國立中山大學海洋科學系碩士論文

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國立中山大學海洋科學系碩士論文

Department of Oceanography National Sun Yat-sen University

Master Thesis

全球超級颱風所引起的中尺度氣旋渦 Cyclonic Eddies Induced by Global Super typhoons

研究生：鄭宜婷 Yi-Ting Cheng

指導教授：曾若玄博士 Dr. Ruo-Shan Tseng

中華民國 106 年 6 月

June 2017

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論文審定書

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論文公開授權書

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謝誌

隨著蟬鳴聲又再度地響起，待在中山大學已經是第七個年頭了。於海科系就讀海洋物理碩士班三年的期間，是我認為最有意義的一段日子，參加國際研討會開了眼界，在海研三號研究船上的同甘共苦，參與研究海報獲獎以及完成這本論文的成就等等，讓我學會如何製作研究海報以及上臺報告的投影片，學會使用程式處理大量資料，學會進行研究的步驟，學會有效的溝通以及有條理的思考，學會去發現去探索，也獲得了良好的人際關係與快樂的心。衷心感謝給予我這一切機會與挑戰的指導老師曾若玄教授，我的學習能力弱、身體差、資質也沒有其他同學好，謝謝您包容我的一切缺點並且耐心地教導我，記得剛開始接觸英文 paper 的時候，我的理解能力甚差，您不嫌煩地坐在我旁邊一字一字教我如何解讀，像個慈祥的爺爺，我永遠不會忘記。感謝口試委員陳冠宇教授，從我就讀碩一開始就教導我許多知識，給予我很多建議與方向，也為我解答許多問題，謝謝您總是笑咪咪地與我聊天並且鼓勵我，讓我在海科系有一位亦師亦友的大家長可以倚靠。感謝曹俊和助理教授，在海科系海報競賽以及口試中給予我許多厲害的建議，謝謝您認真地幫我找出了論文的優缺點，還找了資料給我參考，讓我的論文可以更加完整。感謝李逸環博士，自從碩一參加您的研究分享演講，您就變成我心中的偶像，謝謝您在口試的時候給予我許多寶貴的建議以及鼓勵，讓我的論文更加豐富，您能夠來擔任口試委員我真的很開心。感謝張育嘉博士，您就是我在碩班遇到的大貴人，不論是學業、程式、知識、未來的方向，甚至是生活中的道理，您都不吝嗇地分享給我，耐心地教我一切，謝謝您的付出讓我的論文得以完成，也謝謝您讓我變得更好，心胸與視野更加廣闊，我永遠都不會忘記。

感謝我在碩士時期遇到的所有人，俊德、焕傑、立南、俊宏、永昇、勇廷學長、師母、宜軒、澔暐以及海研三號的所有工作同仁，每一個人對我來說都意義非凡，每一個你們都是我生活以及精神上的支柱，感動的事情太多太多，於是在

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這裡一起感謝，難過的時候、開心的時候、瘋狂的時候、疲憊的時候，謝謝你們陪伴我這三年的每一刻，許多面臨困難時候，你們都會用力地拉我一把，一起大笑一起大哭，我會好好珍惜這些寶貴的情誼，永遠。

感謝我最重要的支柱，我的家人，是你們培育我一顆不放棄以及保持樂觀的心，並且給予我無限的愛與一個永遠都存在的避風港，讓我在完成論文的期間可以安心地接受挑戰、解決難題，沒有你們就沒有現在的我，謝謝你們。

最後要感謝很努力的鄭宜婷，謝謝你在失落的時候讓自己振作，謝謝你遇到難題不是放棄而是勇敢去面對，並且努力解決，謝謝你很多時候都忍住了淚水，

謝謝你明明很害怕上臺報告卻鼓起勇氣加倍練習，然後完成。或許你不是最厲害的，也不是表現優秀的，但是努力的你已經很棒了，謝謝你，謝謝鄭宜婷。

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摘要

Geisler (1970) 的經典理論提出，當熱帶氣旋行進速度 Uh小於該區域海洋第一斜壓模的相位速度 c1時 (Uh < c1，slow-moving)，其暴風中心下方主要的海洋反應為湧升流現象，本研究根據此論點做為出發點，探討 1993-2015 年間，全球 slow-moving 型態的超級颱風其底下的海流流況，且以表面漂流浮球資料、AVISO 之海平面高度 (SSH) 與絕對地轉流 (AGV) 資料來呈現。

觀測期間資料發現全球共有 22 個超級颱風符合 slow-moving 型態，其中有 7 個超級颱風 (北半球 3 個；南半球 4 個) 所經過的區域有中尺度氣旋渦產生 (或被增強)。這些超級颱風皆有三個共通點：【1】其資料點平均行進速度小於 2 m/s，【2】

slow-moving 型態皆維持有 12 小時以上，【3】皆位於開放性大洋 (無行經陸地)。

這些中尺度氣旋渦的最大流速達到 2 m/s，並隨著背景流向西方傳遞，最短維持 1 個月，最久存活 8 個月才消失。以颱風中尺度氣旋渦和北太平洋副熱帶逆流區 (STCC)之中尺度氣旋渦相比，前者的生存時間約為後者的 1.3 倍，平均半徑約為 1.0~1.8 倍，渦漩動能約為 3~16 倍，而平均流速約為 1.1~1.8 倍。。

表面漂流浮球被捲入中尺度氣旋渦中時，顯示表水溫度下降約攝氏 2.5~3.5 度。

由全球溫鹽剖面資料庫 (GTSPP) 提供的海水溫度資料可知，當超級颱風 Nida 以緩慢的移動速度經過研究海域，混合層加厚約 30 米；而 Nida 消失後，氣旋渦結構增強且穩固，湧升流形成，海水溫度剖面線明顯被往上推。

分析渦漩動能(EKE)與超級颱風行進速度之間的關係，發現於相同的最大持續風速(Vmax)之下，颱風行進速度愈緩慢，所給予的渦漩動能愈大，反之，颱風行進速度愈快，所產生的中尺度渦漩動能則愈小。

關鍵字：超級颱風、中尺度氣旋渦、海平面高度、絕對地轉流、表面漂流浮球

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Abstract

According to Geisler’s classic theory (1970), when the phase speed of the first baroclinic mode c1 exceeds the tropical cyclone’s (TC) translation speed Uh (Uh /c1 < 1, slow-moving), the oceanic response is a barotropic, geostrophical, and cyclonic gyre with upwelling in the storm’s center. Following Geisler’s theory (1970), this study analyzed data from drifters of the Surface Velocity Program (SVP), satellite altimeter measurements, and global typhoons from Joint Typhoon Warning Center during 1993-2015 to investigate mesoscale cyclonic eddies induced by slow-moving super typhoons.

Our results show that 22 slow-moving super typhoons can be found globally in this period, among them only seven typhoons produced or strengthened mesoscale cyclonic eddies (3 in Northern Hemisphere, and 4 in Southern Hemisphere). These TCs have several properties in common: [1] mean Uh is less than 2 m/s, [2] slow-moving condition (Uh /c1 < 1) lasts for at least 12 hours, [3] pass the open ocean (without land effect). Strong current speed of TC-eddies over 2 m/s were observed, and these eddies propagated westward for a period of one to eight months. Compared with the North Pacific Subtropical Counter Current (STCC) eddies, the TC-eddies have a life span of about 1.3 times of the STCC eddies, while mean radius is 1.0-1.8 times, eddy kinetic energy (EKE) is 3-16 times, and current speed is 1.1-1.8 times of the STCC eddies.

For the TC Nida-eddy, the SST shows a temperature drop of 2.5-3.5^oC as observed by SVP drifters. A 30-m increase of the mixed-layer depth was also found from Global Temperature and Salinity Profile Programme data at a region in the north Pacific Ocean when Nida passed by. After Nida disappeared, the cyclonic eddy became strengthened and the thermocline was moved upward, indicating the formation of upwelling.

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Analysis of eddy’s EKE and TC’s translation speed reveal a negative correlation between these two quantities. Under the same TC’s maximum wind speed, as the TC’s translation speed is slower, the induced TC-eddy will have a higher EKE. The opposite is also true.

Keywords: super typhoon, mesoscale cyclonic eddy, sea surface height, absolute geostrophic velocity, drifter

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圖目錄

圖 1.1 全球熱帶氣旋之平均分布區域 ... 1

圖 1.2 暖水區的溫濕空氣上升之對流作用機制 ... 2

圖 1.3 南北半球熱帶氣旋之最大持續風速與行進速度以及數量關係圖 ... 5

圖 2.1 薩菲爾-辛普森颶風分級 ... 8

圖 2.2 各國颱風強度分類比較 ... 9

圖 2.3 Argos 衛星定位系統示意圖 ... 10

圖 2.4 洞襪式 Argos 浮球外觀 ... 11

圖 3.1 西北太平洋海域夏季 (7-10 月) 的溫度與密度剖面圖 ... 15

圖 3.2 各海域之夏季海水溫度密度剖面圖 ... 15

圖 4.1 全球熱帶氣旋資料點分布 ... 19

圖 4.2 全球超級颱風資料點分布 (最大持續風速 > 130 knots ) ... 20

圖 4.3 全球 1993-2015 年間有中尺度渦漩形成的 slow-moving 型態之超級颱風行進軌跡分布圖 ... 21

圖 4.4 超級颱風 Podul (2001) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 23

圖 4.5 Podul (2001) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 ... 24

圖 4.6 Podu-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 25

圖 4.7 Podul-eddy 海平面高度圖 ... 26

圖 4.8 超級颱風 Nida (2009) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 29

圖 4.9 Nida (2009) 最大持續風速 Vmax 與行進速度 Uh 隨時間序列之變化圖 . 29 圖 4.10 Nida-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 30

圖 4.11 Nida-eddy 海平面高度圖 ... 31

圖 4.12 超級颱風 Amanda (2014) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 34

圖 4.13 Amanda (2014)最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 34 圖 4.14 Amanda-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 35

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圖 4.15 Amanda-eddy 海平面高度圖 ... 36

圖 4.16 超級颱風 Zoe (2002) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 39

圖 4.17 Zoe (2002) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 .... 39

圖 4.18 Zoe-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 40

圖 4.19 Zoe-eddy 海平面高度圖 ... 41

圖 4.20 超級颱風 Carina (2006) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 44

圖 4.21 Carina (2006)最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 .. 44

圖 4.22 Carina-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 45

圖 4.23 Carina-eddy 海平面高度圖 ... 46

圖 4.24 超級颱風 Hondo (2008) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 49

圖 4.25 Hondo (2008)最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 .. 49

圖 4.26 Hondo-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 50

圖 4.27 Hondo-eddy 海平面高度圖 ... 51

圖 4.28 超級颱風 Bansi (2015) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 54

圖 4.29 Bansi (2015)最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖 ... 54

圖 4.30 Bansi-eddy 絕對地轉流流速圖 ... 55

圖 4.31 Bansi-eddy 海平面高度圖 ... 56

圖 4.32 Nida-eddy 與浮球 ID：71417 ... 59

圖 4.33 表面漂流浮球 ID：71417 海流流速隨時間變化圖 ... 60

圖 4.34 表面漂流浮球 ID：71417 海表溫度隨時間變化圖 ... 60

圖 4.35 Nida-eddy 與浮球 ID：81961 ... 61

圖 4.38 捲入 Nida-eddy 中的浮球 ID : 71417 ... 64

圖 4.39 捲入 Nida-eddy 中的浮球 ID : 81961 ... 65

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圖 4.40 Zoe-eddy 與浮球 ID：25129 ... 66

圖 4.43 捲入 Zoe-eddy 中的浮球 ID : 25129... 68

圖 4.44 Podul-eddy 的生成至結束 ... 71

圖 4.45 Nida-eddy 的生成至結束 ... 72

圖 4.46 Amanda-eddy 的生成至結束 ... 73

圖 4.47 Zoe-eddy 的生成至結束 ... 74

圖 4.48 Carina-eddy 的生成至結束 ... 75

圖 4.49 Hondo-eddy 的生成至結束 ... 76

圖 4.50 Bansi-eddy 的生成至結束 ... 77

圖 5.1 超級颱風 Mitch (1998) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 80

圖 5.2 南半球表 5.2 中 3 個超級颱風行經澳大利亞之路徑、時間以及 SSHS 颶風分級 ... 81

圖 5.3 Nida 軌跡以及 GTSPP 溫度剖面測站範圍 ... 85

圖 5.4 GTSPP 測站資料溫度剖面圖 (Nida) ... 85

圖 5.5 Amanda 軌跡以及 GTSPP 溫度剖面測站範圍 ... 86

圖 5.6 GTSPP 測站資料溫度剖面圖 (Amanda) ... 87

圖 5.7 Hondo 軌跡以及 GTSPP 溫度剖面測站範圍 ... 88

圖 5.8 GTSPP 測站資料溫度剖面圖 (Hondo) ... 88

圖 5.9 超級颱風行進速度 (Uh) 與渦漩動能 (EKE) 之相關性 ... 90

圖 5.10 北太平洋流場示意圖 ... 91

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表目錄

表 3.1 各海域熱帶氣旋季之平均 c1值以及各水文參數值 ... 16

表 3.2 北半球與南半球 c1值以及移動速度形態 ... 17

表 3.3 統計北半球與南半球各類型態超級颱風所占的百分比(1993-2015 年) ... 17

表 4.1 北半球─有中尺度渦漩產生之 slow-moving 形態的超級颱風資料點 ... 21

表 4.2 南半球─有中尺度渦漩產生之 slow-moving 形態的超級颱風資料點 ... 22

表 4.3 超級颱風 Podul-eddy 之衛星資料 ... 27

表 4.4 超級颱風 Nida-eddy 之衛星資料 ... 32

表 4.5 超級颱風 Amanda-eddy 之衛星資料... 37

表 4.6 超級颱風 Zoe-eddy 之衛星資料 ... 42

表 4.7 超級颱風 Carina-eddy 之衛星資料 ... 47

表 4.8 超級颱風 Hondo-eddy 之衛星資料 ... 52

表 4.9 超級颱風 Bansi-eddy 之衛星資料 ... 57

表 4.10 Nida-eddy 各參數值 (浮球#71417) ... 64

表 4.11 Nida-eddy 各參數值 (浮球#81961) ... 65

表 4.12 Zoe-eddy 各參數值 (浮球#25129) ... 69

表 4.13 中尺度渦漩案例統整 (AVISO 資料) ... 70

表 5.1 北半球 slow-moving 形態之超級颱風資料點 ... 81

表 5.2 南半球 slow-moving 形態之超級颱風資料點 ... 82

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一、前言

1-1、熱帶氣旋

熱帶氣旋 (Tropical cyclone, TC) 為一種低氣壓中心並且伴隨著強風豪雨的快速旋轉系統，通常發生在熱帶或亞熱帶區域，如圖 1.1 (美國國家氣象局, NWS)。

低緯度地區暖水蒸發旺盛，使得近海面的溫濕空氣因為溫度高而膨脹，造成空氣密度減小而產生上升現象，如圖 1.2 所示。同時四周較冷空氣流入補充，然後再受熱上升，如此循環的對流作用即形成所謂的熱帶性低氣壓 (Tropical depression, TD)，

進而使四周空氣流動更快、風速加大，為颱風之初步形成。受科氏力作用影響，

北半球之熱帶氣旋為逆時針方向，南半球則為順時針方向 (交通部中央氣象局, CWB)。

圖 1.1 全球熱帶氣旋之平均分布區域 (摘自 NWS 網站) http://www.srh.noaa.gov/jetstream/tropics/tropics_intro.html

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圖 1.2 暖水區的溫濕空氣上升之對流作用機制 (摘自 NWS 網站) http://www.srh.noaa.gov/jetstream/tropics/tropics_intro.html

熱帶氣旋於不同區域與不同的強度之下有不同的名稱，如：北大西洋和東北太平洋稱為颶風 (Hurricane)、西北太平洋稱為颱風 (Typhoon)、熱帶風暴 (Tropical storm)、南太平洋和印度洋則稱為氣旋 (Cyclone) 以及熱帶低氣壓 (Tropical depression) ...等等，其強度分級制於第二章討論 (2-1)。根據美軍聯合颱風警報中心 (Joint Typhoon Warning Center, JTWC) 之定義，颱風最大持續風速 (一分鐘平均) 達到 130 節 (65 m/s) 或以上，稱之為「超級颱風 (Super typhoon)」。

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1-2、前人研究

熱帶氣旋，這個劇烈的大氣現象所造成的海洋反應以及它對於環境生態的影響受到許多科學家的關注。許多前人研究指出熱帶氣旋經過之後，常伴隨著溫降現象、慣性流、cold wake 或者湧升流等等現象產生，擁有強烈風速的超級颱風對於海洋的種種反應理當不可忽略。由大氣轉換到海洋的能量，一般表現在海表巨浪的產生 (表面波)、近慣性波以及強勁的海流 (Chang et al., 2013)，而其底下的海洋混合層 (Ocean mixing layer, OML) 流速，受到熱帶氣旋的風應力 (Wind stress)、

行進速度 (Uh)、最大風速半徑 (Rmax)以及該區混合層厚度 (OML depth) 影響 (Price, 1981, 1983; Chang et al.,2013, 2014)。在大氣與海洋熱量傳遞的討論上，一般穩定前進的熱帶氣旋，對於海表溫度的冷卻以流切逸入作用 (Shear-driven

entrainment heat fluxes) 為主，範圍及冷卻程度較小，呈帶狀分布於路徑右側；而對於滯留打轉或慢速移動的熱帶氣旋而言，其引發之海溫冷卻效應 (SST cooling) 將以艾克曼抽吸作用 (Ekman Pumping) 所引起的湧升流機制 (upwelling) 為主，

範圍及冷卻程度較大且不限於路徑上某些區域 (D’ Asaro et al., 2007; Lin et al., 2009)。Price (1981) 的研究指出熱帶氣旋所造成的海溫冷卻機制差異與其移動速度的關係，當移動速度小於 4 m/s 時，使海溫冷卻的機制以湧升流作用為主，反之則以集中於路徑右側的流切逸入作用為主。

在探討一個移動熱帶氣旋對於兩層海洋反應的研究裡，Geisler (1970) 利用數值運算提出一個重要的理論，以熱帶氣旋的行進速度 (Translation speed, Uh) 與第一斜壓模的相位速度 (Phase speed of the first baroclinic mode, c1) 之比值，將其分成兩類：當 Uh < c1 (the Froude number, Fr = Uh / c1 < 1) 時，定義為行進速度緩慢 (Slow-moving) 的熱帶氣旋，主要的海洋反應是於暴風中心處會有渦漩形式的湧升流 (Upwelling) 出現；當 Uh > c1 (the Froude number, Fr = Uh / c1 > 1) 時，定義為行

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進速度較快 (Fast-moving) 的熱帶氣旋，此時沿著熱帶氣旋行進方向的後方會有尾流 (Wake) 產生。Price (1983) 用數值模式做研究，在模式中帶入風應力會得到熱帶氣旋底下的海流狀況，初步模擬出的尾流現象，推論為風應力與慣性流在熱帶氣旋行進軌跡右半邊有近似共振的結合。熱帶氣旋之下的海洋混合層海流流速大小主要受風應力所控制 (流切逸入作用，Shear-driven entrainment heat fluxes)，於行進路徑右方的兩倍最大風速半徑 (2Rmax) 處有最大流速 (Brooks, 1983; Chang et al., 2013)。而後也有許多研究針對行進速度較快的熱帶氣旋，利用觀測或模擬，完整呈現與驗證在上層海洋所產生的尾流現象 (Veneziano et al., 2000; Chang et al., 2013; Ko et al., 2014)。熱帶氣旋的平均行進速度於北半球與南半球分別為 4.7 m/s 以及 4.0 m/s (Mei et al., 2012; Chang et al., 2016)。Chang et al. (2016) 計算出全球熱帶氣旋盛行區域的平均第一斜壓模之相位速度介於 2.1-2.9 m/s 之間，北半球的平均 c1為 2.5 m/s ，而南半球則為 2.7 m/s，因此根據 Geisler (1970) 的理論而言，大洋中 slow-moving 型態的熱帶氣旋相對較少量。Chang et al. (2013) 分析西北太平洋海域 1985-2009 年間之浮球數據，利用大量的實測資料呈現 slow-moving 型態的熱帶氣旋底下的平均流場，存在湧升流的現象，進一步證實 Geisler (1970) 的數值理論。

中尺度渦漩 (Mesoscale eddy) 為一種受洋流、風場或海底地形影響使海流產生旋轉的自然現象，在海洋物質的傳遞上扮演重要的角色 (Chelton et al., 2011; Liu et al., 2012; Zhang et al., 2016)。目前海洋中尺度渦漩的觀測以衛星高度計為主，海平面高度準確度可達數公分等級。全球海洋中尺度渦漩被認為是向西傳遞，前人研究指出西北太平洋區域的中尺度渦漩平均存活時間約為 18 週 (~ 4 個月)，平均半徑為 85 公里，渦漩平均流速為 0.45 m/s (Wyrtki et al., 1976; 廖, 2010; Liu et al., 2012; Cheng et al., 2014)。熱帶氣旋伴隨著強烈的風速攪動上層海洋，學者們利用衛星與 Argo float 等資料，發現有些原本存在於大洋中的渦漩，於颱風經過之後有

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增強的現象 (Sun et al., 2009, 2012; Yang et al., 2010)。Chow et al. (2008) 於南中國海 (South China Sea) 研究東沙氣旋式渦漩 (Dongsha cyclonic eddy) 的規律性，意外發現 2000 年 7 月的 1 級颱風啟德 (Kai-Tak) 由於行進軌跡在原地逆時針畫圈，

進而促使一個渦漩產生。Yang et al. (2012) 分析海表溫度 (Sea surface temperature, SST) 與海平面高度異常 (Sea surface height anomaly, SSHA) 等資料，發現 2008 年 9 月西北太平洋區域在三個連續的颱風經過之後，形成了一個冷渦。Sun et al. (2014) 發現 2000-2008 年西北太平洋區域有 15 個強度 4 級以上 (含 4 級，最大持續風速大於 113 節，薩菲爾-辛普森颶風分級制) 的颱風，增強了 18 個原本就存在於該區域的渦漩，且有 2 個新的渦漩被產生。

根據 Chang et al. (2016) 之統計資料，如圖 1.3 所示，熱帶氣旋強度愈強其行進速度愈越快，因此擁有強烈風速的超級颱風，其行進速度緩慢的案例是相對稀少的，值得我們深入研究。

圖 1.3 南北半球熱帶氣旋最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh以及數量關係圖紅色線表示為北半球，藍色線則為南半球的熱帶氣旋資料

(摘自 Chang et al., 2016)

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1-3、研究動機與目的

Geisler (1970) 提出 slow-moving 型態的熱帶氣旋其暴風中心處會有湧升流的現象產生，而後也有研究指出幾個因熱帶氣旋影響所產生的渦漩個案，於此本研究針對擁有強烈持續風速的超級颱風，欲深入探討的問題為：需要多緩慢的行進速度以及維持多少時間的緩慢型態才能夠促使 (或加強) 一個中尺度渦漩的生成？

根據 Geisler (1970) 的理論，全球符合 slow-moving 型態的超級颱風占了多少%？

有多少件引起中尺度渦漩的案例？這些案例有什麼相同的條件？該渦漩的特性為何？會在海上持續多長的一段時間？本研究期望藉由分析衛星高度計以及表面漂流浮球等等資料，來探討以上這些問題。

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二、資料來源

2-1、全球超級颱風

全球超級颱風的路徑及強度資料，採用 1993-2015 年間，由美軍聯合颱風警報中心 (Joint Typhoon Warning Center, JTWC) 以及美國國家颶風中心 (National Hurricane Center, NHC) 所提供，其格式為每 6 小時一筆，包含超級颱風的發生時間、經緯度位置、最大持續風速 (1 分鐘平均) 以及最大風速半徑等資料。JTWC 為美國海軍於夏威夷珍珠港所設的氣象機構，主要是為北太平洋西部以及其他海域之熱帶氣旋系統的形成預警以及動向預報，用於保障軍用船艦及飛機的安全，

並將數據傳送到與世界各國共同運作的軍方基地。NHC 是美國的一個政府部門，

隸屬於美國國家氣象局，專責追蹤熱帶氣旋與預測其路徑，並且是世界氣象組織指定的大西洋與東北太平洋之區域專責氣象中心。此外，JTWC 提供了南半球、北印度洋以及西北太平洋等海域之熱帶氣旋最佳路徑資料；而 NHC 則提供東北太平洋以及北大西洋等海域的熱帶氣旋最佳路徑資料。下載網址分別為：

https://metoc.ndbc.noaa.gov/web/guest/jtwc/best_tracks (JTWC);

http://www.nhc.noaa.gov/data/#hurdat (NHC)

本研究採用薩菲爾-辛普森颶風分級制 (Saffir-Simpson Hurricane Wind Scale, SSHS)。如圖 2.1 所示，SSHS 根據熱帶氣旋的最大持續風速 (Vmax)，將其強度分成熱帶低氣壓、熱帶風暴以及 1 至 5 級。若最大持續風速達到 64 節 (33 m/s) 或以上，也就是強度 1 級或以上，被定義為颶風或是颱風，級數愈高代表颶風的最大持續風速愈高。

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圖 2.1 薩菲爾-辛普森颶風分級, SSHS (摘自 NHC 網站) http://www.nhc.noaa.gov/aboutsshws.php

此 SSHS 系統只用於西半球如美國，其他地區如中國、日本以及台灣等地則使用各自的等級系統。此外，美國是使用「1 分鐘平均風速」當作持續風速來區分颶風等級，中國使用「2 分鐘平均風速」做為持續風速，而日本與台灣則使用世界氣象組織 (World Meteorological Organization, WMO) 所建議的「10 分鐘平均風速」

做為持續風速，並用各自的系統區分颶風等級，如圖 2.2 所示。

本研究所探討的對象為 JTWC 所定義之最大持續風速(1 分鐘平均)達到 130 節或以上的超級颱風，也就是 SSHS 分級制裡的 4~5 級或以上的颶風。

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圖 2.2 各國颱風強度分類比較 (摘自中央氣象局網站) http://www.cwb.gov.tw/V7/index.htm

2-2、AVISO 衛星高度計

本研究使用 1993-2015 年間的絕對動力地形 (Maps of Absolute Dynamic Topography, MADT) 資料，來探討行進速度為 Slow-moving 型態的超級颱風所影響之海流狀況，由法國的 AVISO (Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data) 提供，包含由絕對動力地形所計算出來的絕對地轉流資料 (Absolute geostrophic velocity, AGV)。

絕對動力地形是指從大地水準面到海水面間的高度，也就是海表面高度 (Sea surface height, SSH)，該資料結合了 TOPEX/POSEIDON、Jason-1/2、ERS-1/2 以及 ENVISAT 等衛星測高儀的海面高度資料，並進行了儀器誤差、海況誤差與潮汐干擾等影響因素的校正，內插成全球 1/4° × 1/4°的空間解析度，以及時間解析度為日

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10

平均的網格點資料。下載網址為：

http://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/sea-surface-height-products/global/madt- h-uv.html

2-3、Argos 表面漂流浮球

Argos 於 1978 年由法國 CENS (Centre National d’ Etudes Spatiales)、美國太空總署 NASA (National Aeronautics and Space Administration) 以及 NOAA (National Oceanic and Atmospheric) 所創立，以收集全球氣象與海洋資料為目的，提供資料收集、分析處理以及衛星定位系統。圖 2.3 為 Argos 衛星定位系統的示意圖，將其裝載於表面漂流浮球或者任何需追蹤的生物或物體上，使用都卜勒效應來定位出發報器平台的位置，再利用系統回報的位置資料進行分析，定位精準度在 200-300 m 內。

圖 2.3 Argos 衛星定位系統示意圖 (摘自 NOAA/AOML 網站) http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/gdp_drifter.php#observations

(25)

11

本研究中的表面漂流浮球為 WOCE (The World Ocean Circulation Experiment) 所研發出的洞襪式浮球 (Holey Sock Drifter)，如圖 2.4 所示，浮球下的拖傘受海流的拖曳力遠大於風和浪的影響，其中心深度為 15 m，用以測量海洋混合層 (Ocean mixing layer, OML) 中的海流，具有直接追蹤渦流、即時回報浮球位置以及流速等優點，另外也可以記錄海水表面溫度 (Sea surface temperature, SST)，且浮球的平均壽命約大於 400 天，因此被廣泛應用在全球海洋的長期觀測。

圖 2.4 洞襪式 Argos 浮球外觀 (摘自 NOAA/AOML 網站) http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/gdp_drifter.php#observations

浮球資料來自於美國 NOAA/AOML 浮球資料庫，由 DAC (Drifter Data Assembly Center) 收集並進行資料品管，刪除浮球擱淺、被漁夫撈走以及一些錯誤的資料後，內插成間隔為每 6 小時一筆的資料，在經由 0.5 天的位移量取中心點有限差分 (centered finite differences) 的東西向與南北向速度分量，其流速準確度在 10 m/s 的風作用下，誤差為 0.01 m/s 左右。格式包含浮球編號、時間、經緯度、東西與南北方向的流速分量以及海表面溫度。

下載網址為：

http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/dacdata.php

(26)

12

2-4、NOAA/NODC 海水溫度剖面資料

美國國家海洋暨大氣總署 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的國家海洋數據中心 (National Oceanographic Data Center, NODC)，為一個提供海洋數據與資訊管理的科學中心，目前已連同 NOAA 底下的國家氣候數據中心 (NCDC)、國家地球物理數據中心 (NGDC) 一起被併入國家環境訊息中心 (National Centers of Environmental Information, NCEI)。

2-4-1、長期平均─WOA13 v2

NODC 的海洋氣候研究室 (Ocean Climate Laboratory, OCL) 提供海洋觀測數據剖面內插到標準水深的統計平均值 (World Ocean Atlas 2013 version 2, WOA13 v2)，用以分析全球海洋水文特性 (例如溫鹽度、含氧量以及營養鹽…等等) 之長期平均，包含十年平均值、季平均值與月平均值。

本研究使用 WOA13 v2 全球海水溫度的月統計平均數據，來探討研究區域的長年平均溫度垂直變化特性，並且計算出各大洋之平均 c1值，網格為 1° × 1°。

下載網址如下：

https://www.nodc.noaa.gov/cgi-bin/OC5/woa13/woa13.pl

2-4-2、實測數據─GTSPP

NODC/GTSPP 全球溫度與鹽度剖面計畫 (Global Temperature and Salinity Profile Programme) 為一個聯合世界氣象組織 (World Meteorological Organization, WMO) 與政府間海洋委員會 (Intergovernmental Oceanographic Commission, IOC)

(27)

13

的國際合作計畫，目的為發展與維護全球海洋溫度鹽度資源。

本研究利用 GTSPP 所提供的實測海洋溫度剖面資料，討論超級颱風於

slow-moving 型態時促使中尺度渦漩產生之海域，其經過之前、經過時以及經過之後的海水溫度垂直變化與混合層厚度的狀態。

下載網址為：

https://www.nodc.noaa.gov/GTSPP/gwi.html

(28)

14

三、資料分析方法

3-1、超級颱風 slow-moving 型態之定義

根據 Geisler (1970)的理論，可以利用熱帶氣旋行進速度 Uh與第一斜壓模的相位速度 c1之比值，來定義該熱帶氣旋為 fast-moving 或是 slow-moving 型態。c1之計算方式參考 Jaimes et al. (2009) 與 Chang et al. (2016)。

c1的運算如式 3.1 所示：

𝑐₁² = g^(𝜌_𝜌²^−𝜌¹^)ℎ¹^ℎ²

2(ℎ₁+ℎ₂)

(式 3.1) g 為重力加速度 (m/s²)

ℎ₁、ℎ₂分別為上層海洋的第一層分層厚度與第二層分層的厚度 (m)；ℎ₂通常表示為 1000 - ℎ₁ (m)

𝜌₁、𝜌₂分別為ℎ₁以及ℎ₂的水層平均密度

圖 3.1 為熱帶氣旋季節 (夏季) 西北太平洋海域的溫度與密度剖面圖，由圖可以明顯看出約於海水溫度 18 ˚C (大約 250 米深度) 處，溫度與密度剖面線疊合，以該疊合處作為水層分界，上代表為溫度密度動盪層，也就是第一層分層ℎ₁ (圖 3.1 紅色虛線之上的厚度)；而ℎ₂則是定義為 1000 米扣掉ℎ₁的厚度 (圖 3.1 紅色虛線以下至水深 1000 公尺的厚度)。

(29)

15

圖 3.1 西北太平洋海域夏季 (7-10 月) 的溫度與密度剖面圖

圖 3.2 各海域之夏季海水溫度密度剖面圖

(30)

16

圖 3.2 為 NODC 提供的北半球夏季 (7-10 月) 與南半球夏季 (11-2 月) 各海域的海水溫度以及密度垂直變化資料所繪成的剖面圖，為 WOA13 v2 之月統計平均數據，各海域平均 c1值分別如下：北大西洋~2.3 m/s、西北太平洋~2.9 m/s、東北太平洋~1.8 m/s、北印度洋~2.8 m/s、南太平洋~3.1 m/s 以及南印度洋~2.3 m/s，與 Chang et al. (2016) 算出各海域的平均 c1值相差甚小，呈現於表 3.1。

由圖 3.2 可以推論，東北太平洋海域由於湧升流的緣故，混合層與溫躍層深度相較西北太平洋淺，ℎ₁厚度約為 70 米左右，故平均 c1值計算出來也比較小。

表 3.1 各海域熱帶氣旋季節期間之平均𝑐₁值以及各水文參數值 (資料來源 WOA13 v2)

北大西洋

西北太平洋

東北太平洋

北印度洋南太平洋南印度洋

ℎ₁ (m) 150 230 70 200 350 50 ℎ₂ (m) 850 770 930 800 650 950

𝜌₁ (kg/m³)

1024.5 1024.0 1023.0 1024.5 1025.5 1022.5

𝜌₂ (kg/m³)

1029.0 1029.0 1028.5 1029.5 1030.0 1027.5

𝑐₁ (m/s) 2.3 2.9 1.8 2.8 3.1 2.3 Chang et

al. (2016) 𝑐₁ (m/s)

2.2 2.8 2.1 2.9 2.8 2.6

(31)

17

本研究將各海域𝑐₁值平均成南北半球，北半球約為 2.5 m/s，南半球則約為 2.7 m/s，並且以上述 Geisler (1970) 的理論來定義各類型態的超級颱風。如表 3.2 所示，

當北半球超級颱風的 Uh < 2.5 m/s 時，本研究將其定為 slow-moving 型態，而南半球的 slow-moving 超級颱風則為 Uh < 2.7 m/s。此外，typical-moving 型態的超級颱風在北半球與南半球分別表示為 Uh介於 2.5~5 m/s 之間以及 Uh介於 2.7~5.4 m/s 之間；而 fast-moving 型態的超級颱風則分別表示 Uh > 5 m/s 以及 Uh > 5.4 m/s。

根據表 3.3 所示，1993-2015 年間，slow-moving 型態的超級颱風於北半球只占 3%，於南半球則為 19%，表示 slow-moving 型態的超級颱風案例相當稀少。

表 3.2 北半球與南半球 c1值以及移動速度型態

c1

(m/s)

Slow-moving Uh / c1 < 1 (m/s)

Typical-moving 1 < Uh / c1 < 2 (m/s)

Fast-moving Uh / c1 > 2 (m/s) NH 2.5 < 2.5 2.5~5 > 5 SH 2.7 < 2.7 2.7~5.4 > 5.4

表 3.3 統計北半球與南半球各類型態超級颱風所占的百分比 (1993-2015 年)

Slow-moving [%]

Typical-moving [%]

Fast-moving [%]

NH 3 45 52

SH 19 61 20

(32)

18

3-2、中尺度渦漩之定義

本研究繪製了 1993 至 2015 年間型態為 slow-moving 之超級颱風行進路徑範圍內每日的 SSH 分布圖，等高線距離為 4 cm，並參考 Chow et al. (2008)、廖 (2010) 以及 Chang et al. (2012) 等研究中尺度渦漩的定義來鑑別氣旋渦的存在。

a. 封閉等高線所呈現的樣貌近似橢圓或圓形。

b. 封閉等高線面積需大於 50×50 km²。

c. 渦漩中心定義為該封閉等高線最內層輪廓的中心。

d. 渦漩中心與最外圍等高線高度差需大於 6 cm。

e. 以上四點特性須在絕對海平面高度圖中，至少連續存在 3 周以上，在本研究中才被定義為渦漩。

其中，渦漩高度差為渦漩邊緣等高線高度值減去渦漩中心的高度值，此值定義為 Diff (SSH difference)，Xiu et al. (2010) 指出 Diff 愈大的渦漩，存活時間愈久。渦漩傳播速度是將渦漩從開始到結束所移動的距離除以渦漩的存活時間。渦漩半徑 (R) 為渦漩中心取四個方向至封閉高度線邊緣的平均半徑。

(33)

19

四、結果

4-1、超級颱風

由 JTWC 與 NHC 所提供的 1993-2015 年間全球熱帶氣旋的資料點分布來看，

熱帶風暴以及等級 1 至 5 的颶風總共有 57582 筆資料點，符合超級颱風定義的 (最大持續風速大於或等於 130 節) 有 1013 筆資料點，如圖 4.1、4.2 所示。

圖 4.1 全球熱帶氣旋資料點分布

由 JTWC 與 NHC 網站下載的全球熱帶氣旋資料點，並利用 SSHS 分級制將熱帶風暴以及 1 至 5 級的颶風資料點依不同顏色劃分。青、藍、綠、黃、橙以及紅等顏

色分別表示熱帶風暴以及等級 1 至 5 的颶風資料點。

(34)

20

圖 4.2 全球超級颱風資料點分布 (最大持續風速 > 130 knots )

顏色代表南北半球不同的超級颱風行進速度 (Uh)，分成三種型態，Fast-moving、

Typical-moving 以及 Slow-moving。括號裡面的數字代表資料點數。

1993-2015 年間，全球符合 slow-moving 型態 (北半球 Uh < 2.5 m/s；南半球 Uh < 2.7 m/s) 的超級颱風總共有 22 個，其中發現共 8 個 slow-moving 型態的超級颱風 (北半球 4 個；南半球 4 個) 所影響的區域有明顯的中尺度渦漩產生，此 8 個超級颱風軌跡如圖 4.3 所示，分別為北半球的 Mitch (1998)、Podul (2001)、Nida (2009) 與 Amanda (2014) 以及南半球的 Zoe (2002)、Carina (2006)、Hondo (2008)與 Bansi (2015)。表 4.1 與表 4.2 則分別呈現有渦漩產生的北半球與南半球 slow-moving 型態之超級颱風各個資料點時間、地點、最大持續風速 (Vmax) 以及當時的行進速度 (Uh)。

(35)

21

圖 4.3 全球 1993-2015 年間有中尺度渦漩形成的 slow-moving 型態之超級颱風行進軌跡分布圖 (粉色字標示個別超級颱風的名字以及生成的年份與月份)

表 4.1 北半球

有中尺度渦漩產生之 slow-moving 型態的超級颱風資料點

Name &

Year

時間 [月-日-時]

緯度 [˚]

經度 [˚]

Vmax

[knots]

Uh

[m/s]

Mitch 1998

Oct-27-Z18 Oct-28-Z00 Oct-28-Z06

16.9 16.6 16.3

274.6 274.4 274.4

145 140 130

2.2 1.8 1.5 Podul

2001

Oct-23-Z18 Oct-24-Z00

16.4 16.7

157.5 157.3

135 135

1.8 1.8

Nida 2009

Nov-27-Z18 Nov-28-Z00 Nov-28-Z06 Nov-28-Z12

18.7 18.9 19.0 19.0

139.0 139.1 139.2 139.4

150 145 135 130

2.1 1.1 0.7 1.0 Amanda

2014

May-25-Z12 May-25-Z18

11.7 12.0

248.9 248.8

135 135

1.6 1.6

(36)

22

表 4.2 南半球

有中尺度渦漩產生之 slow-moving 型態的超級颱風資料點

Name &

Year

時間 [月-日-時]

緯度 [˚]

經度 [˚]

Vmax

[knots]

Uh

[m/s]

Zoe 2002

Dec-27-Z18 Dec-28-Z00 Dec-28-Z06 Dec-28-Z12 Dec-28-Z18

-11.9 -12.1 -12.3 -12.4 -12.5

170.3 169.9 169.5 169.2 169.3

155 155 155 145 130

2.3 2.3 2.3 1.6 0.7 Carina

2006

Feb-28-Z00 Feb-28-Z06 Feb-28-Z12

-16.1 -16.4 -16.6

79.0 78.6 78.3

130 130 130

2.7 2.5 1.8 Hondo

2008

Feb-7-Z12 Feb-7-Z18

-14.9 -15.0

82.7 82.9

130 130

1.4 1.1 Bansi

2015

Jan-12-Z18 Jan-13-Z00 Jan-13-Z06

-17.6 -17.5 -17.3

56.9 57.3 57.6

130 140 130

1.1 2.0 1.8

4-2、中尺度渦漩

4-2-1、AVISO

上述 8 個 slow-moving 型態的超級颱風，根據鑑別中尺度渦漩的定義來看，北半球超級颱風 Mitch (1998) 所產生的渦漩只在海洋中存在 15 日，並不符合其定義標準 (渦漩在絕對海平面高度圖中必須連續存在至少 3 周以上)，因此將不列入後段討論。

(37)

23

以下將呈現分別由絕對動力地形 (MADT) 計算出來的絕對地轉流 (AGV) 與海平面高度 (SSH)，依時間順序所繪製出來的圖示。

# 北半球─Podul (2001)

Podul，為 2001 年 10 月生成於關島東南方海域的超級颱風。如圖 4.4 所示，

10 月 19 日發展成熱帶低氣壓，朝偏北的方向移動，於 10 月 23 日 18 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 135 knots (SSHS 等級 4)，也就是超級颱風等級 (Vmax > 130 knots)，並且於 23 日 18 時以及 24 日 0 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (北半球 Uh < 2.5 m/s)，如圖 4.5 所示，其行進速度約為 1.8 m/s。

圖 4.4 超級颱風 Podul (2001) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

(38)

24

圖 4.5 Podul (2001) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.5 m/s (slow-moving)，黑

色框為同時符合兩個條件的資料點

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 來看，超級颱風 Podul 於 slow-moving 型態時，其底下有逆時針方向的中尺度渦漩產生，於北半球稱為冷渦 (SSH 資料顯示海平面高度較周圍低)，如圖 4.6、與 4.7 所示。

(39)

25

圖 4.6 Podul-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2001 年 10 月 18 日開始每 5 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Podul 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，

經緯度範圍：[150° ~ 160°E, 12° ~ 22°N]

(40)

26

圖 4.7 Podul-eddy 海平面高度圖

自 2001 年 10 月 18 日開始每 5 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Podul 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：[150°

~ 160°E, 12° ~ 22°N]

(41)

27

超級颱風 Podul 於 2001 年 10 月 27 日減弱為熱帶風暴，翌日則消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.7 所示，2001 年 10 月 18 日 Podul 還未到達該海域之前，背景流場已經有一個微弱的冷心渦漩存在，渦漩高度差 (Diff) 為 6 cm，最大流速值為 0.5 m/s (於經度約 157°E，緯度約 17°N 處)，23 日 18 時以及 24 日 0 時 Podul 以強烈的風速 (Vmax = 135 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 1.8 m/s) 於此處經過，促使原先存在的微弱渦漩加強成為明顯的中尺度渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 23 日的渦漩高度差為 6 cm，渦漩流速最大值為 0.6 m/s，24 日則分別為 6 cm 與 0.7 m/s，且於 28 日超級颱風消失之後中尺度渦漩仍存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 2001 年 11 月 7 日渦漩最大流速達到 0.9 m/s，且渦漩高度差增加為 22 cm)，繼續向西方傳遞約 3 個月後消散在大洋中。表 4.3 呈現衛星資料中 Podul 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff) 各值。

表 4.3 超級颱風 Podul-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已消散的日期

Podul-2001 eddy

渦漩高度差 [cm]

渦漩尺度 [°]

渦漩最大流速 [m/s]

18-Oct 6 1×1 0.5

20-Oct 6 1×1 0.5

21-Oct 6 1×1 0.6

22-Oct 6 1×1 0.6

23-Oct 6 1×1 0.6

24-Oct 6 1×1 0.6

(42)

28

25-Oct 6 1×1 0.7

26-Oct 6 1×1 0.7

27-Oct 6 1×1 0.7

28-Oct 10 1×1 0.7

2-Nov 8 1×1 0.8

7-Nov 22 1.5×1.5 0.9

# 北半球─Nida (2009)

Nida，為 2009 年 11 月生成於關島南南東方海域的超級颱風。如圖 4.8 所示，

11 月 21 日發展成熱帶低氣壓，朝西北西的方向移動，於 11 月 25 日 12 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 155 knots (SSHS 等級 5)，並且於 27 日 18 時、28 日 0 時、

28 日 6 時以及 28 日 12 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (北半球 Uh < 2.5 m/s)，如圖 4.9 所示，其行進速度分別約為 2.1 m/s、1.1 m/s、0.7 m/s 與 1.0 m/s。

(43)

29

圖 4.8 超級颱風 Nida (2009) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.9 Nida (2009) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.5 m/s (slow-moving)，黑

色框為同時符合兩個條件的資料點

(44)

30

圖 4.10 Nida-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2009 年 11 月 22 日開始每 5 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Nida 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，

經緯度範圍：[133° ~ 141°E, 16° ~ 24°N]

(45)

31

圖 4.11 Nida-eddy 海平面高度圖

自 2009 年 11 月 22 日開始每 5 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Nida 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：[133° ~

141°E, 16° ~ 24°N]

(46)

32

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 資料來看，超級颱風 Nida 於 slow-moving 型態時，其底下有逆時針方向的中尺度渦漩形成，如圖 4.10 以及 4.11 所示。

超級颱風 Nida 於 2009 年 12 月 3 日減弱為熱帶風暴，當日夜晚則消散。由海平面高度 (SSH) 圖 4.11 所示，Nida 於 27 日 18 時以及 28 日 0 時、6 時與 12 時以強烈的風速 (Vmax = 150、145、135 與 130 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 2.1、1.1、

0.7 與 1.0 m/s) 從經度約 140°E、緯度 19°N 區域經過，促使背景海域已經存在的微弱渦漩加強成為一個強烈的中尺度渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 27 日的渦漩高度差約為 6 cm，渦漩流速最大值約為 0.9 m/s，28 日則分別約為 10 cm 與 0.9 m/s，且於 12 月 3 日超級颱風消散之後中尺度渦漩仍持續存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 2009 年 12 月 12 日渦漩最大流速達到 1.6 m/s，渦漩高度差遽增至 26 cm，且渦漩半徑增大)，繼續向西方傳遞約 7 個月才消散。表 4.4 呈現衛星資料中 Nida 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff) 各值。

表 4.4 超級颱風 Nida-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已經消散的日期

Nida-2009 eddy

渦漩尺度 [°]

22-Nov * * 0.6

23-Nov * * 0.7

24-Nov * * 0.7

(47)

33

25-Nov * * 0.8

26-Nov 6 0.5×0.5 0.8 27-Nov 6 0.5×0.5 0.9 28-Nov 10 0.5×0.5 0.9 29-Nov 10 0.5×0.5 1.0 30-Nov 14 0.5×0.5 1.1 1-Dec 14 0.5×0.5 1.1 2-Dec 14 0.5×0.5 1.2

7-Dec 22 1×1 1.4

12-Dec 26 1×1 1.6

# 北半球─Amanda (2014)

Amanda，為 2014 年 5 月生成於墨西哥西南部海域的超級颱風。如圖 4.12 所示，5 月 22 日發展成熱帶低氣壓，24 日上午 8 時美國國家颶風中心將其升格為 1 級颶風，晚上 8 時直接升格為 3 級颶風，於 5 月 25 日 12 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 135 knots (SSHS 等級 4)，並且於 25 日 12 時以及 25 日 18 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (北半球 Uh < 2.5 m/s)，如圖 4.13 所示，其行進速度約為 1.6 m/s。

(48)

34

圖 4.12 超級颱風 Amanda (2014) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.13 Amanda (2014) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.5 m/s (slow-moving) ，

黑色框為同時符合兩個條件的資料點

(49)

35

圖 4.14 Amanda-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2014 年 5 月 22 日開始每 3 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Amanda 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為

m/s，經緯度範圍：[106° ~ 111°W, 9° ~ 14°N]

(50)

36

圖 4.15 Amanda-eddy 海平面高度圖

自 2014 年 5 月 22 日開始每 3 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Amanda 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：

[106° ~ 111°W, 9° ~ 14°N]

(51)

37

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 來看，超級颱風 Amanda 於 slow-moving 型態時，其底下有逆時針方向的中尺度渦漩形成，如圖 4.14 以及 4.15 所示。

超級颱風 Amanda 於 2014 年 5 月 29 日減弱為熱帶風暴，當日則消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.15 所示，Amanda 還未成形之前，此海域背景流場已經有兩個明顯的暖心渦漩存在，大洋中兩暖渦之間通常會有一個冷渦形成，此背景條件加上 25 日 12 時以及 25 日 18 時 Amanda 以強烈的風速 (Vmax = 135 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 1.6 m/s) 於該處經過，且於 11 月 27 日形成明顯的中尺度渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 27 日的渦漩高度差為 6 cm，渦漩流速最大值為 0.5 m/s，於 5 月 29 日超級颱風消失之後中尺度渦漩仍存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 2014 年 6 月 3 日渦漩最大流速達到 0.7 m/s，且渦漩高度差增加至 14 cm)，大約向西傳遞 1 個月後消失。表 4.5 呈現衛星資料中 Amanda 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff) 各值。

表 4.5 超級颱風 Amanda-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已經消散的日期

Amanda-2014 eddy

渦漩尺度 [°]

22-May * * 0.3

23-May * * 0.4

24-May * * 0.4

25-May * * 0.4

(52)

38

26-May * * 0.4

27-May 6 0.5×0.5 0.5 28-May 6 0.5×0.5 0.5 29-May 10 0.75×0.75 0.6 30-May 10 0.75×0.75 0.7

31-May 10 1×1 0.7

3-Jun 14 1×1 0.7

6-Jun 10 0.75×0.75 0.7 9-Jun 10 0.75×0.75 0.7

# 南半球─Zoe (2002)

Zoe，為 2002 年 12 月生成於南太平洋斐濟北北東海域的超級颱風。如圖 4.16 所示，12 月 24 日 18 時發展成熱帶低氣壓，朝西南的方向移動，於 12 月 27 日 12 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 155 knots (SSHS 等級 5)，並且於 27 日 18 時、28 日 0 時、28 日 6 時、28 日 12 時以及 28 日 18 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (南半球 Uh < 2.7 m/s)，如圖 4.17 所示，其行進速度分別約為 2.3 m/s、2.3 m/s、2.3 m/s、1.6 m/s 與 0.7 m/s。

(53)

39

圖 4.16 超級颱風 Zoe (2002) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.17 Zoe (2002) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.7 m/s (slow-moving) ，

(54)

40

圖 4.18 Zoe-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2002 年 12 月 24 日開始每 3 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Zoe 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，

經緯度範圍：[164° ~ 174°E, 8° ~ 18°S]

(55)

41

圖 4.19 Zoe-eddy 海平面高度圖

自 2002 年 12 月 24 日開始每 3 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Zoe 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：[164° ~

174°E, 8° ~ 18°S]

(56)

42

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 資料來看，超級颱風 Zoe 於 slow-moving 型態時，其底下有順時針方向的中尺度渦漩形成，於南半球稱為冷渦 (SSH 資料顯示海平面高度較周圍低)，如圖 4.18 以及 4.19 所示。

超級颱風 Zoe 於 2002 年 12 月 31 日減弱為熱帶風暴而後消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.19 所示，Zoe 於 27 日 18 時以及 28 日 0 時、6 時、12 時與 18 時以強烈的風速 (Vmax = 155、155、155、145 與 130 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 2.3、

2.3、2.3、1.6 與 0.7 m/s) 經過經度約 170°E、緯度 12°S 區域，促使海域背景流場產生一個冷心渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 27 日的渦漩高度差約為 10 cm，渦漩流速最大值約為 0.5 m/s，28 日則分別約為 14 cm 與 0.6 m/s，12 月 30 日 Zoe 已離開此區域但渦漩的強度仍持續增加，其最大流速值為 0.8 m/s，且於 12 月 31 日超級颱風消散之後中尺度渦漩仍持續存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 2003 年 1 月 5 日渦漩最大流速達到 1.3 m/s，渦漩半徑增大，且渦漩高度差值遽增至 38 cm)，

繼續向西方傳遞約 6 個月才消散於大洋中。表 4.6 呈現衛星資料中 Zoe 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff) 各值。

表 4.6 超級颱風 Zoe-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已經消散的日期

Zoe-2002 eddy

渦漩尺度 [°]

25-Dec * * 0.4

26-Dec 6 1×1 0.4

(57)

43

27-Dec 10 1×1 0.5

28-Dec 14 1×1 0.6

29-Dec 18 1×1 0.7

30-Dec 20 1.25×1.25 0.8 31-Dec 26 1.25×1.25 0.9 1-Jan 26 1.5×1.5 1.0 2-Jan 30 1.5×1.5 1.1 3-Jan 34 1.75×1.75 1.2 4-Jan 36 1.75×1.75 1.2 5-Jan 38 1.75×1.75 1.3

# 南半球─Carina (2006)

Carina，為 2006 年 2 月生成於印度洋西南部海域的超級颱風。如圖 4.20 所示，

2 月 22 日發展成熱帶低氣壓，23 日上午 6 時美國國家颶風中心將其升格為熱帶風暴，於 2 月 28 日 0 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 130 knots (SSHS 等級 4)，並且於 28 日 0 時、6 時以及 12 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (南半球 Uh < 2.7 m/s)，如圖 4.21 所示，其行進速度分別約為 2.7 m/s、2.5 m/s 以及 1.8 m/s。

(58)

44

圖 4.20 超級颱風 Carina (2006) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.21 Carina (2006) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.7 m/s (slow-moving) ，

(59)

45

圖 4.22 Carina-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2006 年 2 月 22 日開始每 3 天一筆與自 3 月 3 日開始每 5 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Carina 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速

(偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，經緯度範圍：[74° ~ 80°E, 14° ~ 20°S]

(60)

46

圖 4.23 Carina-eddy 海平面高度圖

自 2006 年 2 月 22 日開始每 3 天一筆與自 3 月 3 日開始每 5 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Carina 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，

單位為 m，經緯度範圍：[74° ~ 80°E, 14° ~ 20°S]

(61)

47

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 資料來看，超級颱風 Carina 於 slow-moving 型態時，其底下有順時針方向的中尺度渦漩形成，

於南半球稱為冷渦 (SSH 資料顯示海平面高度較周圍低)，如圖 4.22 以及 4.23 所示。

超級颱風 Carina 於 2006 年 3 月 2 日減弱為熱帶風暴，翌日則消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.23 所示，2006 年 2 月 25 日 Carina 還未到達該海域之前，背景流場有一個微弱的氣旋渦即將形成，於 28 日 0 時、6 時與 12 時 Carina 以強烈的風速 (Vmax = 130 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 2.7、2.5 與 1.8 m/s) 經過經度約 78°E、

緯度約 17°S 區域，促使海域背景流場產生一個低水位的冷心渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 28 日的渦漩高度差約為 6 cm，渦漩流速最大值約為 0.6 m/s，翌日 3 月 1 日也分別約為 6 cm 與 0.6 m/s，流速相較其他個案之下較不強烈，於 3 月 3 日超級颱風消散之後中尺度渦漩仍持續存在，且結構有更加穩固的趨勢 (如 3 月 8 日渦漩高度差增加至 14 cm)，其流速皆保持於 0.6 m/s 上下，且繼續向西方傳遞長達約 5 個月之久。表 4.7 呈現衛星資料中 Carina 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff)各值。

表 4.7 超級颱風 Carina-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已經消散的日期

Carina-2006 eddy

渦漩尺度 [°]

25-Feb * * 0.5

26-Feb * * 0.5

(62)

48

27-Feb * * 0.5

28-Feb 6 0.5×0.5 0.6

1-Mar 6 1×1 0.6

2-Mar 6 1×1 0.6

3-Mar 10 1×1 0.6

8-Mar 14 1×1 0.6

13-Mar 14 1×1 0.5

18-Mar 14 1×1 0.5

# 南半球─Hondo (2008)

Hondo，為 2008 年 2 月生成於印度洋西南部留尼旺東北方海域的超級颱風。

如圖 4.24 所示，2 月 4 日發展成熱帶低氣壓，同日升格為中等熱帶風暴且美國國家颶風中心將其命名 Hondo，翌日則增強為一強烈熱帶風暴。於 2 月 7 日 12 時，

最大持續風速 (Vmax) 達到 130 knots (SSHS 等級 4)，並且於 7 日 12 時以及 18 時，

超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (南半球 Uh < 2.7 m/s)，如圖 4.25 所示，其行進速度分別約為 1.4 m/s 以及 1.1 m/s。

(63)

49

圖 4.24 超級颱風 Hondo (2008) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.25 Hondo (2008) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.7 m/s (slow-moving) ，

(64)

50

圖 4.26 Hondo-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2008 年 1 月 28 日開始每 5 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Hondo 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，

經緯度範圍：[75° ~ 85°E, 10° ~ 20°S]

(65)

51

圖 4.27 Hondo-eddy 海平面高度圖

自 2008 年 1 月 28 日開始每 5 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Hondo 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：[75°

~ 85°E, 10° ~ 20°S]

(66)

52

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 資料來看，超級颱風 Hondo 於 slow-moving 型態時，其底下有順時針方向的中尺度渦漩形成，

於南半球稱為冷渦 (SSH 資料顯示海平面高度較周圍低)，如圖 4.26 以及 4.27 所示。

超級颱風 Hondo 於 2008 年 2 月 11 日減弱為熱帶風暴，翌日降為熱帶低氣壓，

15 日升格成為熱帶風暴，當日又降為熱帶低氣壓，一直向西行進至 22 日又再度升格為熱帶風暴，直到 2 月 25 日才消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.27 所示，該區域即將形成一個微弱的氣旋渦，Hondo 於 7 日 12 時以及 18 時以強烈的風速 (Vmax

= 130 knots) 與緩慢的行進速度 (Uh = 1.4 m/s 與 1.1 m/s) 經過經度約 81°E、緯度 14°S 區域，促使冷心渦漩的形成。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 7 日的渦漩高度差約為 12 cm，渦漩流速最大值約為 0.7 m/s，8 日則分別約為 10 cm 與 0.8 m/s，且於超級颱風離開此海域並且消散之後中尺度渦漩仍持續存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 2 月 17 日渦漩最大流速達到 1.0 m/s，且 22 日渦漩高度差值增加至 18 cm)，並繼續向西方傳遞約 8 個月才消散於大洋中。表 4.8 呈現衛星資料中 Hondo 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff)各值。

表 4.8 超級颱風 Hondo-eddy 之衛星資料紅色點表示超級颱風已經離開的日期

Hondo-2008 eddy

渦漩尺度 [°]

1-Feb * * 0.5

(67)

53

2-Feb 6 1×1 0.5

3-Feb 6 1×1 0.6

4-Feb 6 1×1 0.6

5-Feb 6 1×1 0.6

6-Feb 6 1×1 0.7

7-Feb 12 1.25×1.25 0.7 8-Feb 10 1.25×1.25 0.8 9-Feb 10 1.25×1.25 0.8 10-Feb 10 1.5×1.5 0.8 11-Feb 10 1.5×1.5 0.9 12-Feb 10 1.5×1.5 0.9 17-Feb 14 1.5×1.5 1.0 22-Feb 18 1.5×1.5 1.0

# 南半球─Bansi (2015)

Bansi，為 2015 年 1 月於馬達加斯加以東海域的一個不穩定天氣區域 (A Zone of Disturbed Weather) 所發展出的超級颱風。如圖 4.28 所示，1 月 9 日發展成熱帶低氣壓，11 日 18 時美國國家颶風中心將其升格為 1 級颶風，12 日 Bansi 快速增強，

上午 6 時直接升格為 3 級颶風，於 1 月 13 日 0 時，最大持續風速 (Vmax) 達到 140 knots (SSHS 等級 5)，並且於 12 日 18 時以及 13 日 0 時與 6 時，超級颱風行進速度 (Uh) 達到 slow-moving 型態 (南半球 Uh < 2.7 m/s)，如圖 4.29 所示，其行進速度分別約為 1.1 m/s、2.0 m/s 以及 1.8 m/s。

(68)

54

圖 4.28 超級颱風 Bansi (2015) 行進路徑、時間以及 SSHS 颶風分級

圖 4.29 Bansi (2015) 最大持續風速 Vmax與行進速度 Uh隨時間序列之變化圖紅色線分別表示 Vmax > 130 knots (super typhoon) 與 Uh < 2.7 m/s (slow-moving) ，

(69)

55

圖 4.30 Bansi-eddy 絕對地轉流流速圖

自 2015 年 1 月 7 日開始每 3 天一筆的絕對地轉流資料，包含海流流矢以及超級颱風 Bansi 之軌跡，顏色柱表示為絕對地轉流流速 (偏紅色流速愈大)，單位為 m/s，

經緯度範圍：[56° ~ 62°E, 14° ~ 20°S]

(70)

56

圖 4.31 Bansi-eddy 海平面高度圖

自 2015 年 1 月 17 日開始每 3 天一筆的海平面高度資料，包含超級颱風 Bansi 之軌跡，顏色柱表示為海平面高度 (偏紅色高度愈高)，單位為 m，經緯度範圍：[56° ~

62°E, 14° ~ 20°S]

(71)

57

從 AVISO 衛星遙測資料 (絕對地轉流 AGV 與海平面高度 SSH) 來看，超級颱風 Bansi 於 slow-moving 型態時，其底下有順時針方向的中尺度渦漩形成，於南半球稱為冷渦 (SSH 資料顯示海平面高度較周圍低)，如圖 4.30 以及 4.31 所示。

超級颱風 Bansi 於 2015 年 1 月 17 日減弱為熱帶風暴，翌日則消失。由海平面高度 (SSH) 圖 4.31 所示，Bansi 於 12 日 18 時和 13 日 0 時與 6 時以強烈的風速 (Vmax

= 130、140 與 130 knots) 以及緩慢的行進速度 (Uh = 1.1、2.0 與 1.8 m/s) 經過經度約 58°E、緯度約 17°S 區域，促使海域背景流場產生一個低水位的冷心渦漩。

衛星資料 SSH 與 AGV 顯示 12 日的渦漩高度差約為 10 cm，渦漩流速最大值約為 0.6 m/s，13 日亦分別約為 10 cm 與 0.6 m/s，1 月 16 日 Bansi 已離開此區域但渦漩的強度仍持續增加，其最大流速值為 0.8 m/s，且於 1 月 18 日超級颱風消散之後中尺度渦漩仍持續存在，其流速與結構有變大以及穩固的趨勢 (如 1 月 22 日渦漩最大流速達到 0.9 m/s，且渦漩高度差值增加至 22 cm)，並繼續向西方傳遞約 4 個月才消散。表 4.9 呈現衛星資料中 Bansi 行進至消失的各時間點 (1 天一筆) 之渦漩大小 (eddy size)、渦漩最大流速 (max speed of eddy) 以及渦漩高度差 (Diff) 各值。

表 4.9 超級颱風 Bansi-eddy 之衛星資料

Bansi-2015 eddy

渦漩尺度 [°]

7-Jan * * 0.5

8-Jan * * 0.6

9-Jan * * 0.6

10-Jan * * 0.6

國立中山大學海洋科學系 碩士論文