利用有效擴散率診斷綜觀天氣系統

郭力瑋¹　郭鴻基²

¹空軍氣象中心
²國立台灣大學大氣科學研究所

摘要

　　本研究利用有效擴散率診斷槽線窄化的過程、南極極渦帶狀化過程以及大西洋的熱帶氣旋生成過程。有效擴散率的概念與邊界層動力的 K 理論是一致的，假設次網格尺度的大氣運動符合分子擴散行為，據此來診斷大氣於次網格尺度的混合程度。利用非擴散的風場平流被動追蹤物質，根據被動追蹤物質的結構計算有效擴散率，有效擴散率愈大，表示大氣流場處於劇烈混合的狀態，愈小則表示混合愈微弱。槽線的個案研究顯示，最大的有效擴散率出現在羅士比波破碎的區域，而核心渦旋的有效擴散率最小。南極極渦的個案研究顯示，有效擴散率可以詮釋飛機觀測的臭氧濃度在很短的距離內有很大幅度的變化。
　　中層的相對溼度是熱帶氣旋生成的重要因素之一，近來的研究指出，發展成熱帶氣旋的熱帶擾動在隨著東風波移動的座標上，有氣旋式封閉流線結構，此結構又稱為育兒袋，其不僅有利於累積渦度，還可以保護濕對流，使對流不易受到乾空氣逸入而消散。本研究用有效擴散率診斷中高層乾空氣逸入對於大西洋的熱帶氣旋生成有多大影響，診斷個案為 2010 年 9 月源自非洲東風波然後在北大西洋上發展的熱帶擾動。研究結果顯示在 700hPa 及 500hPa 上，沒有發展成熱帶氣旋的熱帶擾動周圍是劇烈混合的大氣流場，而發展的熱帶擾動周圍為大混合程度較微弱的大氣流場，兩者的混合程度比值可高達 5 倍。有效擴散率搭配衛星的水氣影像顯示，沒發展成熱帶氣旋的熱帶擾動在中高層受到顯著乾空氣逸入影響，而發展的熱帶擾動受到較小的影響。熱帶氣旋生成過程的個案研究顯示，有效擴散率的分析結果和育兒袋的熱帶氣旋生成理論是相輔相成。本研究顯示，結合有效擴散率與衛星的水氣影像，對於分析大西洋的熱帶氣旋生成與否是很有用的診斷工具。

關鍵詞：有效擴散率、被動追蹤物質、育兒袋