热带气旋的多边形眼墙对流杨忆婷.PDFVIP

飛航天氣第二十六期 2016.10 熱帶氣旋的多邊形眼牆對流 1 Deep convection in elliptical and polygonal eyewalls of tropical cyclones 2 楊憶婷 摘要 熱帶氣旋為臺灣重要的天氣現象之一，為臺灣帶來充沛的雨水， 但也在侵襲臺灣期間造成交通中斷及影響飛航安 全。本文以1996年賀 伯颱風及2015年杜鵑颱風為例，兩個颱風個案都在臺灣的雷達觀測網 3 中觀測到橢圓形眼牆結構，本研究透 過正壓及固定厚度的邊界層 耦 合模式討論大氣邊界層的特徵。 本文研究結果可給從事航空作業人員 在颱風侵襲期間雷達觀測參考，若發現多邊形對流結構，則可預期此 一結構將顯示氣旋式旋轉，並在主軸上有強對流特徵等現象。 一、前言 從過去的氣象雷達對於颱風觀測研究，常可以發現橢圓形眼牆結 構，並且眼牆的最強深對流常發生在長軸兩端(如圖 1) ，例如：1966 年 Second Miyakojima颱風、 1980 年 Allen颶風、 1985 年 Elena颶風、 1996 年賀伯颱風、2001 年 Erin颶風、 2008 年 Paloma颶風。其中 1966 年 Second Miyakojima颱風的雷達合成最大降水橢圓形結構共有超過 6 次的氣旋式旋轉 (Mitsuta and Yoshizumi ,1973) 。臺灣地區氣象雷達 1本文已投稿至American Geophysical Union的 Journal of geophysical research國際期刊，已經在第 三次審查階段。並於成都 2016 年海峽兩岸青年大氣科學學術研討會獲得最佳創意獎。 2 國立台灣大學數學研究中心 3 邊界層:大氣層中近地表的空氣，會受到地表的摩擦影響。 1 飛航天氣第二十六期 2016.10 觀測網紀錄上，也曾經觀測到侵襲臺灣的颱風有類似結構，例如： 1996 年的賀伯颱風及 2015 年的杜鵑颱風(如圖 2) 。從這兩個個案觀測中可 以發現，有明顯的橢圓形眼牆存在，最強的深對流發生在眼牆長軸的 兩端，而且橢圓形結構會呈現氣旋式旋轉。Kuo et al. (1999)曾用 Kelvin線性理論 (Thomson, 1880)估算出賀伯颱風的氣旋式旋轉週期 約為 144 分鐘，此理論顯示橢圓形眼牆的旋轉相位速度為最大切向風 的一半，週期為 ；依據中央氣象局的估算，杜鵑颱風具橢圓形 結構期間的最大風為 64 m s-1 ，平均半徑為46 km ，估算週期為150 分鐘(約為 144 o h-1) ，也符合Kelvin線性理論。 目前數值天氣模式已經可以模擬出上述的颱風眼牆特徵 (如圖 3) ，例如：Kurihara and Bender (1982)用 5 km水平空間解析度的數值 模式模擬出橢圓形眼牆結構，並且他們發現橢圓形眼牆的氣旋式旋轉 速度比氣旋本身的最大切向風慢。Braun (2002)利用 Pennsylvania State University–National Center for Atmospheric Research fifth-generation Mesoscale Model (MM5) 1.3 km的水平解析度模擬 1991 年 Bob颶風， 其模擬的徑向風、垂直上升速度以及降水分布都出現橢圓形結