凡那比颱風(2010)伴隨地形豪雨之數值模擬與研究

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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. 凡那比颱風(2010)伴隨地形豪雨之數值模擬與研究. 研究生 : 鄭皓. 撰. 中華民國 101 年 8 月.

(2) 致謝兩年的碩士生活很快的就過去，很辛苦卻也很充實，能順利的完成論文必須感謝許多人的幫忙，首先感謝指導教授-簡芳菁老師的細心指導，給予我研究上的協助，文筆不好的我也讓簡老師花費相當長的時間幫我修訂論文，著實感謝。也非常感謝口試委員吳俊傑教授及王重傑教授於口試時提供寶貴的建議，使論文更趨完整。在研究所的時光，感謝中尺度氣象研究室的學長姐所給予的協助，首先感謝智雄學長帶領我進入研究領域並教導我 NCL 程式，感謝章眉學姊的經驗傳授及幫忙論文內容的修訂，養成學長、玉秀學姊、炯瑞學長、子榆學姊、筑方學姐及羽利學長於研究期間的協助，以及 B402 研究室共同打拼及打球紓發壓力的夥伴-阿達、拉瑪、猴兄、George、Gary、男哥、庭慧、Jason、小傑、孟光、育瑋、思瑩、士然。並感謝大學期間的好友-韋仲、砲龍、昭璋、偉哥、滾滾、花花及維弟帶給我的歡樂，讓我忘卻研究上的不順。還有一定要感謝於求學生涯中一路支持我的家人，讓我能夠專心於課業及研究上，在人生的道路上教導我正確的價值觀，並提供我許多機會讓我認識世界上各種不同的文化。最後感謝惠菁這一路上的陪伴，讓我的生活更加多采多姿。並感謝曾經幫助過我的所有人，畢竟受過太多人的幫助無法一一細數，祝福你們都能身體健康、學業事業順利。. I .

(3) 摘要本研究使用 WRF 模式對凡那比(2010)颱風伴隨之豪雨進行分析，並探討台灣地形對颱風之影響。凡那比颱風於 2010 年 9 月 17 日至 20 日期間影響台灣，颱風環流由東向西通過南台灣，並於侵台的 12 個小時內在南部降下近千毫米的累積降雨，瞬間的豪雨使得許多地區排水不及，造成淹水災情發生。由 WRF 模式之降水物理參數測試結果顯示，積雲參數法相對於微物理過程對於模式表現有較顯著的影響。其中以使用 Kain-Fritsch 積雲參數法之模擬，颱風結構完整且降雨強度較強。使用 BMJ scheme 之模擬，颱風路徑較為南偏，導致降雨位置也較為南偏。使用 Grell-Devenyi Ensemble scheme 之模擬，颱風強度偏弱且無法掌握凡那比颱風所引發之降雨強度。使用 Grell 3d scheme 之模擬，颱風結構對稱，但颱風強度較觀測弱。因 Kain-Fritsch 積雲參數法對於颱風結構及強度的模擬結果較佳，故本研究以其為 CTL 組之參數設定。研究結果顯示豪雨發生為颱風環流受地形影響有關，凡那比颱風侵台期間滿足多項利於地形豪雨發生之要素，強烈的低層風場、強風速帶之風向與台灣陡峭地形走向垂直、進入山區之氣流伴隨潮濕水氣及氣流具有極高的不穩定度等因素。由地形高度測試發現，台灣地形與颱風環流間的通道效應為颱風登陸前出現南偏的重要原因，地形高度越高則颱風登陸前南偏的情形越為顯著。當台灣山脈完整移除後，南部山區平均降雨僅剩原來之 45%，若將地形高度減半，降雨亦顯著顯少，顯示地形對於豪雨發生扮演重要的角色。此外，地形高度的不同也會影響颱風出海後的移速，地形高度越高颱風移速越慢，因而造成颱風離台後較大的降雨發生。由垂直水氣通量與累積降雨之關係可見，各項利於降雨發生之要素間彼此相互影響，地形高度的提高能夠增強低層輻合、並增強對流，但亦會造成颱風強度減弱，導致迎風面地區的風速減弱及水氣減少，因此降雨強度並沒有明顯的改變。關鍵字:凡那比颱風、豪雨、地形效應 II .

(4) 目錄致謝 ...................................................................................................................................I 摘要 ................................................................................................................................. II 目錄 ................................................................................................................................ III 圖目錄 .......................................................................................................................................VI 表目錄 ......................................................................................................................................XII 第一章. 前言 ................................................................................................................ 1. 1.1 文獻回顧 .............................................................................................................. 1 1.2 研究動機 .............................................................................................................. 5 第二章. 個案介紹與觀測分析 .................................................................................... 7. 2.1 綜觀天氣分析 ...................................................................................................... 7 2.2 衛星雲圖 .............................................................................................................. 9 2.3 雷達回波 .............................................................................................................. 9 2.4 累積降雨 ............................................................................................................ 10 2.5 小結 .................................................................................................................... 12 第三章. 資料來源與研究方法 .................................................................................. 14. 3.1 模式介紹 ............................................................................................................ 14 3.2 資料來源與模式設定 ........................................................................................ 16 3.3 WRF TC Bogus 簡介 .......................................................................................... 17 3.4 實驗設計 ............................................................................................................ 18 第四章. 數值模擬結果 .............................................................................................. 20. 4.1 WRF 微物理過程與積雲參數法比較 ................................................................ 20 4.1.1 路徑分析與比較......................................................................................... 20 III .

(5) 4.1.2 颱風強度比較............................................................................................. 21 4.1.3 雷達回波比較............................................................................................. 23 4.1.4 累積降雨比較............................................................................................. 25 4.1.5 降雨差異分析............................................................................................. 28 4.1.6 小結............................................................................................................. 30 4.2 控制組模擬結果 ................................................................................................. 31 4.2.1 模擬路徑..................................................................................................... 32 4.2.2 海平面氣壓場分析..................................................................................... 33 4.2.3 各層風場比較............................................................................................. 34 4.2.4 雷達回波..................................................................................................... 35 4.2.5 累積降雨分析............................................................................................. 37 第五章. 颱風侵台期間降雨研究與分析 .................................................................. 42. 5.1 強降雨機制分析 ................................................................................................ 42 5.1.1 水氣來源分析............................................................................................. 42 5.1.2 軌跡線分析................................................................................................. 44 5.1.3 剖面分析..................................................................................................... 48 5.1.4 颱風環流結構分析..................................................................................... 54 5.2 地形效應 ............................................................................................................ 56 5.2.1 颱風路徑及強度分析................................................................................. 57 5.2.2 累積降雨分析............................................................................................. 60 5.2.3 氣流輻合及對流系統移動差異分析......................................................... 64 5.2.4 氣流及降雨型態分析................................................................................. 69 5.2.5 地形效應定量分析..................................................................................... 72 IV .

(6) 第六章. 結論 .............................................................................................................. 77. 參考文獻 ........................................................................................................................ 83 附表 ................................................................................................................................ 87 附圖 ................................................................................................................................ 91. V .

(7) 圖目錄圖 2.1. 中央氣象局凡那比(2010)颱風觀測路徑圖，時間為 UTC ........................ 88. 圖 2.2. 地面天氣圖。時間分別為 2010 年 09 月(a) 17 日 1800 UTC、(b)18 日 1800 UTC、(c)19 日 0000 UTC、(d)19 日 0600 UTC、(e)19 日 1200 UTC ..... 89. 圖 2.3. 700 hPa 天氣圖。時間為 2010 年 09 月(a)18 日 0000 UTC、(b)18 日 1200 UTC、 (c)19 日 0000 UTC、(d)19 日 1200 UTC .................................................... 92. 圖 2.4. 東亞 IR 衛星雲圖(a、c、e、g 及 i)及台灣地區 IR 色調強化衛星雲圖(b、d、 f、h 及 j)，色階為雲頂溫度，單位為℃。時間分別為 2010 年 9 月(a-b) 18 日 1800 UTC、(c-d) 19 日 0000 UTC、(e-f) 19 日 0600 UTC、(g-h) 19 日 1000 UTC 及(i-j) 19 日 2000 UTC ............................................................... 94. 圖 2.5. 雷達回波圖，單位為 dBZ，時間分別為 2010 年 9 月(a)18 日 120 UTC、(b)18 日 1800 UTC、(c)18 日 2100 UTC、(d)19 日 0000 UTC、(e)19 日 0600 UTC、 (f)19 日 1200 UTC 及(g)19 日 1800 UTC .................................................... 95. 圖 2.6. 自動雨量站觀測之時累積降雨量，單位為 mm。(a)至(u)累積降水 Ending time 分別為 2010 年 9 月 18 日 2200 UTC 至 19 日 1800 UTC ................ 98. 圖 2.7. 自動雨量站觀測之 12 小時累積雨量(a-e)及(f)60 小時累積降雨量，單位為 mm。累積時間分別為 2010 年 9 月(a)18 日 0000 UTC 至 18 日 1200 UTC、 (b) 18 日 1200 UTC 至 19 日 0000 UTC、(c) 19 日 0000 UTC 至 19 日 1200 UTC、(d) 19 日 1200 UTC 至 20 日 0000 UTC、(e) 20 日 0000 UTC 至 20 日 1200 UTC、(f)18 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC。圖(f)累積降雨時間較長，故色階的數值與圖(a-e)不相同 ...................................................... 101. 圖 2.8. DOTSTAR 團隊追風計畫於凡那比颱風期間之投落送(Dropwindsonde)風場資料。(a) 950 hPa、(b) 850 hPa、(c) 500 hPa 及(d) 300 hPa。資料來源: http://typhoon.as.ntu.edu.tw/DOTSTAR/tw/ ............................................... 102. 圖 3.1. CTL 組於初始時間(2010 年 09 月 17 日 1800 UTC)所同化之資料。分別為 (a)探空觀測資料(5 點)及(b)地面綜觀測站資料(933 點) ......................... 103. 圖 3.2. WRF 模式之三層巢狀網格設定範圍 ........................................................ 104. 圖 3.3. 藍色實線為 D3 中剖面 AA’及 BB’之位置，紅色框所示之區域為南部山區之主要降雨範圍.......................................................................................... 104. 圖 3.4. 台灣地形高度。(a)ET 組、(b)CTL 組、(c)HT 組及(d)NT 組 ................. 105. 圖 4.1. (a)凡那比颱風路徑圖。黑色線為中央氣象局觀測路徑，由 2010 年 9 月 VI .

(8) 17 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC。綠、紅、藍及紫色分別為 m4c1、 m4c2、m4c3 及 m4c5 模擬路徑，自 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 起，模擬 60 小時。皆為每 3 小時一筆。(b)凡那比颱風 m4c1、m4c2、m4c3 及 m4c5 模擬結果與中央氣象局觀測資料之路徑誤差變化 ........................ 106 圖 4.2. (a)、(b)同圖 4.1 (a)、(b)，但分別為 m5c1、m5c2、m5c3 及 m5c5 模擬路徑與路徑誤差變化...................................................................................... 107. 圖 4.3. (a)、(b)同圖 4.1 (a)、(b)，但分別為 m6c1、m6c2、m6c3 及 m6c5 模擬路徑與路徑誤差變化...................................................................................... 108. 圖 4.4. (a)、(b)同圖 4.1 (a)、(b)，但分別為 m7c1、m7c2、m7c3 及 m7c5 模擬路徑與路徑誤差變化...................................................................................... 109. 圖 4.5. 凡那比颱風中心氣壓變化。黑色實線為中央氣象局發佈於颱風警報單之中心氣壓資料。(a)綠、紅、藍及紫色線分別為 m4c1、m4c2、m4c3 及 m4c5 之模擬結果。(b)至(d)同(a)，但分別為 m5c1、m5c2、m5c3 及 m5c5 至 m7c1、m7c2、m7c3 及 m7c5 之模擬結果 .......................................... 110. 圖 4.6. 凡那比颱風模擬之雷達回波圖(色階，單位為 dBZ)，各網格點所示之數值為垂直方向最大值。模擬時間為 9 月 19 日 0000 UTC，其中各組模擬分別為(a)m4c1、(b)m4c2、(c)m4c3 及(d)m4c5 ........................................... 111. 圖 4.7. 同圖 4.6，但模擬各組分別為(a)m5c1、(b)m5c2、(c)m5c3 及(d)m5c5 . 112. 圖 4.8. 同圖 4.6，但模擬各組分別為(a)m6c1、(b)m6c2、(c)m6c3 及(d)m6c5 . 113. 圖 4.9. 同圖 4.6，但模擬各組分別為(a)m7c1、(b)m7c2、(c)m7c3 及(d)m7c5 . 114. 圖 4.10. 凡那比颱風模擬 60 小時之累積降雨量(色階，單位為 mm)，模擬時間為 0-60 h(17 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC)，其中模擬各組分別為(a)m4c1、 (b)m4c2、(c)m4c3 及(d)m4c5 .................................................................... 115. 圖 4.11. 同圖 4.10，但各組分別為(a)m5c1、(b)m5c2、(c)m5c3 及(d)m5c5 ....... 116. 圖 4.12. 同圖 4.10，但各組分別為(a)m6c1、(b)m6c2、(c)m6c3 及(d)m6c5 ....... 117. 圖 4.13. 同圖 4.10，但各組分別為(a)m7c1、(b)m7c2、(c)m7c3 及(d)m7c5 ....... 118. 圖 4.14. (a)模擬 60 h 之 m4c1 與 m4c2 累積降雨量的差異(m4c1-m4c2)，(b)、(c) 同(a)，但為 m4c1 分別與 m4c3 及 m4c5 之差異(m4c1-m4c3 及 m4c1-m4c5) ...................................................................................................................... 119. 圖 4.15. 同圖 4.14，但(a)至(c)為 m4c1 分別與 m5c1、m6c1 及 m7c1 之累積降雨差異(m4c1-m5c1、m4c1-m6c1 及 m4c1-m7c1)............................................ 120. 圖 4.16. 同圖 4.14，但(a)至(c)為 m7c1 分別與 m7c2、m7c3 及 m7c5 之累積降雨差 VII .

(9) 異(m7c1-m7c2、m7c1-m7c3 及 m7c1-m7c5)............................................ 121 圖 4.17. 凡那比颱風路徑圖。黑色線為中央氣象局觀測路徑。由 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC。藍色線為 CTL 組模擬之路徑，自 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 起，模擬 60 小時。皆為每 3 小時一筆........... 122. 圖 4.18. (a)凡那比颱風 CTL 組模擬結果與中央氣象局觀測資料之路徑誤差變化。 (b)凡那比颱風中心氣壓變化。黑色線為中央氣象局發佈於颱風警報單之中心氣壓資料，藍色線為 CTL 組模擬結果，十字符號(. )為 ITOP 實驗. 期間飛機觀測之中心氣壓資料。ITOP 資料來源: http://catalog1.eol.ucar.edu/itop_2010/ ........................................................ 122 圖 4.19. CTL 組模擬之海平面氣壓(深藍色實線，間距為 4 hPa)以及 1000 hPa 水平風場(風標，長線為 10 kts、短線為 5 kts)。分別為模擬(a)00 h、(b)24 h、 (c)30 h、(d)36 h 及(e)42 h .......................................................................... 123. 圖 4.20. CTL 組各層風場(風標，長線為 10 kts、短線為 5 kts)及海平面氣壓(等值線)。(a)950 hPa、(b)850 hPa、(c)500 hPa 及(d)300 hPa ......................... 126. 圖 4.21. CTL 組模擬之雷達回波圖(色階，單位為 dBZ)，各網格點所示之數值為垂直方向最大值。模擬時間分別為(a) 26 h(18 日 2000 UTC)、(b) 29 h(18 日 2300 UTC)、(c) 32 h(19 日 0200 UTC)、(d) 38 h(19 日 0800 UTC)、(e) 44 h(19 日 1400 UTC)及(f) 50 h(19 日 2000 UTC) ................................... 127. 圖 4.22. 模擬 CTL 組 12 小時累積雨量(a-e)與 60 小時累積雨量(f)，單位為 mm。時間為 2010 年 9 月(a)18 日 0000 UTC 至 18 日 1200 UTC、(b) 18 日 1200 UTC 至 19 日 0000 UTC、(c) 19 日 0000 UTC 至 19 日 1200 UTC、(d) 19 日 1200 UTC 至 20 日 0000 UTC、(e) 20 日 0000 UTC 至 20 日 1200 UTC、 (f)18 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC。圖(f)累積降雨時間較長，故色階的數值與圖(a-e)不相同 .............................................................................. 128. 圖 4.23. 模擬 CTL 組 1 小時累積降雨，單位為 mm。(a-u)模擬 27-48 小時期間每一小時的累積降雨量.................................................................................. 129. 圖 5.1. 模擬 CTL 組模式之底層(σ=31-29)水氣混合比(色階，單位 g/kg)與水平風場(σ=30，風標，全桿表 10 kts)，(a)模擬 16 h、(b)模擬 32 h、(c)模擬 36 h、 (d)模擬 39 h、(e)模擬 42 h、(f)模擬 45 h .............................................. 132. 圖 5.2. 模擬 CTL 組之 975 至 700 hPa 垂直積分水氣通量輻散/輻合場(色階，輻散為正值，輻合為負值，單位為 10-3 kg m-2 s-1)及水氣通量(箭頭，單位為 10-3 kg m-1 s-1)，模擬時間分別為(a)32 h(19 日 0200 UTC)、(b)36 h(19 日 VIII .

(10) 0600 UTC)、(c)39 h(19 日 0900 UTC)、(d)42 h(19 日 1200 UTC)及(e)45 h(19 日 1500 UTC) .............................................................................................. 133 圖 5.3. CTL 組模擬之 D2 於 36 h 之最大雷達回波(色階，單位 dBZ)與釋放於台灣南部強對流區附近，高度為 950 hPa 之軌跡線(深藍色實線)，由 36 h 回推至 30 h，間距為 1 小時，箭頭大小表示氣塊所在高度(hPa) ......... 134. 圖 5.4. 為圖 5.3 中軌跡之(a)重力位高度(m)及(b)水氣混合比(g/kg)隨時間之變化趨勢.............................................................................................................. 134. 圖 5.5. CTL 組模擬之 D2 於 42 h 之最大雷達回波(色階，單位 dBZ)與釋放於台灣南部強對流區附近，高度為 950 hPa 之軌跡線(深藍色實線)，由 42 h 回推至 36 h，間距為 1 小時，箭頭大小表示氣塊所在高度(hPa) ......... 135. 圖 5.6. 為圖 5.5 中軌跡之(a)重力位高度(m)及水氣混合比(g/kg)隨時間之變化趨勢.................................................................................................................. 135. 圖 5.7. CTL 組於圖 3.3 中垂直剖面 AA’之雲混合比(色階，單位 g/kg)、相當位溫 (棕色實線，間距為 2 K)、輻散/輻合(黑色虛線為輻合，黑色實線為輻散) 以及環流之方向(箭頭)，(a)30 h、(b)33 h、(c)36 h、(d)39 h、(e)42 h、(f)45 h。縱軸為高度(hPa)，橫軸為距離(km) ................................................... 136. 圖 5.8. 同圖 5.7，但為垂直剖面 BB’ .................................................................... 137. 圖 5.9. CTL 組於圖 3.3 中之 BB’剖面沿剖面之 0-60 h 累積降雨變化。紅色實線為於剖面上地形高度之變化(m)、藍色實線為降雨沿剖面上之變化(mm)。橫軸為經度變化，縱軸為地形高度及累積降雨...................................... 138. 圖 5.10. CTL 組於圖 3.3 中 A A’剖面之時序變化圖。分別為(a)最大雷達回波(間距為 3 dBZ)、地面至 850 hPa 平均之(b)最大風速(間距 2 m s-1)、(c)垂直剖面風場(棕色為西風，綠色為東風，間距為 4 m s-1)、(d)平行剖面風場(紅色為北風，藍色為南風，間距 4 m s-1)、(e)地面至 850 hPa 平均之輻散/ 輻合場(冷色系為輻合，暖色系為輻散，間距為 30×10-5 s-1)及(f)850 至 500 hPa 平均之垂直上升速度(紅色為上升運動，藍色為下沉運動，間距 30 cm s-1) ................................................................................................................ 139. 圖 5.11. 同圖 5.10 但為 BB’剖面.............................................................................. 141. 圖 5.12. CTL 組模擬之颱風中心至半徑 150 km 徑向平均時序變化圖。(a)水氣混合比(單位 g/kg)、地面至 850 hPa 平均之(b)最大風速(單位 m s-1)、(c)輻散 /輻合場(單位 10-5 s-1)、(d)850 至 500 hPa 平均之垂直上升速度(cm s-1)。縱軸為模擬時間(18-60 h)，橫軸為方位角度數(東側為 0°及 360°，北側為 IX .

(11) 90°，西側為 180°，南側為 270°) ............................................................ 143 圖 5.13. 凡那比颱風路徑圖。黑色線為中央氣象局觀測路徑，由 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC。綠、紅、藍及黃色分別為 CTL、HT、 NT 及 ET 模擬路徑，自 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 起，模擬 60 小時。皆為每 3 小時一筆...................................................................................... 144. 圖 5.14. (a)凡那比颱風 CTL、HT、NT 及 ET 模擬結果與中央氣象局觀測資料之路徑誤差變化。(b)凡那比颱風中心氣壓變化。黑色線為中央氣象局發布於颱風警報單之中心氣壓資料，綠、紅、藍及黃色分別為 CTL、HT、 NT 及 ET 之模擬結果 ................................................................................ 144. 圖 5.15. 颱風環流東西向垂直頗面之切向風速(黑色實線為正值、表示南風，黑色虛線為負值、表示北風，單位 m s-1)及最大雷達回波(色階，單位 dBZ)。 (a-b)為 CTL 組 30h 及 31h、(c-d)為 ET 組 29h 及 30h、(e-f)為 NT 組 30h 及 31h........................................................................................................... 145. 圖 5.16. (a)ET 組 0-60 h 累積降雨量、(b)HT 組 0-60 h 累積降雨量、(c)NT 組 0-60 h 累積降雨量............................................................................................... 146. 圖 5.17. (a)CTL 組與 ET 組之 60 h 累積降雨量差異(色階，單位 mm)、(b)CTL 組與 HT 組之 60 h 累積降雨量差異(色階，單位 mm)、(c)CTL 組與 NT 組之 60 h 累積降雨量差異(色階，單位 mm) ............................................... 147. 圖 5.18. 模擬 30-54 h 之每 12 小時累積降雨量(色階，單位 mm)，(a-b)為 ET 組 30-42 h 之 12 h 累積降雨及 42-54 h 之 12 h 累積降雨、(c-d)同(a-b)但為 HT 組、 (e-f)同(a-b)但為 NT 組 ............................................................................... 148. 圖 5.19. 同圖 5.10，但為 ET 組 ............................................................................... 149. 圖 5.20. 同圖 5.10，但為 HT 組 ............................................................................... 150. 圖 5.21. 同圖 5.10，但為 NT 組 ............................................................................... 151. 圖 5.22. 為圖 3.3 中 BB’垂直剖面之時序變化，ET 組之(a)輻散/輻合之時序變化、 (b)垂直上升速度，HT 組之(c) 輻散/輻合之時序變化、(d)垂直上升速度 ...................................................................................................................... 152. 圖 5.23. 模擬各組 36 h 之最大雷達回波(色階，單位 dBZ)及釋放於南部山區強對流附近，高度分別為 950 至 700 hPa，每 50 hPa 一點之氣塊軌跡線(深藍色實線)。各氣塊由 36 h 回推至 30 h，間距為 1 小時，箭頭大小代表氣塊所在高度(hPa)。(a) CTL 組，(b) ET 組，(c) HT 組及(d) NT 組............ 153. 圖 5.24. 颱風中心至半徑 150 km 水氣混合比之徑向平均時序變化圖。(a)ET 組、 X .

(12) (b)NT 組....................................................................................................... 154 圖 5.25. 南部山區迎風面區域 .................................................................................. 154. 圖 5.26. 圖 5.25 所示區域之東西向風場(色階，單位 m s-1)區域平均垂直變化時序圖。橫軸為時間(hr)，縱軸為高度(hPa) ................................................... 155. 圖 5.27. 台灣南部山區之東西方向剖面之雲混合比(色階，單位 g/kg)、相當位溫(棕色實線，間距為 2 K)、輻散/輻合(黑色虛線為輻合，黑色實線為輻散)以及環流之方向(箭頭)。縱軸為高度(hPa)，橫軸為距離(km)。(a) ET 組，(b) HT 組 ........................................................................................................... 156. 圖 5.28. 同圖 5.27 之東西方向剖面之 30-42 h 累積降雨沿地形之變化。紅色實線表示降雨，藍色實線表示地勢高度。(a)ET 組，(b)HT 組 .................... 156. 圖 5.29. 為圖 5.25 中藍色區域之氣象場區域平均時序變化。實線 1 為 HT 組、點虛線 2 為 CTL 組、粗虛線 3 為 ET 組。(a)時雨量(單位 mm)、(b)最大雷達回波(單位 dBZ)、(c)地面至 850 hPa 平均之輻散/輻合場、(d)850 至 500 hPa 平均之垂直上升速度(單位 cm s-1)及(e)地面至 850 hPa 平均之東西向風速(單位 m s-1) .......................................................................................... 157. XI .

(13) 表目錄表 3.1. 本研究各微物理及積雲參數組合之設定參數 ................................................ 1. 表 3.2 表 5.1 表 5.2 表 5.3 表 5.4. 本研究各組模擬之實驗設計 ............................................................................ 1 中央氣象局觀測之凡那比颱風移動速度(km/hr) ............................................ 1 為圖 3.3 中降雨區之 60 h 累積降雨平均(mm) ............................................... 1 凡那比颱風於各組模擬中之移動速度(km/hr) ................................................ 1 各組於圖 5.25 所示區域之各氣象場平均 ....................................................... 1. XII .

(14) 第一章前言 1.1 文獻回顧颱風為台灣地區常見之跨尺度的劇烈天氣系統，西北太平洋每年平均有 27.8 個颱風生成，幾乎佔全球颱風生成數量的三分之一 (Yumoto and Matsuura 2001)，其中約有 4 個颱風登陸台灣，其環流所伴隨之強風及豪雨往往對台灣地區造成相當嚴重的災情，山崩、土石流及淹水等現象屢見不鮮，這些颱風所伴隨之天然災害嚴重影響台灣居民的生命及財產安全，但颱風所伴隨的豪雨卻也是台灣所仰賴相當重要的水資源之一。根據中央氣象局的統計資料顯示，每年四月至十二月期間皆為颱風可能侵台時期。其中 Wang and Chen(2008)之研究結果顯示，七月中旬至九月，颱風通過台灣之頻率增加，且這段期間的降雨約有 40% 為颱風所造成。Chen et al.(2010)利用 1950-2002 年之資料進行氣候統計研究也同樣指出，台灣地區 7-9 月的平均降雨約有 47.5%為颱風所貢獻。可見颱風環流所帶來之降雨為台灣地區的重要降水來源，因此如何有效的預報颱風的強度變化及其移動路徑成為相當重要的議題。由於颱風大部分的時間都在海面上移動，而海上之觀測資料較為不足，因此在預報上困難度較高，加上台灣地勢陡峭，颱風接近台灣時，受地形影響顯著，颱風移行路徑因此受到影響(Lin et al. 2002; Jian and. 1 .

(15) Wu 2008; Huang and Wu 2011)，根據 Jian and Wu(2008)之研究指出，由東台灣登陸之颱風，颱風環流與地形間的通道效應為影響颱風路徑偏移的重要因素。此外，颱風路徑是否連續取決於環流與地形間之交角、颱風強度及綜觀環境場的影響(Lin 1993)，地形亦可能影響颱風的移動速度(Yeh and Elsberry 1993a, b; Wu 2001)，因此預報上有其難度。此外，台灣地形對於颱風的影響不僅於路徑之偏移，亦會破壞颱風本身的對稱結構及強度，加上中央山脈地勢陡峭，颱風環流所受到的影響更是複雜，使侵台之颱風預報困難度倍增(Wu and Kuo 1999)。隨著科技及電腦技術的快速發展，數值研究從過去至現今已有長足的進步，Liu et al.(1997)成功的以 MM5(全名 The Fifth-generation Pennsylvansia State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model)模式針對 Andrew(1992)颶風做出良好的數值模擬，模擬之颶風路徑及強度皆與觀測相似，並能模擬颱風中心氣壓劇烈增強的現象。Wu et al.(2002)同樣使用 MM5 模式對 Herb(1999) 颱風進行數值模擬研究，研究指出在模擬颱風之路徑與觀測颱風路徑相似的情形下，較高解析度的模擬對於降雨的掌握較佳，並發現影響降雨模擬的好壞，模式的解析度及地形的解析度扮演同等重要的角色。隨著模式的發展及演進，現今各研究單位較常使用之中尺度數值模式為 WRF(Weather Research and Forecasting)數值模式，至今已有許多研究指出，WRF 數值模式對於梅雨及颱風等中尺度天氣系統的降雨及 2 .

(16) 其機制能掌握(Hsiao et al. 2010)。近期許多研究針對模式中的降水物理過程之相關參數進行個案測試，各研究指出不同的降水物理過程之參數組合對於不同個案模擬的好壞有著顯著之影響(Chien et al. 2004; 簡等 2006 ;洪等 2006;Tao et al. 2011)。周與黃(2010)使用 WRF 模式分別針對其中 4 種微物理過程及 4 種積雲參數法組成之 16 組不同降水物理過程進行分析研究，結果指出在未進行渦旋植入的情況下，使用積雲參數 Kain-Fritsch scheme 並搭配微物理過程 WSM3 scheme 能夠得到最小的平均路徑誤差。而進行渦旋植入後，Grell-Devenyi scheme 積雲參數法搭配 WSM3 scheme 微物理過程組合時可以得到最小的平均路徑誤差，並提出模式中不同積雲參數法所顯示出的差異較微物理過程顯著。颱風本身是變化相當劇烈且複雜的天氣系統，颱風環流所引發的豪雨常受到不同天氣系統與其交互作用而有所增強，Chien et al.(2008) 針對敏督利(2004)颱風之研究指出，在颱風出海後，引進的西南氣流與颱風環流輻合，進而造成豪雨發生。2009 年的莫拉克颱風在侵台期間的緩慢移動(Yen et al. 2011)與西南氣流之交互作用，於台灣高聳的地形上引發豪大雨發生(Chien and Kuo 2011)。此外，在台灣陡峭地形的影響之下，降雨的強度往往會有所增強，Chiao and Lin(2003)針對 Rachel(1999)颱風的數值模擬研究指出，降雨之發生與台灣地形存. 3 .

(17) 在與否有著密切的關聯，若將台灣地形高度移除則降雨多發生於海上，而台灣地區的降雨則有顯著的減少。Yang et al.(2008)研究指出，針對 Nari(2001)颱風個案在較高解析度(2 km)的模擬下，所累積的降雨較低解析度(6 km)之模擬來的大。Fang et al.(2011)使用 WRF 模式以系集模擬的方式分析 Morakot(2009)颱風之地形降雨，結果顯示當台灣地形移除後，96 h 累積降雨的極值僅剩原來的 20%，而整個台灣南部地區的總降雨也僅剩下完整地形之 60%。以上的研究可知，台灣地形對颱風環流引發之降雨強度扮演相當重要的角色，故了解台灣地形對於凡那比颱風之影響為本文欲探討的重點。王等(1985)分析颱風期間之降雨特徵指出，颱風所導致台灣地區的豪雨(時雨量超過 15 mm)主要有四種形式，分別為 1)颱風環流輻合雨，2)颱風環流內小尺度對流系統，3)迎風面之地形雨，4)與東北季風的共伴環流雨，發生於迎風面的地形雨為其中一種利於豪雨發生的形式。 Doswell et al.(1996)指出地形降雨的強度關係式如下： · 其中地形降雨的強度(P)與降雨效率(E)、環境場強度( 場強度(. )、地形陡峭度(. 、水平風. )、氣流水氣多寡(q)、對流水平尺度( ). 及對流移動速度( )等因素息息相關。Cerveny and Newman(2000)研究. 4 .

(18) 指出颱風所帶來的日累積降雨與其近地表最大風速有很強的關聯存在，較強的近地表風速能引發較大的降雨。此外，Lin et al.(2001)統整造成劇烈地形降雨不可或缺的要素為：1)具條件性或潛在不穩定氣流接觸到山脈地區，2)伴隨潮濕水氣的低層噴流，3)陡峭的地形，4) 存在準滯留的綜觀天氣系統延緩對流的移動。經由以上文獻回顧可知，侵台之颱風所造成之豪雨與多項因素相關，本研究希望藉由模式之模擬找出凡那比颱風引發豪雨之原因。. 1.2 研究動機經由以上的文獻回顧可知，颱風所挾帶之豪雨為台灣相當重要的降水來源，且許多颱風往往並未登陸，卻仍對台灣帶來劇烈降雨，如芭比絲颱風(1998; Wu et al. 2009)及馬鞍颱風(2011)。不過，登陸台灣之颱風往往對台灣造成更為嚴重的影響，颱風侵台期間對流系統於迎風面增強，旺盛的對流導致豪雨發生。凡那比颱風為 2010 年第 11 號颱風，9 月 17 日增強為中度颱風後，移行方向逐漸由向北行進轉為向西行進(圖 2.1)，18 日颱風強度仍為中度颱風並持續向西行進，當暴風圈接觸台灣陸地後逐漸轉向西南西至西南方向移動，19 日 0040 UTC 於花蓮縣豐濱鄉登陸並於同日 1000 UTC 於台南出海，凡那比颱風於台灣上空滯留時間僅約 10 個小時，卻為台灣南部地區帶來超大豪雨。19 日僅數個小時的時間屏東. 5 .

(19) 瑪家測站的降雨已達 1000 mm，高雄岡山亦有 600 mm 的降雨，短時間的豪雨造成排水不及，使得高雄屏東等地出現淹水災情。本研究主要探討凡那比颱風造成南部地區短時間內降下如此豪雨的原因，並分析台灣地形對於此超大豪雨之發生所扮演的角色。本文一共分為六章，第一章為文獻回顧及本研究之研究動機。第二章將根據各種觀測資料，對凡那比颱風進行個案分析。第三章為模式簡介、資料來源及實驗設計。第四章第一部分針對模式之降水物理參數進行分析與探討，第二部分則為模式結果之校驗。第五章分析凡那比颱風造成降雨之原因，並進行地形的敏感度測試，了解地形對於降雨的重要性。最後第六章則為本文之結論。 . . 6 .

(20) 第二章個案介紹與觀測分析中央氣象局觀測路徑(圖 2.1)顯示，2010 年第 11 號颱風凡那比 (FANAPI)於 9 月 15 日 1200 UTC 在呂宋島東北方海域生成，初期往北北東方向移動，於 9 月 16 日 1200 UTC 增強為中度颱風，路徑轉為北北西方向，並於 9 月 17 日 1200 UTC 轉為西行，之後持續向西移動，暴風圈接觸台灣陸地後逐漸轉向西南西至西南方向行進，19 日 0040 UTC 在花蓮縣豐濱鄉附近登陸，同日 1000 UTC 左右由台南附近進入台灣海峽，至 20 日 0000 UTC 由福建進入大陸。其中，在 9 月 19 日颱風登陸台灣期間為台灣東部及南部地區帶來超大豪雨，造成高雄及屏東地區出現淹水等災情。. 2.1 綜觀天氣分析由中央氣象局地面天氣圖(圖 2.2)顯示，9 月 17 日 1800 UTC(圖 2.2a)時，凡那比颱風中心位置位於台灣東側約 800 公里外海，中心氣壓 996 hPa，強度屬於輕度颱風，之後 24 小時期間，凡那比颱風所處緯度變化不大，主要移動方向為向西行進。於 18 日 1800 UTC(圖 2.2b) 時，凡那比位於台灣東方約 200 公里外海，中心氣壓為 991 hPa，此期間內，台灣受到颱風外圍環流的影響，台灣北部及中部地區的風向為北風，台灣東部宜蘭地區風速為 25 kts，而西部高雄地區風速為 15 kts。6 小時後(19 日 0000 UTC，圖 2.2c)凡那比颱風中心登陸，東部. 7 .

(21) 地區首當其衝，花蓮地區最大風速可達 45 kts，台灣西南部地區受到颱風西南側環流的影響，風向由北風轉為西北風，但風勢仍不是太強，主要原因為中央山脈之阻擋所致，至 19 日 0600 UTC(圖 2.2d)颱風中心位於台灣中部地區，台灣東北部地區主要為東風至東南風，而西南部地區則為西風。此外，西北太平洋上之高壓有隨時間加快西移的趨勢，進而縮短凡那比颱風通過台灣的時間，僅約 10 個小時颱風中心即於台南出海。至 19 日 1200 UTC(圖 2.2e)，因受颱風通過風向轉變之影響，台灣南部地區的風向轉為南風，颱風中心氣壓減弱為 993 hPa，其後颱風逐漸往大陸方向移動，強度仍逐漸減弱。由中央氣象局 700 hPa 的天氣圖(圖 2.3)顯示，於 9 月 18 日 0000 UTC(圖 2.3a)時，大陸高壓出海與西伸的太平洋高壓逐漸結合，受到此環境場的導引，凡那比颱風的移動受到限制，主要為往西行進並接近台灣。9 月 18 日 1200 UTC(圖 2.3b)兩高壓結合，對於凡那比的導引增強，且隨著時間太平洋高壓西伸的速度加快，進而影響凡那比的移動速度。9 月 19 日 0000 UTC(圖 2.3c)時，700 hPa 之颱風中心的位置較地面低壓中心偏西，台灣受到颱風環流的影響，北部主要為東風，而南部為西風，12 個小時後(19 日 1200 UTC，圖 2.3d)颱風中心出海，整體來說凡那比颱風之移動路徑在緯度上的變化並不大，主要受太平洋高壓之導引而向西移動。. 8 .

(22) 2.2 衛星雲圖由中央氣象局的衛星雲圖(圖 2.4)顯示，9 月 18 日 0800 UTC(圖 2.4a 及 b)時，凡那比颱風位於台灣東部外海，颱風環流已發展成熟，結構近似對稱，中心已有旺盛的對流雲系，整個東亞地區並沒有其他較為顯著之天氣系統，台灣東半部地區受到颱風環流的影響已有對流雲系發展，至 9 月 19 日 0000 UTC(圖 2.4c 及 d)，環流結構更加對稱，此時凡那比颱風雖已登陸台灣，但結構尚未受地形顯著破壞，全台各地受颱風環流影響皆有對流雲系產生。當颱風中心在台期間(圖 2.4e 及 f)，環流結構受地形影響，旺盛發展的對流雲系主要滯留於東部及南部山區，至 19 日 1000 UTC(圖 2.4g 及 h)颱風中心出海，此時環流結構已受中央山脈破壞而呈現南北不對稱，對流主要發生於南部地區，北部地區則相對較弱。於 19 日 2000 UTC(圖 2.4i 與 j)，颱風環流逐漸遠離台灣，但仍顯示台灣中南部地區有旺盛之對流持續發展，對流系統主要由颱風南側環流延伸至台灣內陸山區，因此在凡那比颱風離台後仍為南台灣及南部外海帶來顯著的降雨。. 2.3 雷達回波由 9 月 18 日 1200 UTC(圖 2.5a)的雷達回波顯示，凡那比位於台灣東部外海，颱風中心附近回波強度可達 40-45 dBZ，此時台灣東北部及西南部地區亦有回波產生，但強度仍弱，6 小時後(18 日 1800 UTC，. 9 .

(23) 圖 2.5b)，颱風環流逐漸接近台灣，其環流結構變得較為對稱，各個象限之環流回波強度差異不大，此時環流也已經接觸到台灣東部，而西部地區也因颱風逐漸接近的影響，於山區出現帶狀回波，到 19 日 0000 UTC(圖 2.5d)，颱風中心登陸台灣，此時受到地形的影響台灣東部對流發展更加劇烈，因此環流西側回波明顯增強，且部分環流跨越台灣到達西部地區，並在台灣西南部地區陸續發展。6 小時後(19 日 0600 UTC，圖 2.5e)，颱風逐漸往內陸移動，東側的回波已減弱許多，而台灣南部地區則有一條對流強烈的強回波由台灣海峽南部一路延伸到屏東高雄一帶，此時亦有回波未受到地形阻隔而於台灣南部外海形成，到 19 日 1200 UTC(圖 2.5f)時，颱風中心雖已出海，但回波強度與 6 小時前相差不大，主要差異在於強回波帶略有隨著颱風向北移動，使對流影響的範圍向北延伸，其後隨颱風逐漸遠離，主要的強回波帶也跟著離開南台灣(圖 2.5g)，但於台灣南部外海之颱風中心南側的回波仍非常強，顯示此時颱風環流仍蘊含豐富的水氣。. 2.4 累積雨量根據全台 395 個自動雨量站資料所繪出之時雨量(圖 2.6)顯示，全台的降雨分布與凡那比颱風之位置息息相關，由 9 月 18 日 2100 UTC(圖 2.6a)起，宜蘭花蓮一帶出現豪雨，時雨量可達 50-70 mm，部分的環流繞過台灣北部到達台灣西側，故嘉義與高雄山區亦有降雨。. 10 .

(24) 隨著颱風環流接近，9 月 18 日 2200 UTC 至 19 日 0300 UTC(圖 2.6b-f) 期間，主要的降雨集中在東台灣花蓮地區，因颱風登陸期間路徑些微南偏，降水的分布亦隨之向南移動，9 月 19 日 0300 UTC(圖 2.6g)之後，東台灣之降雨逐漸減少而南台灣的降雨則逐漸增強。南台灣的降雨由 19 日 0300 UTC 開始增強，局部地區的時雨量甚至可達 100 mm，當南部地區出現豪大雨之前兩個小時(19 日 0300-0500 UTC，圖 2.6g-h)，強降雨主要集中在山區，隨著凡那比颱風往西移動，劇烈降雨的範圍亦隨之往沿岸擴展，此降雨型態與先前雷達回波中(圖 2.5d)由台灣海峽一路往中央山脈延伸的強回波帶吻合，屏東山區及高雄縣市的降雨都可達到每小時 100 mm 以上，此型態的降雨持續約五個小時(圖 2.6i-m)，直至 19 日 1000 UTC(圖 2.6n)降雨位置才因為颱風中心出海而有所改變，此時降雨主要是由西南風帶入之對流系統於迎風面所造成，而凡那比在離台後略有北移，使最大降雨的位置往西北方向移動，直到 19 日 1600 UTC(圖 2.6t)降雨才逐漸趨緩，但仍有局部地區的時雨量可達 40 mm 左右。由 12 小時累積降雨(圖 2.7)顯示，18 日 0000 UTC 至 1200 UTC(圖 2.7a)，颱風環流離台灣仍有段距離，因此降雨仍不顯著，僅北部山區有較多的累積降雨，其餘各地仍無降雨。18 日 1200 UTC 至 19 日 0000 UTC 期間之累積降雨(圖 2.7b)顯示，台灣北部地區的降雨有所增強，. 11 .

(25) 且降雨範圍已逐漸往台灣中部及南部地區延伸，北部地區以宜蘭山區有最大的累積降雨，12 小時累積降雨在 200-300 mm 之間，而嘉義及高雄山區亦有約 200 mm 的累積降雨。由 19 日 0000 UTC 至 1200 UTC 的累積降雨(圖 2.7c)顯示，最大降雨發生於屏東山區，可達 900 mm 以上，高雄沿海地區亦有 600 mm 左右的累積降雨，而宜蘭地區之降雨則減緩許多。19 日 1200 UCT 至 20 日 0000 UTC 的累積降雨(圖 2.7d)，降雨主要發生於南部地區，北部地區地處背風側因此較無降雨，同時南部地區的降雨亦逐漸減少，最大累積降雨約 200 mm。最後由 60 小時(17 日 1800 UTC 至 20 日 0600 UTC)的累積降雨(圖 2.7f)顯示，凡那比颱風對台灣造成的降雨主要位於台灣南部山區，其中又以屏東山區具有最大降雨發生，累積約 1000 mm，東台灣則是花蓮山區有較大的累積降雨。整體來說，凡那比主要降水期間為 9 月 19 日 0000 UTC 至 9 月 19 日 1200 UTC，這段期間為屏東山區帶來約 900 mm 的降雨，高雄沿海地區之降雨亦可達 600 mm 左右，東台灣花蓮地區則約有 300 mm 左右的降雨。. 2.5 小結凡那比颱風於 9 月 18 日至 9 月 20 日期間接近並影響台灣，引發劇烈降雨。而凡那比颱風由登陸至離台期間(9 月 19 日 0000 UTC-. 12 .

(26) 1000 UTC)正是台灣降雨最為劇烈之時期，因此可知颱風本身環流為造成台灣豪雨的主要原因。衛星雲圖及雷達回波顯示凡那比颱風於登陸前結構非常完整，其強度仍不斷增強，因此通過中央山脈後仍可維持一定的強度，並為南台灣帶來劇烈降雨，由 700 hPa 的天氣圖顯示，太平洋高壓於 9 月 18 日 1200 UTC 至 9 月 19 日 0000 UTC 期間勢力範圍逐漸增強，進而影響凡那比的移動速度，由中央氣象局颱風觀測路徑顯示，颱風於登陸前夕至通過中央山脈期間移速加快，導致首當其衝的東台灣區域累積降雨反而較南部地區少。當颱風為南台灣帶來劇烈降雨的期間，強回波帶由台灣海峽一路延伸至台灣山區，此時不僅於山區受地形的影響而引發降雨，沿海地區亦有劇烈降雨發生，而凡那比通過台灣後其回波強度仍強，顯示在這段期間凡那比颱風所引進的水氣仍相當充足，為短時間於屏東山區造成超大豪雨的主要原因。由於觀測資料在時間及空間解析度仍有所不足，因此在探討降雨的物理機制上仍有所限制，本文將使用 WRF 數值模式做更為細部的分析，以了解凡那比颱風造成豪雨之降雨機制，並藉以探討台灣地形高度的不同對於颱風環流之影響及降雨差異，並分析各項利於地形豪雨發生之要素在地形高度改變後之變化。. 13 .

(27) 第三章資料來源與研究方法為能進一步解析凡那比颱風侵台期間豪雨發生之機制及了解台灣地形所扮演之角色，本文使用 WRF(Weather Research and Forecasting)模式 3.1.1 版進行數值模擬研究，由於現有的觀測資料在時間及空間解析度仍有不足，使用高解析度之 WRF 模式，對於變化較為快速的天氣系統掌握度較高，因此較能掌握對流的移動與發展，以及對流受地形影響之過程，進一步分析有利於豪雨發生之大氣環境。. 3.1 模式介紹 WRF 數值模式為新一代的中尺度數值天氣預報系統，由許多單位共同研發改良，主要提供大氣研究及預報之需求，其應用之尺度範圍由數公尺至數千公里。WRF 模式之模組化程式碼能在平行處理計算平台上運作，以提高計算效率，提供數種物理選擇以滿足各種天氣尺度系統之數值預報及學術研究。應用的範圍包含了數值天氣預報、資料同化、降尺度氣候模擬與理想化個案模擬等。此模式目前由 NCAR 負責維護及技術支援，且不斷的改進並推出新的版本，本文使用的版本為 WRF V3.1.1 版。 WRF 為完全可壓縮非靜力方程所組成，垂直使用 σ 座標，水平網格為 Arakawa C 網格，在時間積分方面採用三階或四階之. 14 .

(28) Runge-Kutta Scheme，空間離散化為二至六階之參數，而側邊界條件設定可應用於理想化或實際觀測之資料。 WRF 系統主要分為 WPS(WRF Pre-processiong System)及 WRF 模式兩大部分。其中 WPS 又可分為三個部分，第一步為設定模擬的範圍以及巢狀網格設定，使地形資料內插至設定的模式區域內；第二步為匯入初始氣象資料，如風場、溫度、濕度等資訊，而模式初始場可使用 AVN 或是 GFS (Global Forecast System)等資料，最後一步將資料內插至模式區域的網格中。此外，模式可與 3DVAR (three-dimensional variational data assimilation)、4DVAR (four-dimensional variational data assimilation)及 FDDA (four-dimensional data assimilation)等資料同化系統配合使用，加入觀測資料用以改進模式初始猜測場(first guess)，使其接近於實際大氣狀態，進而改善模式模擬結果。模式具備一套物理參數化，其中包含積雲參數化、邊界層參數化，輻射參數化等。另外，模式輸出後，可透過 RIP4、NCL、GrADs、NCAR Graphics 及 Vis5D 等繪圖軟體繪製各種氣象場進行分析。本研究使用三維變分資料同化(3DVAR)，資料同化於初始時間加入觀測資料，並利用變分法之計算，得到合理大氣狀態之最佳估計值作為模式初始分析場。. 15 .

(29) 3.2 資料來源與模式設定本研究提供於模式之初始場及邊界資料為美國國家環境預報中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)的全球預報模式(Global Forecast System，GFS)分析場資料，由 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 至 20 日 1800 UTC，每六小時一筆資料，其水平解析度為 0.5°× 0.5°，垂直解析共分為 26 層，分別為 1000、970、950、925、 900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、400、350、 300、250、200、150、100、70、50、30、20 及 10 hPa。使用 3DVAR 同化的觀測資料有地面綜觀資料(SYNOP)及探空資料(SOUND)，資料分布如圖 3.1 所示。本模式之地圖投影使用藍伯特投影法，網格設定為三層巢狀網格 (圖 3.2)，中心經度為 120 °E，緯度為 25.5 °N，水平解析度 Domain 1(簡稱 D1)為 45 km，網格點數為 180×105，Domain 2(簡稱 D2)為 15 km，網格點數為 100×100，Domain 3(簡稱 D3)為 5 km，網格點數為 103×121，垂直 full-σ 座標一共分為 32 層，由底至頂之 σ 值分別為 1.000、0.968、 0.935、0.903、0.871、0.839、0.806、0.774、0.742、0.710、0.677、 0.645、0.613、0.581、0.548、0.516、0.484、0.452、0.419、0.387、 0.355、0.323、0.290、0.258、0.226、0.194、0.161、0.129、0.097、 0.065、0.032 及 0.000。此外，巢狀網格間採用雙向交互作用(two-way. 16 .

(30) interactive)的方式處理，將模擬結果由細網格回饋至粗網格，使解析度較低之外層網格在積分過程中受內層較高解析之模擬結果所影響。. 3.3 WRF TC bogus 簡介為了改善模式對於颱風強度模擬過於低估之情形，故本文使用 WRF Tropical Cyclone (TC) bogus 方法以達到增強颱風強度之目的， WRF TC bogus 方法源自於 WRF 數值模式的前身 MM5 上的 TC bogus scheme，在 WRF 3.1 以上的版本可直接於數值模式設定使用，藉由 TC bogus 方法可以將原本存在之渦旋完全移除，亦可再重新植入一個新的渦旋以達到增強或減弱渦旋的效果。針對移除原有渦旋的部分，WRF 數值模式會參照使用者給定之經、緯度條件當作中心，搜尋距中心點周圍 400 km 範圍內 1000 hPa 面上具有最大相對渦度的地點當作欲移除之渦度。其過程假設渦旋中心 300 km 外的相對渦度及輻散度為 0，並以 Dirichlet 邊界條件定義駛流函數及速度位的邊界為 0，然後利用 Sussessive Over Relaxation (SOR)法計算出區域內之流函數、無輻散風場、速度位及輻散風場。接著利用地表及海平面壓力場移除伴隨高度變異量的地表及海平面壓力擾動，即可得到背景流場的初始場資料。植入渦旋部分則依據使用者給定的渦旋中心經、緯度，欲植入渦. 17 .

(31) 旋之最大風速、最大風速半徑中心最大風速衰減率去做設定。以 TC bogus 方法植入之渦旋具有以下特性：軸對稱渦旋、固定最大風速半徑(Radius of maximum wind，RMW)、質量場和風場為非線性平衡、渦旋中核心部分水氣飽和、Vmax_ratio=中心最大風速衰減率、渦漩之切線風場來自於 Rankine Vortex：. 其中. V r. ，0. 1. V r. ，. 2. 為最大風速，. 為最大風速半徑，r 為半經，α為最大風. 速衰減率。. 3.4 實驗設計為研究不同降水微物理過程與積雲參數化對凡那比颱風降水模擬的差異，本文一共使用四種微物理過程搭配四種積雲參數法之設定，形成十六組降水物理參數組合(表 3.1)，本文第四章將比較各個物理組合間對於模擬所造成的差異，並以其中表現最接近於觀測之組別做為進一步分析的依據，四種微物理過程分別為 WRF Single-Moment 5-class scheme (簡稱 WSM5)、Ferrier microphysics scheme、WRF Single-Moment 6-class scheme (簡稱 WSM6)及 Goddard microphysics scheme，而四種積雲參數法分別為 Kain-Fritsch scheme、 Betts-Miller-Janjic scheme (簡稱 BMJ)、Grell-Devenyi ensemble scheme. 18 .

(32) 及 Grell 3d ensemble cumulus scheme。經測試與分析後控制組(以下簡稱 CTL)之參數設定以微物理過程 Goddard Microphysics scheme、積雲參數法 Kain-Fritsch scheme 與邊界層參數 YSU(Yonsei University) PBL scheme 進行搭配，針對凡那比颱風之模擬由於初始的環流強度偏弱，為改善此情形，因此本篇論文的 CTL 組進行 WRF TC bogus 的步驟，植入新的渦旋以增強颱風的強度，渦旋設定之最大風速半徑(RMW)為 70 km、最大風速(Vmax) 為 60 m s-1、Vmax_ratio 則為 0.8，初始時間為 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC，並進行 72 小時之模擬。為探討地形對於降雨的影響，另針對地形之部分進行三組不同地形高度的測試(表 3.2)，其中 Extra Terrain(以下簡稱 ET)將台灣地區地形高度增加為原來的 1.3 倍，Half Terrain(以下簡稱 HT)為將台灣地形高度減半，No Terrain(以下簡稱 NT)則將台灣地區地形移除，但仍保留陸地資訊，並非變成海洋。這三組模擬設定皆與 CTL 相同，僅有台灣地區地形高度之差異，各組之地形高度如圖 3.4 所示。 . . 19 .

(33) 第四章數值模擬結果 4.1 WRF 微物理過程及積雲參數法比較針對凡那比颱風之模擬，本文一共測試 16 種不同微物理過程及積雲參數法組合(表 3.1)，本章將分析各參數法在模式中的表現，藉以找出最適合凡那比颱風的參數組合，並比較各微物理過程與積雲參數法對凡那比颱風模擬降雨之差異。為了利於分析，將 16 組降水物理組合依固定微物理過程搭配不同積雲參數法，分成 m4c1-m4c5、 m5c1-m5c5、m6c1-m6c5 及 m7c1-m7c5 四個組別進行討論。 4.1.1 路徑分析與比較 m4c1-m4c5 模擬之路徑(圖 4.1a)顯示，各組路徑相似，於 0 h 至 60 h 模擬期間，各組與觀測之路徑誤差(圖 4.1b)皆於一百公里以內，各組模擬彼此間最大的位置差異約在五十公里左右，其中影響台灣最為顯著之時期(9 月 19 日 0000 UTC-1200 UTC)，路徑亦無明顯差異。圖 4.2a 顯示，微物理過程為 Ferrier microphysics 之四組模擬 (m5c1-m5c5)，亦顯示積雲參數法的改變對於路徑的影響並不明顯，路徑誤差在一百公里以內(圖 4.2b)，而各組的登陸位置亦相當接近，於颱風離開台灣後，除 m5c2 之模擬位置較為南偏，其餘三組模擬之位置皆相當接近。再比較 m6c1-m6c5(圖 4.3a)之颱風路徑可見與前述情形相似，各組模擬並無顯著的路徑差異，唯有 m6c2 之路徑較其他. 20 .

(34) 組模擬南偏。m7c1-m7c5 的颱風路徑(圖 4.4a)顯示，與前述結果相似，各組間的路徑差異並不顯著，僅 m7c2 整體路徑較其他組南偏。比較圖 4.1a 至圖 4.4a 的結果顯示，不論何種微物理過程，積雲參數法分別為 c1(Kain-Fritsch)、c3(Grell-Devenyi ensemble)及 c5(Grell 3d ensemble)之情況下，路徑皆非常相近，唯獨 c2(BMJ)的路徑與其他三組模擬差異較顯著，在固定積雲參數法為 c2，而更換不同微物理過程(m4c2、m5c2、m6c2 及 m7c2)的情形下，其路徑結果仍各自相似，顯示具有相同積雲參數法的模擬並無因微物理過程的不同而有太顯著的差異。各組 c2 在颱風通過台灣後(19 日 1200 UTC)，移動速度明顯較其他積雲參數組慢，故至模擬 60 h 時仍未登陸中國大陸，而 c5 之路徑於後期移速較快，經由上述特性可知，變更微物理過程對於本個案颱風路徑之影響相當小，而更動積雲參數法對路徑的影響亦不大，但仍顯示 BMJ scheme 對於凡那比颱風之模擬有影響其路徑南偏的趨勢。經由上述颱風路徑分析可知，微物理過程及積雲參數法對颱風路徑之影響皆並不顯著，由過去的測試結果顯示，路經之差異主要受到不同初始時間的影響較為顯著。因此在路徑相似的情況下，對其後不同物理組合所造成的降雨差異分析，可將路徑之因素排除在外。 4.1.2 颱風強度比較. 21 .

(35) m4c1-m4c5 颱風中心氣壓變化(圖 4.5a)顯示，各組颱風強度皆較觀測弱，但彼此間卻有很大的差異，於初始時間颱風中心氣壓約有 38 hPa 的低估，隨著各組颱風中心氣壓的加深，與觀測間之氣壓差逐漸減小。至 9 月 17 日 2100 UTC 時，各組模擬之氣壓變化開始出現較為明顯的差異，m4c1 在強度上最接近於實際觀測，也是四組模擬中颱風強度最強的一組，中心最低氣壓可達 954 hPa，而 m4c5 則為颱風強度次強的模擬，最低氣壓約 962 hPa，此外 m4c2 與 m4c3 對於颱風強度的模擬則較為低估，模擬期間強度變化並不大，其中 m4c3 為各組中颱風模擬強度最弱的一組。比較圖 4.5a-d 可知，變更微物理過程對颱風中心氣壓變化的影響並不顯著，因此圖 4.5b-d 的各組強度分布與圖 4.5a 的討論結果相似。綜合這四大類模擬比較後可以發現，在模擬中選擇 Kain-Fritsch scheme 為積雲參數法之組別(m4c1-m7c1)，颱風強度皆較其他組強，最低中心氣壓可達 954 hPa 左右，而選擇 Grell 3d ensemble scheme 為積雲參數法的模擬(m4c5-m7c5)，於四組當中強度表現次之；若選擇 BMJ scheme (m4c2-m7c2)及 Grell-Devenyi ensemble scheme (m4c3-m7c3)這兩種積雲參數法之組別，則中心氣壓皆有過弱的表現。經由本節分析可知，微物理過程對於颱風強度變化並無太顯著的影響，而變更積雲參數法對颱風強度的變化有較顯著之差異。. 22 .

(36) 4.1.3 雷達回波比較針對雷達回波比較，選取模擬第 30 小時(9 月 19 日 0000 UTC) 各組之雷達回波進行颱風環流結構比較。首先，當固定微物理過程為 WSM5 scheme，但更動積雲參數法(圖 4.6)顯示，因積雲參數 Kain-Fritsch shceme(m4c1)在颱風中心氣壓強度掌握上能有較好的表現，故 m4c1 的雷達回波顯示，颱風結構近似對稱且發展相當完整，與同時刻之觀測回波(圖 2.5d)相較可見，觀測之颱風中心已登陸台灣而模擬之中心與台灣仍有段距離，但 m4c1 整體回波的環流結構與觀測相似，皆有旺盛之對流發展，不過受限於解析度不足的關係，颱風眼的大小並沒有太好的掌握。由圖 4.6b 之積雲參數 BMJ scheme(m4c2) 的雷達回波顯示，颱風環流因較接近台灣，結構受地形的影響而略有破壞，但其環流仍近似對稱，颱風眼牆部分具有強回波，與觀測之回波相較可見，m4c2 的位置雖較觀測遠離台灣，但對台灣地區的回波分布已與觀測相似，於東部及南部山區出現強回波。若選用 Grell-Devenyi ensemble scheme (m4c3)積雲參數法，則可發現回波結構較為鬆散，其南北側環流較不對稱，與觀測之回波相較(圖 2.5d)顯示，觀測颱風中心已登陸台灣而 m4c3 中心則離台仍有段距離，此外，兩者颱風環流的差異也很大，m4c3 之回波不如觀測般對稱。若積雲參數法選擇 Grell 3d ensemble scheme(m4c5)，回波的強度如 m4c1 般. 23 .

(37) 亦非常強，且整個颱風環流結構的發展相當對稱，與觀測之回波相較，除位置上有些差異外，整體結果相似。當微物理過程為 Ferrier microphysics scheme(m5)，並更動不同積雲參數法模擬的雷達回波(圖 4.7)結果與圖 4.6 有許多相似的特性，當積雲參數為 Kain-Fritsch scheme(m5c1)時，整體環流結構相當完整，環流具有強回波，強度可達 55 dBZ，而積雲參數法為 BMJ scheme(m5c2)時，雖然回波強度亦強，但環流結構較為鬆散。當積雲參數法為 Grell-Devenyi ensemble scheme(m5c3)時，雷達回波較為鬆散且颱風結構並不完整，僅眼牆部分有較強的回波，外圍環流的回波強度則較為微弱。而積雲參數法選擇 Grell 3d ensemble scheme(m5c5) 時，颱風環流因受到地形的影響而使對稱結構有所改變，但大致上仍可看出颱風結構相當完整。在將微物理過程變更為 WSM 6-class scheme(m6)或 Goddard microphysics scheme(m7)的模擬組別中(圖 4.8 及 4.9)，可發現各組模擬的特性與微物理過程選擇 m4 及 m5 時之結果有相似的表現，以 Kain-Fritsch scheme(c1)為積雲參數法的組別回波強度較強且環流結構完整，以 BMJ scheme(c2)為積雲參數法的組別回波結構皆較為鬆散，以 Grell-Devenyi ensemble scheme(c3)為積雲參數法的組別回波較不對稱且環流結構並不完整，若以 Grell 3d ensemble scheme(c5)為積雲. 24 .

(38) 參數法的組別颱風位置較接近於台灣，除西北側環流碰觸到台灣而受到影響外，其餘各處之回波結構仍完整。比較微物理過程所造成之影響發現，微物理過程所造成的影響較侷限於局部地區的小差異，不如積雲參數法般影響整個颱風環流的結構。 4.1.4 累積降雨比較由於 4.1.1 及 4.1.2 節主要針對凡那比颱風各組模擬於 0-60 h 的路徑及其強度之比較，為了解該期間降雨強度與路徑之關係，因此本節以 60 小時的累積降雨進行探討。首先，由凡那比颱風觀測之 60 小時累積降雨(圖 2.7f)顯示，最大降雨的位置位於屏東山區(1125 mm)，高雄市一帶亦有不少的降雨(594 mm)，而花蓮迎風面山區亦有 479 mm 的累積降雨，其餘地區的降雨則較不顯著。本節亦參照先前的分類，以固定微物理過程，並變更積雲參數法的方式進行討論，了解不同積雲參數法所造成的影響。由 m4c1 之 60 h 累積降雨(圖 4.10a)顯示，整體的降雨配置與實際觀測(圖 2.7f)類似，不過降雨強度有所高估，於花蓮與南投交界的中央山脈地區觀測降雨僅約 200 mm，而模擬卻達 900-1000 mm，顯示此地區的降雨掌握度並不高。而南部地區主要降雨位置雖與實際觀測相近，但累積降雨仍高估 400 mm 左右，而高雄市一帶的降雨低估約 200 mm。整體而言，因在路徑與觀測相近，因此對於降雨配置能有較好的掌握，不過颱風. 25 .

(39) 眼牆附近的回波結構過強，故累積降雨較為高估。 m4c2 的累積降雨分布(圖 4.10b)亦與觀測的結果十分類似，不過與 m4c1 相同，皆在台灣東部有降雨高估之情形，且同樣與觀測有近 700 mm 的差距，而屏東山區一帶之降雨則略較 m4c1 接近實際觀測，但因颱風路徑(圖 4.1a)較為南偏的關係，降雨的位置也比實際觀測偏南，因此未能掌握高雄地區的降雨。雖然 m4c2 在南部地區的累積降雨量較 m4c1 更為接近實際觀測，但因路徑模擬較不理想，故降雨位置與觀測有所不同。 m4c3 的累積降雨(圖 4.10c)與 m4c1 及 m4c2 有較大的差異，m4c3 在屏東山區之降雨明顯低估，60 小時之累積降水較觀測低估約 300 mm，而花蓮山區仍為高估，但相較於 m4c1 及 m4c2，m4c3 對於花蓮山區的降雨模擬較佳，由前述討論可知，由於 m4c3 本身颱風強度偏弱且結構並不完整，其環流之雷達回波較為鬆散(圖 4.6c)與觀測之對稱結構(圖 2.5d)有較大的差異，因此在颱風侵台期間對南部地區並未造成如觀測般劇烈之降雨。 m4c5 的累積降雨(圖 4.10d)為四組模擬中表現最為接近實際觀測的組別，顯示當積雲參數法選擇 Grell 3d ensemble scheme(c5)時較能改善東台灣降雨模擬過於高估的情形，屏東山區的累積降雨量及位置皆與實際觀測相當接近，不過高雄沿海一帶之降雨仍未能掌握的很好，. 26 .

(40) 而 m4c5 在颱風強度上略較 m4c1 弱，因此在累積降雨方面無 m4c1 般有過於高估的情形產生。當微物理過程為 Ferrier microphysics scheme(m5)時，m5c1 的累積降雨分布(圖 4.11a)與觀測(圖 2.7f)之降雨分布相似，但仍為降雨高估，此外在花蓮、南投山區的降雨與 m4c1 之結果相近，累積雨量約有 700 mm 之高估且強降雨範圍較 m4c1 廣，屏東地區的降雨亦有所高估，顯示 m5c1 與 m4c1 的降雨分布及強度皆相當接近。由 m5c2 (圖 4.11b)與 m4c2 比較顯示，兩者有相似的降雨表現，同樣受颱風路徑較為南偏的影響，降雨位置皆較觀測偏南，且其累積降雨不論是在花蓮或是屏東山區都有高估的情況出現。 m5c3 的累積降雨(圖 4.11c)相較於 m5c1 及 m5c2 明顯偏少，這樣的現象與微物理過程使用 WSM 5-class scheme(m4)時之結果相同，皆顯示當積雲參數法為 Grell-Devenyi ensemble scheme(c3)時，模擬的累積降雨較為不足，為颱風強度偏弱且結構較為鬆散所致。從 m5c5 之累積降雨(圖 4.11d)顯示，當積雲參數法為 Grell 3d ensemble scheme(c5)時，不論微物理過程為 WSM 5-class scheme(m4) 或 Ferrier microphysics scheme(m5)，皆可改善東台灣降雨高估的情形，使累積降雨較接近觀測，而南台灣山區的累積降雨仍略為高估。此外，再分別將微物理過程變更為 WSM 6-class scheme(m6，圖. 27 .

(41) 4.12)及 Goddard microphysics scheme(m7，圖 4.13)時之累積降雨皆顯示，使用相同積雲參數法的模擬有較相似的降雨分布及降雨強度，主要原因在於相同積雲參數法之組別在颱風強度、路徑及雷達回波皆有較為相似的結果，因此在本節亦可發現降雨的分布也非常相近。仍可發現 m7c1(圖 4.13a)之降雨高估較不顯著，顯示 Goddard microphysics scheme 有助於改善降雨高估。 4.1.5 降雨差異分析由前述的分類討論顯示，不同的微物理過程對於模擬所造成的差異並不顯著，因此首先將分別以固定微物理過程為 WSM 5-class Scheme(m4)的組別作討論，由 m4c1 分別與 m4c2、m4c3 及 m4c5 之 60 h 累積降雨差異(圖 4.14)結果顯示，各組與 m4c1 的降雨相差甚大，圖 4.14a 可發現 Kain-Fritsch scheme(m4c1)在南台灣造成之降雨較 BMJ scheme(m4c2)多(色階偏紅)，另外，m4c2 於屏東南端有較大的累積降雨，與上節敘述因 m4c2 之路徑較其他組別南偏因此降雨位置也較為偏南的結果相互呼應。圖 4.14b 顯示 Grell-Devenyi ensemble scheme(m4c3)模擬之降雨與 Kain-Fritsch scheme 差異甚大，因 m4c3 的累積降雨為低估而 m4c1 則為明顯高估，因此兩組模擬間的降雨差異非常大，而由東台灣的降雨差異(色階偏紅)顯示出 m4c3 對於東台灣降雨過於高估之情形能有所改善，但整體來說，因 m4c3 本身颱風. 28 .

(42) 環流結構並不完整，颱風強度偏弱，所以造成的累積降雨較為不足。圖 4.14c 顯示 Grell 3d ensemble scheme(m4c5)相較於 Kain-Fritsch shceme 在降雨過於高估的情形能有所改善，不僅是南台灣的降雨有顯著的改進，東台灣之降雨亦能有所改善。此外若由 m4c1 分別與 m5c1、m6c1 及 m7c1 之模擬 60 h 累積降雨的差異(圖 4.15)，則可探討不同微物理過程對於降雨強度之影響，由圖 4.15 可見降雨強度差異較圖 4.14 小，顯示不同微物理過程間對於累積降雨造成的差異較不明顯。圖 4.15a 為 m4c1 與 m5c1 之累積降雨差異，可發現兩組模擬間較顯著的差異僅出現在高雄屏東地區，其餘地區的降雨量則較為相似。圖 4.15b 為 m4c1 與 m6c1 的累積降雨差異，同樣顯示於高雄屏東地區有較大的差異，在花蓮與南投交界的中央山脈地區亦有較大的降雨差異存在，但皆集中於局部區域，原因為颱風在登陸期間兩組之位置有些微差異存在，因此造成強降雨位置有所不同，導致相減後局部地區呈現較大的差異。由圖 4.15c 之 m4c1 與 m7c1 的累積降雨差異顯示，南台灣的降雨差異並不顯著，差值僅約 100 mm，但 Goddard microphysics scheme(m7)相較於 WSM 5-class scheme(m4)卻能改善宜蘭地區降雨模擬過度高估之情形。由上述的分析結果可知，不同的微物理過程對於降雨之影響並不顯著，僅局部區域有較大的差異，大部分區域之降雨皆為相似，其降雨差異相較於積. 29 .

(43) 雲參數法間所造成的差異較不顯著。為能更為客觀的比較出積雲參數法間之差異，並排除微物理過程所造成的影響，因此再選取微物理過程為 Goddard microphysics scheme(m7)的各組做分析，由圖 4.16 之 m7c1 分別與 m7c2、m7c3 及 m7c5 之模擬 60 h 累積降雨差異顯示，m4c1-m4c2(圖 4.14a)與 m7c1-m7c2(圖 4.16a)、m4c1-m4c3(圖 4.14b)與 m7c1-m7c3(圖 4.16b) 以及 m4c1-m4c5(圖 4.14c)與 m7c1-m7c5(圖 4.16c)彼此之間的降雨差異非常相似，顯示不同積雲參數法間所造成的降雨差異在搭配不同微物理組合之下其結果仍為相似。 4.1.6 小結本節針對微物理過程及積雲參數法分析，以了解各參數組對於凡那比颱風個案所造成的差異，再加以選擇表現最佳之組別作為實驗控制組(CTL)，於後續進行更細部的探討。由上述各節分析可知，積雲參數法的改變對於颱風環流之結構有較為顯著的變化，進而影響颱風移動之路徑及降雨，而微物理過程的改變所造成之影響並不顯著。在固定微物理過程並變更積雲參數法的影響方面，選擇 Kain-Fritsch scheme 模擬之颱風強度在四組中排名最強，因此累積降雨亦為最多，導致累積降雨過於高估。選擇 BMJ scheme 的模擬之路徑皆較其他組南偏，估降雨位置偏南，且颱風強度變化並無良好掌握，累積降雨量. 30 .

(44) 仍過度高估。選擇 Grell-Devenyi ensemble scheme 的模擬組別，則因颱風結構不完整使降雨有所低估，與其他積雲參數法有較大的差別。而 Grell 3d ensemble scheme 在氣壓的模擬上雖可掌握颱風增強的過程，不過與實際觀測之氣壓仍有些差距，在降雨方面則能有效的改善其他組別在宜蘭花蓮地區降雨過度預報的情形。由各微物理過程比較可發現彼此之間的差異較小，但仍顯示使用 Goddard microphysics scheme 在南部及宜蘭地區的降雨普遍較其他微物理過程少，搭配 Kain-Fritsch scheme 組合之降雨較接近於實際觀測，因此本文為能兼顧颱風強度且不過度預報台灣降雨，以微物理過程選擇 Goddard microphysics scheme 而積雲參數法選擇 Kain-Fritsch scheme(圖 4.13a)作為控制組(CTL)的參數設定。. 4.2 控制組模擬結果因前述之模擬結果在颱風強度的部分仍與實際觀測有所不同，強度仍有所低估(觀測最低氣壓 940 hPa、模擬 952 hPa)，且颱風登陸台灣的時間落後觀測約六個小時，因此本文針對此個案進行 WRF TC bogus 人工植入渦旋以提升颱風強度，而渦旋的強度經測試及與觀測結果對照後之設定如下：人工渦旋最大風速(Vmax)為 60 m s-1、最大風速半徑(RMW)為 70 km，最大風速衰減率(Vmax_Ratio)則為 0.8，並將此組別定為實驗控制組(CTL)。. 31 .

(45) 4.2.1 模擬路徑根據 CTL 組模擬之路徑圖(圖 4.17)顯示，於 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC，颱風中心位於經度 127.14 °E、緯度 23.16 °N，與觀測資料的經度 126.9 °N、緯度 23.20 °N 並不相同，主要原因來自於人工植入的渦旋與環境大氣仍須進行調整以達平衡，因此雖將渦旋植入觀測位置，經調整後的位置仍與觀測有所不同，此時的中心氣壓為 980 hPa(圖 4.18)，高於中央氣象局觀測資料的中心氣壓(950 hPa)，且颱風中心所在位置與觀測約有 25 km 左右的差距。模擬 0-3 h 期間中心氣壓快速加深至 958 hPa，略高於觀測資料的中心氣壓(950 hPa)。模擬 3-18 h 期間颱風往西北方向移動，颱風中心氣壓仍持續下降至 945 hPa，此時強度略較實際觀測的 950 hPa 強，根據實驗計畫 ITOP (Impact of Typhoons on the ocean in the Pacific)，美軍 C-130 飛機觀測資料顯示，於 18 日 0300 UTC，凡那比颱風中心氣壓已達 940 hPa，強度較中央氣象局資料(950 hPa)及 CTL 組模擬結果(959 hPa)為強，顯示模式及氣象局對於凡那比颱風之強度皆為低估。模擬 18-24 h 期間，凡那比颱風向西行進且中心氣壓達到最低值，而觀測資料顯示颱風中心氣壓仍維持 950 hPa，模擬之颱風移動方向大致與觀測相似。模擬 24 h 時，颱風的移動仍向西行，此時觀測的颱風已開始往西南方向前進且中心氣壓開始加深，反觀模擬之颱風中心氣壓已開始減弱。模擬 24-30 h. 32 .

(46) 期間颱風往西南方向行進，由觀測資料顯示颱風中心於 9 月 19 日 0000 UTC(模擬 30 h)於花蓮豐濱鄉登陸，登陸後颱風中心氣壓快速減弱，而模擬之颱風則於 32-33 h 期間登陸，登陸地點與觀測相近，不過颱風中心氣壓於登陸前已開始減弱。模擬 33-42 h 期間為颱風中心登陸台灣至中心移出台灣之時期，這段期間模擬颱風移動的路徑與觀測的資料相似，颱風中心之氣壓變化趨勢也與觀測資料相近。直至颱風中心移出台灣後，模擬的颱風路徑才與實際觀測之路徑有較大的差異存在，不過整體路徑誤差仍在 70 km 範圍之內。由上述討論可知，模擬颱風之移動路徑與中央氣象局觀測資料相似，但模擬與觀測之間約有 2-3 個小時的時間差，即模擬與觀測之颱風大致於相似的路徑上移動，但模擬中心到達與觀測相同位置時，其時間大約落後觀測 2-3 個小時。 4.2.2 海平面氣壓場分析由圖 4.19 之 CTL 組海平面氣壓顯示，模擬 24 h 時(18 日 1800 UTC，圖 4.19b)颱風中心位於台灣東部外海，此時 1008 hPa 等壓線的位置與颱風環流仍有段距離，因此高壓對於颱風的影響仍不強，與觀測之地面天氣圖(圖 2.2b)比較顯示，CTL 組中 1008 hPa 等壓線的位置較觀測偏東，太平洋高壓之強度略有低估，受颱風環流之影響台灣東部地區的風速可達 40 kts、西部地區則為 30 kts，全台各地風向為西. 33 .