趨勢區強度的差異明顯，較快的個案正渦度趨勢區大於較慢的個案，因此整體而言移行速度較快。在正渦度趨勢區與颱風中心的距離上，較快的個案與較慢的個案沒有太大的差異(圖 5.7c)。比較有無 VW 與 VC 項的結果(圖 5.7e,f 與圖 5.7c,d)，雖然強度有些微差異，但訊號分布上是相似的，與表 5.1 分析結果一致。因此，VA 和 VD 是影響渦度趨勢變化的主要因素，所以我們下一節進一步從 VA 與 VD 項來分析擾動渦度收支。. 20.

(28) 5.3 平流項與輻散項貢獻圖 5.8 為 850hPa 之平流項(VA)與輻散項(VD)合成圖。比較圖 5.8a 與圖 5.8c 可知，渦度中心西北方正渦度趨勢，主要是 VA 項平流效應的貢獻。與較慢的個案相比(圖 5.8b)，較快的個案有較強的正渦度趨勢區(圖 5.8a)。在 850hPa 渦度中心與正渦度趨勢最大值的距離上，較快的個案正渦度趨勢最大值離渦度中心較遠，代表颱風 0-24 小時移動距離長，移行速度較快。VD 項主要為單一正渦度趨勢的分布。較慢的個案正渦度趨勢最大值僅在颱風中心附近(圖 5.8d)，顯示輻散項主要在增強颱風強度，對颱風移動貢獻較少，與前人的研究結果一致。較快的個案正渦度趨勢大值區偏北(圖 5.8c)，顯示 VD 亦是影響較快颱風向北移動的因素。此外，由於 VD 渦度趨勢偏北，且靠近颱風中心，與 VA 合成後正渦度趨勢將向後移(圖 5.7e)，因此較快與較慢的個案在 VA 項有明顯的距離差異，合成後則沒有明顯距離差異(圖 5.7)。這樣的趨勢分布與上一節探討觀測渦度趨勢的結果吻合(圖 5.7)。 VA 項的結果都與四項總和的結果接近(圖 5.7c,d)，顯示 VA 項是影響颱風移行速度的關鍵。此結果也可由表 5.1 的 VA 項與其他項的比較得知，雖然有些個案 VD 項大於 VA 項，但整體而言 VA 項大於 VD 項，代表 VA 項在颱風移動上貢獻最大。較慢的個案 VD 項顯示對颱風移動貢獻較少(圖 5.8d)。雖然 VD 項對於. 21.

(29) 移行速度有些影響，但 Chan et al.(2002)研究位渦趨勢與颱風移動指出，水平平流是造成颱風移動速度與方向的主因。以往前人使用擾動渦度趨勢方程研究西北太平洋不同綜觀尺度的波動，都指出對於綜觀尺度的擾動，輻散項(VD)僅在於增強擾動渦度的強度，對於波動的西行比較沒有幫助 (Lau and Lau 1992；Sobel and Bretherton 1999；Chan et al. 2002)。在較快的個案中，VD 項所引起正渦度趨勢有向北偏移的現象。這樣的結果也可從表 5.1 看到，在颱風移行的方向上，較快的個案 VD 項比較慢的個案來的大，且跟 VA 項相比，佔了一定的比例，顯示雖然 VA 項對於颱風移動很重要，但 VD 項對於較快的個案移動是有一定的貢獻。由於颱風移動方向右前方有很強的非絕熱熱力上升作用，產生的對流不穩定區，將使颱風向北偏北方向移動。較慢的個案 VD 項渦度趨勢在颱風中心，主要貢獻在颱風強度變化。VA 與 VD 項的合成效應，將使颱風向西移動速度減慢(比較圖 5.7e 和圖 5.8a)，而向北分量增加。對於颱風不對稱結構和移行速度與方向之間的關係，除在動力方面與β偏移有關(Wang et al. 1998；Chan and Williams 1987；Fiorino and Elsberry 1989)。在熱力方面，Chen et al.(1997)指出熱力結構的不對稱分布，可導致熱帶氣旋路徑的顯著改變，熱帶氣旋中心會傾向溫度高、濕度不穩定層的區域移動。另外，Wu and Wang(2001)的研究結果也顯示，不對稱非絕熱加熱的影響，對氣旋向西北移動有很大的貢獻。在較快的個案 VD 項中呈現了這樣的結果。. 22.

(30) 從上述的結果發現，對於移動較快的颱風來說，氣旋的移動不完全是動力過程，熱力過程可能也有影響。. 5.4 平流項各項貢獻在颱風移動的動力過程中，平流項(VA)扮演重要的角色，我們將圖 5.8 的平流項拆成四小項來分析。如圖 5.9 所示，分別是平均流(駛流)造成的 ~ 擾動渦度平流  V    (VAm)，beta 效應  V   f    v  (V-beta)，擾動. ~. 流造成的平均相對渦度平流 V    (VAe-m)，擾動流造成的非線性擾動渦度平流  V     (VAt)。 VAm 項由於大尺度風場與擾動渦度場的相對分布，於渦度中心西北與東南(東北與西南)有正(負)渦度趨勢，呈現四胞的分布(圖 5.9a,e)，於颱風北邊有正渦度平流，有利颱風向西北移動。西北邊的正渦度趨勢是 VAm 項對颱風向西北移動的主要貢獻，與較慢的個案相比，較快的個案有較遠與較強的正渦度趨勢，使颱風速度較快(圖 5.9a,e)。 V-beta 項呈現東西分布，於颱風中心西邊有正渦度趨勢，東邊有負渦度趨勢，對颱風向西北移動有正貢獻(圖 5.9b,f)。正渦度分布情形與 VAm 項類似，較快的個案比較慢的個案強，距離颱風中心也較遠，使速度較快。比較圖 5.8 之平流項與圖 5.9 可知，平流項於渦度中心西北方的正渦度趨勢(圖 5.8a,b)，主要是 VAm 與 V-beta 項的貢獻。在 VAm 與 V-beta 項中，. 23.

(31) 較快與較慢的個案西北有正渦度傾向(圖 5.9a,b,e,f)，東北有負渦度傾向，有利颱風向西北移動。但與較快的個案相比，較慢的個案正渦度與負渦度趨勢強度都比較快的個案微弱許多，且渦度中心與正渦度趨勢區的距離較近。 VAe-m 項與 VAm 及 V-beta 項呈現反相位，分布上類似但正負相反，於渦度中心西北與東南(東北與西南)有負(正)渦度趨勢，一樣為四胞的分布 (圖 5.9c,d)，在渦度中心西北側有負渦度傾向，東北側有正渦度傾向，抵銷 VAm 和 V-beta 項的正貢獻，有減速的作用。較慢的個案(圖 5.9g)與較快的個案(圖 5.9c)分布類似，但強度較弱。 VAt 項是四項當中的最小項。較快的個案(圖 5.9d)在渦度中心南側有一負渦度區，負渦度區靠近渦度中心，可能減弱擾動的強度，可能是使快颱風強度減弱的因素之一。較慢的個案(圖 5.9h)此項較小，強度小於 3  10 11 s 2 。. VAm 項的四胞結構可由圖 5.10a 和 5.10b 發現，颱風中心位於季風槽內，北邊有較強的東南向西北的駛流，使 VAm 項颱風西北(東北)邊有正(負) 渦度傾向，有正渦度平流，南側為季風槽下緣，有西向東的駛流，使 VAm 項颱風西南(東南)邊有負(正)渦度傾向，有負渦度平流，形成四胞結構。但由於在大尺度風場上，較快的個案比較慢的個案呈現較強的向西北駛流，使颱風中心西北方有強正渦度平流，造成 VAm 項強度比較慢的個案強(圖. 24.

(32) 5.10a,b)。此外，在快颱風與慢颱風的個案移動路徑上，均出現擾動渦度波列(圖 5.10a,b)，較快的個案波長約為 2500 公里，較慢的個案約為 2000 公里，與平均值波長 2600 公里相比(圖 5.3b)，較快的個案仍小於平均值，但由於較慢的個案波長明顯短很多，凸顯兩者的差異。較慢的個案擾動渦度波長比較快的個案短，強度弱，代表擾動波列傳遞的速度較慢，使 VAm 項正渦度趨勢區離中心較近，顯示了 VAm 項差異的原因。除駛流強度差異外，颱風強度亦是影響因素，與第四章快颱風強度較強的結果相似。此項為平流項之最大項，是主導平流項的關鍵。造成 VAe-m 項分布與 VAm 項相反的原因可由圖 5.10c,d 發現。圖 5.10c 與 5.10d 顯示擾動風場與平均流的渦度分布，擾動風場於颱風中心呈現氣旋式環流，使颱風中心東南(西北)側有正(負)渦度平流，因此 VAe-m 項颱風東南(西北)側有負渦度傾向，東北(西南)有正渦度傾向，呈現四胞分布 (圖 5.9c,g)。較快的個案(圖 5.10c)，在颱風中心東方，向北的擾動風場，將大尺度正渦度中心大值區向北傳，使颱風東北方有正渦度平流，而西北方有負渦度平流，與 VAm 渦度分布相反。在慢的個案中(圖 5.10d)，大尺度正渦度中心強度比較快的個案強，但位置在颱風中心，擾動風場較平行大尺度渦度場，渦度平流較弱。整體而言，對颱風向西北前進，有正貢獻的是 VAm 項與 V-beta 項，VAe-m 項則扮演減速的角色。VAe-m 項在本研究中比其他研究大的原因，可能是在. 25.

(33) 颱風時期，大尺度環流和颱風強度均較強的關係，但仍小於 VAm 項與 V-beta 項的總和。與平流項總和的結果比較(圖 5.8a,b)，發現與 V-beta 項較為接近，同為二胞結構的東南向西北分布，是因為 VAm 項渦度中心南邊的正渦度與負渦度趨勢會與 VAe-m 項抵銷，使 VAm 與 V-beta 總和的二胞結構突顯出來。由於 VAm 項與 V-beta 項是由大尺度環境風場產生的擾動渦度平流，在颱風向西北移動的移行速度上，駛流扮演重要的角色。但 VAm 項與 V-beta 項亦與颱風本身的強度相關，較快的個案因為有較強的向西北的駛流與(或) 颱風強度較強，而移動較快，較慢則反之。雖然，大尺度環境場所造成的擾動渦度平流是主導颱風移動方向與速度的主因，透過前面的結果顯示，颱風強度可能影響 VAm 項，颱風所造成的β偏移與自身的不對稱熱力作用對快颱風的移動均有貢獻。. 26.

(34) 第六章. 結論與討論. 颱風移行速度可能是造成台灣極端降雨事件的原因之一，但影響颱風移動速度的機制，至今尚未有一致的結論。本文使用 JTWC1991-2010 年 20 年 7-9 月的西北太平洋颱風最佳路徑資料，透過二階段的篩選，排除北轉 (recurve)經過日本的颱風，以及颱風生成階段對速度的影響，選出經過 125 °-130°E 後 36 小時內，平均移行速度最快 10 個與最慢 10 個個案，進行分析。較快的個案大多生成於 140°E 以東，軌跡呈現東南向西北走向，大多往南中國海、菲律賓一帶，生命史較長。較慢的個案大多生成在 140°E 以西，軌跡則不規則，主要分為二類，第一類為生成在 140°E 以西往西北前進，此類颱風影響台灣較多，生命史較短。第二類為生成在中太平洋附近，生成位置偏北向西前進。較慢的個案較容易經過台灣，因為滯留時間長，所以可能對台灣影響較大。環境場駛流對移行速度的影響可從移行速度的變化上發現，較快的個案大多從生成開始移行速度就很快，較慢的個案在一開始就很慢。除了環境場駛流外，颱風本身強度產生的β偏移也會影響颱風移行速度(Holland 1983；Wu and Wang 2004；Emanuel et al. 2006)。颱風強度越弱(強)， β偏移越不顯著(顯著)。統計結果顯示較慢的個案有 90%為非強颱，表示強度對移行速度慢的颱風確實有影響。較快的個案並無明顯的差異。這樣的. 27.

(35) 結果可能與其生成位置相關。由於較慢(快)的個案大多生成在 140°E 以西 (東)，自生成後移行速度慢(快)，因此慢(快)颱風生成較西(東)邊時，在通過 125°-130°E 區域前，有較短(長)的時間在海洋上，生命期較短(長)，較沒有(有)機會發展成強颱(Wang and Chan 2002；Chan and Liu 2004； Camargo and Sobel 2005)。季內振盪亦為影響颱風移行速度的原因之一。颱風移行速度與東西風相位關係顯示，無論是慢或快的個案，很少出現在東風相位，與前人的研究結果一致(Gray 1979, Harr and Elsberry 1995, Holland 1995, Chan 2000, Elsberry 2004)。較快的個案多發生在西風相位時，背景場顯示因季風槽向東延伸，季風合流區延伸至 140-160°E，可能使颱風生成位置向東延伸至 140°E 以東。大尺度風場強也有利颱風西行。較慢的個案則多發生在氣候平均時期，颱風較易生成在 125-140°E 附近，風場提供駛流較弱，可能使颱風移動較慢。透過擾動渦度趨勢方程診斷，發現在四大項當中，平流項(VA)與輻散項(VD)對颱風移動影響較為重要，垂直傳送(VW)與扭轉項(VC)是可忽略的。VA 項，是影響慢颱風移行速度的關鍵。VD 項正渦度最大值僅在慢颱風中心附近，表示輻散項主要在增強颱風強度，對慢颱風移動貢獻較少，與前人研究西北太平洋綜觀尺度的波動結果相同(Lau and Lau 1992；Sobel and Bretherton 1999；Chan et al. 2002)。移動較快的颱風個案，VD 項. 28.

(36) 在颱風移動方向的右前方產生正渦度趨勢，反應了颱風的熱力不對稱結構。這樣的不對稱分布可能導致熱帶氣旋路徑的顯著改變，熱帶氣旋中心會傾向溫度高、濕度不穩定層的區域移動(Chen et al. 1997；Wu and Wang 2001)，對氣旋向西北移動有些貢獻。因此對於移動較快的個案來說，氣旋的移動不完全是動力過程，熱力過程可能也有些影響。將對颱風移動貢獻最大的 VA 項分成四小項來分析。VAm 項與 V-beta 項是造成颱風移行速度差異的主因。較慢的個案於這兩項中，正渦度趨勢區的強度比較快的個案弱，離渦度中心的距離也比較快的個案短，使得移行速度較慢。其中 VAm 項為平流項之最大項，是主導平流項的關鍵。在擾動渦度波長方面，較快的個案較接近氣候平均波長(2600 公里)，但較慢的個案遠小於氣候平均波長，是造成差異的原因。由於駛流強度差異與颱風強度的影響，使較慢的颱風在移動路徑上，擾動渦度強度比較快的個案弱，波長短，代表擾動波列傳遞的速度較慢，使 VAm 項正渦度趨勢區有較短的距離。VAe-m 項與 VAm 及 V-beta 項呈現反相位，分布上類似但正負相反，抵銷 VAm 和 V-beta 項的正貢獻，有減速的作用。VAt 項是四項當中的最小項。由於 VAm 項與 V-beta 項是由大尺度環境風場產生的擾動渦度平流，在颱風向西北移動的移行速度上，駛流扮演重要的角色。本研究結果顯示大尺度環境場和颱風強度，可能是造成颱風移行速度差異的主因。颱風動力. 29.

(37) 與熱力過程均可能影響移動速度。大尺度環境提供的水氣與熱力條件，亦可能影響颱風的強度與非絕熱加熱。大尺度熱力環境對於颱風熱力過程的不對稱結構，與潛熱釋放對移行速度的間接影響，還有待使用高解析度模式模擬來研究。. 30.

(38) 參考文獻 Camargo, S. J., and A. H. Sobel, 2005: Western North Pacific tropical cyclone intensity and ENSO. J. Climate., 18, 2996-3006. Chan, J. C. L., and R.T. Williams, 1987: Analytical and numerical studies of the beta-effect in tropical cyclone motion. Part I: Zero mean flow. J. Atmos. Sci., 44, 1257-1265. ____, 2000: Tropical cyclone activity over the Western North Pacific Associated with La Nina event. J. Climate., 13, 2960-2972. ____, Francis M. F. Ko, Ying Man Lei, 2002: Relationship between Potential Vorticity Tendency and Tropical Cyclone Motion. J. Atmos. Sci., 59, 1317–1336. ____, and K. S. Liu, 2004: Global Warming and Western North Pacific Typhoon Activity From an Observational Perspective. J. Climate., 17, 4590-4602. Chang, C. P., Y. Lei, C. H. Sui, X. Lin, and F. Ren, 2012: Tropical cyclone and extreme rainfall trends in East Asian summer monsoon since mid-20th century. Geophys. Res. Lett., 39, L18702. Chen, Lianshou, Xu Xiangde, Xie Yiyang, and Li Wen-hong, 1997: The effect of tropical cyclone asymmetric thermodynamic structure on its unusual motion. Chinese J. Atmos. Sci., 21, 83-90. Chen, T. C., S. Y. Wang, M. C. Yen, and A. J. Clark, 2009: Impact of the intraseasonal variability of the western North Pacific largescale circulation on tropical cyclone tracks. Wea. Forecasting, 24, 646–666. Chien, F. C., and H. C. Kuo, 2011: On the extreme rainfall of Typhoon Morakot (2009) . J. Geophys. Res., 116, D05104. Cione, J. J., and E. W. Uhlhorn, 2003: Sea surface temperature variability in hurricanes: Implications with respect to intensity change. Mon. Wea. Rev., 131, 1783–1796. DeMaria, M., Knaff J. A., and Connell B.H., 2001: A tropical cyclone genesis parameter for the tropical Atlantic. Wea. Forecasting., 16, 219-233. Elsberry, R.L., 2004: Monsoon-related tropical cyclones in Eats Asia. In ‘East Asian Monsoon’, World Scientific Series on Meteorology of East Asia Vol. 31.

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(44) 表 4.1 1991-2010 年颱風移行速度個案篩選結果。左欄為移行速度快的颱風，右欄為移行速度慢的颱風。表中時間為颱風通過 125-130°E 後的 36 小時，速度為此 36 小時的平均速度(m/s)。 1991-2010 Fast. Slow. Date. name. speed during 0-36h. Date. name. 1996 9/9(12)-9/11(00). 熱帶風暴#24. 10.56. 1997 8/24(06)-8/25(18). 安珀. 1992 蓋瑞 (Gary) 7/10(00)-7/11(12). 9.09. 2008 7/14(06)-7/15(18). 2001 7/3(06)-7/4(18). 尤特 (Utor). 9.015. 2006 9/25(12)-9/27(00). 1996 9/6(12)-9/8(00). 莎莉 (Sally). 8.062. 2000 8/7(00)-8/8(12). 7.958. 1995 8/25(18)-8/27(06). 7.863. 2010 9/14(18)-9/16(06). 7.682. 2002 9/4(06)-9/5(18). 1999 9/1(00)-9/2(12) 2003 8/31(06)-9/1(18) 2004 7/13(06)-7/14(18) 2006 8/8(18)-8/10(06) 1995 9/2(12)-9/4(00) 2003 7/20(18)-7/22(06) average. 芸蒂. (Wendy) 杜鵑. (Dujuan) 康伯斯. (Kompasu) 桑美. (Saomai) 妮娜 (Nina) 尹布都. (Imbudo). (Amber) 卡玫基. (Kalmaegi) 象神. (Xangsane) 杰拉華. (Jelawat) 肯特 (kent) 凡那比. (Fanapi) 辛樂克. (Sinlaku). 2007 聖帕 (Sepat) 8/14(12)-8/16(00). 7.675 7.513. 2003 8/1(00)-8/2(12). 7.508. 2004 8/9(06)-8/10(18). 8.293. average. 37. 莫拉克. (Morakot) 蘭寧. (Rananim). speed during 0-36h 1.76 2.248 2.348 2.492 3.042 3.093 3.283 3.33 3.61 3.632 2.884.

(45) 表 4.2 JTWC 颱風分類標準，共分為 6 類，本研究將其區分為二類，強颱 ITY(TY3-5)，與非強颱 TY(TD-TY2)。. Type. Category. Pressure(mb). Wind(Knots). Wind(mph). Depression. TD. -----. <34. <39. Tropical Storm. TS. -----. 34-63. 39-73. Typhoon. 1. >980. 64-82. 74-95. Typhoon. 2. 965-980. 83-95. 96-110. Typhoon. 3. 945-965. 96-112. 111-130. Typhoon. 4. 920-945. 113-135. 131-155. Super Typhoon. 5. <920. >135. >155. 38. TY. ITY.

(46) 表 5.1 篩選之 16 個個案的擾動渦度趨勢方程各項大小，對氣旋傳遞方向之擾動渦度趨勢的最大值範圍 5°x 5°作平均。. Units. 10.  11. Term Case. VA. VD. VW. VC. Fast1. 10.10. 2.54. -0.14. -0.35. Fast2. 16.39. 7.59. 0.37. -0.58. Fast3. 46.70. 16.93. -1.82. -2.68. Fast4. 14.78. 16.82. 0.16. -0.10. Fast6. 31.01. 15.42. -1.96. 0.47. Fast8. 24.31. 16.22. -0.56. 0.34. Fast9. 15.63. 0.89. -0.24. 0.16. Fast10. 38.05. 22.55. -1.56. 0.54. Slow1. -2.21. 3.20. 2.00. -0.64. Slow3. 10.08. 4.93. -0.57. 0.30. Slow4. 28.30. 7.49. -1.39. 1.57. Slow5. 20.06. 1.26. 0.08. -0.22. Slow6. 12.05. -1.33. -0.29. 0.09. Slow7. 35.72. 28.28. 1.41. -2.22. Slow8. 24.01. 3.80. -0.46. 1.09. Slow10. 28.25. -0.84. 0.69. -0.16. 39. s 2.

(47) (a). (b). 圖 4.1 1991-2010 年 7-9 月 850hPa 平均風場渦度與颱風軌跡圖。(a)為 850hPa 平均風場渦度圖，色階為渦度(  10 6 s 1 )。(b)為西北太平洋颱風軌跡圖，紅點為生成點。. 40.

(48) (C) (A). (B). 圖 4.2 氣旋影響區域劃分與示意圖。. 41.

(49) 圖 4.3 1991-2010 年經過第一階段篩選的 75 個颱風軌跡圖，紅點為生成點，黑點間隔為 6 小時。. 42.

(50) (a). (b). 圖 4.4 第二階段篩選後颱風軌跡圖，紅點為生成點，黑點間隔為 6 小時。(a)較快的 10 個個案，(b) 較慢的 10 個個案。. 43.

(51) 圖 4.5 1991-2000 年與 2001-2010 年 7-9 月平均風場渦度圖。色階為渦度(  10 6 s 1 )。(a)為 1991-2000 年，(b)為 2001-2010 年。. 44.

(52) 10 9. Fast Slow. 颱風個數. 8 7 6 5 4 3 2 1 0 TD-TY2. TY3-TY5. 圖 4.6 颱風過 125-130°E 後 0-36 小時颱風移行速度與強度關係圖，縱軸為颱風個數，橫軸為颱風強度，紅色為較快個案，藍色為較慢個案。本研究根據表 4.2，將強度從熱帶低壓(TD)至颱風二級 (TY2)定義為非強颱，颱風三級(TY3)至颱風五級(TY5)定義為強颱。. 45.

(53) (a). (b). 圖 5.1 1991-2010 年 7-9 月 850hPa 渦度場 10 天以下波段變異數與 EOF1 圖。(a)為變異數 (  10 5 s 1 )，(b)為 EOF1(  10 5 s 1 ). 46.

(54) 圖 5.2 移動颱風中心座標示意圖。此為 1992 年 7 月 10 日 Fast2 個案，等值線為 850hPa 渦度場 (  10 6 s 1 )，黑點為颱風中心，(a)為移動前颱風中心位置(15N,125E)，(b)為移動後颱風中心位置 (0,0)。. 47.

(55) 6 Fast. 4. 2. 0 -12. -10. -8. -6. -4. -2. 0 6 Slow. 4. 2. 0 -12. -10. -8. -6. -4. -2. 0. -2. 圖 5.3 0 及 24 小時後颱風位置及移動速度圖。將所有颱風出現在 125-130E 時的中心移至(0,0) 點，並標示出個案 24 小時後的動向，縱軸為緯度，橫軸為經度，0 點為(20N,130E)，上圖為較快 10 個個案，下圖為較慢 10 個個案。本研究希望選取行進方向較為類似的個案進行合成與探討，因此較快個案選擇深綠色框內 8 個個案，較慢個案選擇淺綠色框內 8 個個案進行第四章與第五章的合成分析。. 48.

(56) 圖 5.4 1991-2010 年 7-9 月 850hPa 風場 10-90 天波段之 EOF1 相位圖。大於一個標準差為西風相位，小於一個標準差為東風相位。(a)為 10-90 天西風相位(共 319 天)，(b)為 10-90 天東風相位(共 252 天)，(c)為 10 天以上西風相位，(d)為 10 天以上東風相位。. 49.

(57) 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. -0.5 -1 -1.5 -2. Fast top10 Slow top10. 圖 5.5 颱風移行速度與東西風相位關係圖。縱軸為颱風過 125-130°E 時 0 小時的 CFSRR-850hPa 緯向風場，7-9 月 10-90 天波段的 EOF1 標準偏差(範圍為 0-30°N,110-170°E)，橫軸為 36 小時內平均移行速度。. 50.

(58) 圖 5.6 0 小時移動快與移動慢的 10 天以上波段 850hPa 風場渦度合成圖。色階為渦度(  10 6 s 1 )。 (a)為移動快的 8 個個案合成，(b)為移動慢的 8 個個案合成。. 51.