同化虛擬位渦反演渦旋及位渦收支診斷分析: 梅姬颱風(2010)
黃清勇 孫于力
國立中央大學大氣物理研究所
(中華民國一○六年五月四日收稿;中華民國一○六年十月二十四日定稿)
摘 要
梅姬颱風(2010)一路西行,自菲律賓登陸不久後,即急遽轉彎向北移動。本文主旨在於探討其受到 地形影響前後之位渦收支分布與變化,以及轉彎前後之動力與熱力特性與演變。為增強初始颱風強度, 使更接近真實觀測,本研究利用位渦反演得出颱風渦旋風場、壓力場及溫度場,並利用 WRF 三維變分 同化將此虛擬渦旋同化於初始場。在本研究,由不同初始位渦擾動設定測試得到最為理想的強烈颱風分 析場。實驗結果顯示,較高的位渦擾動振幅,會同時增強初始颱風之動力場及熱力場,然而加強了颱風 強度和結構,使其受到綜觀駛流場影響減弱,造成模擬路徑提早北偏。選取切割半徑及位渦擾動遞減率 的敏感度實驗顯示,較大的選取切割半徑及位渦擾動遞減率為 4 時,在 WRF 預報路徑有較佳的表現, 而對模擬強度的影響則不顯著。另外也進行了同化溫度場之測試,結果顯示,同化溫度場後雖然對颱風 中心最低氣壓影響不大,但會使颱風向東北方偏移。
我們由敏感度實驗得到最佳模擬,進行位渦收支診斷。診斷分析指出,在颱風低層,位渦水平平流 透過切向風,將眼牆中較高的位渦逆時針平流至下游,並透過徑向內流,將眼牆外較低的位渦向內輸送, 而位渦垂直平流則藉由上升氣流將低層高位渦往上層輸送,因此平流作用扮演了降低眼牆垂直及水平位 渦梯度的角色。位渦的非絕熱作用則為颱風增強或減弱的關鍵角色,旺盛對流提供大量潛熱釋放,抵銷 在低層平流作用及紊流混合作用的負貢獻,而位渦的摩擦作用只有在地形才具顯著的負貢獻。當颱風即 將登陸菲律賓時,潛熱作用增加,進而使徑向內流增強,亦提升平流作用,登陸後受到地形影響,使颱 風結構破壞,風速、位渦迅速減弱。在離開菲律賓後,梅姬颱風由原本較為破碎的眼牆結構逐漸趨於對稱完整,眼牆重建期位渦趨勢也有明顯的極值分布,在渦旋西北前側有較高的非絕熱作用,使梅姬颱風 傾向往此高位渦趨勢移動。因此, 從位渦觀點來看,為反應於較大的正位渦趨勢,眼牆對流於轉彎前 後的順時鐘旋轉可能為梅姬北轉的關鍵因素。
關鍵字:梅姬颱風(2010)、位渦反演、位渦收支