梅雨鋒面對流雨帶之個案研究(二)：動量收支計算及對流尺度的擾動壓力場

洪景山¹ 周仲島²

¹中央氣象局資訊中心
²國立臺灣大學大氣科學研究所

(中華民國八十四年元月五日收稿；中華民國八十六年二月二十六日定稿)

摘要

　　本研究針對TAMEX IOP13之鋒面雨帶個案，利用雙都卜勒雷達合成的三維風場及反求之擾動壓力場進行雨帶中對流胞的動量收支計算，主要分為三個部份。第一部份是討論對流尺度動量傳送和對流胞演化之間的相關。其結果指出氣壓梯度力在雨帶的演化過程中扮演重要的角色，並且是導致對流順風切傾斜的主要原因。
　　其二為探討對流系統的整體動量傳送行為。計算結果顯示平行雨帶方向的動量分量為順梯度垂直傳送，而垂直雨帶方向的動量分量則為逆梯度垂直傳送，其中雨帶順風切傾斜的結構正是維持水平動量逆梯度垂直傳送所必須具備的必要條件。逆梯度垂直傳送動量雖然違反亂流混和的原則，但也意味著組織性的對流行為在此可以反抗環境所具有傾向於被勻滑的趨勢。此外，垂直通量輻合項和氣壓梯度力項大小相近，方向相反，因此如果在參數化積雲對流的動量傳送過程中只考慮水平動量垂直傳送的效果，則勢將足以產生顯著的偏差。
　　在第三部份中，本文從動量傳遞的觀點出發，指出所謂的“對流尺度上沖流和環境垂直風切的交互作用”基本上就是流場反應對流尺度上沖流動量垂直傳送的結果：當流場透過動量垂直傳送而產生水平加速時，同時在下游處因質量輻合而產生相對高壓區，上游處則產生相對低壓區，這樣的壓力擾動基本上可以想像成是流場為反應外力刺激所具有的慣性，而此一慣性取決於平行作用力方向尺度和垂直作用力方向尺度之間的相對大小；當平行作用力方向的尺度較大時則流場的反制作用較弱，反之則較大，因此淨作用力會變得較小，而傾向於維持流場原先的狀態。此一概念也可以推展至浮力產生的動量傳送和其伴隨的垂直擾動壓力場。
　　本研究透過動量收支計算，不僅使我們對個案中雨帶系統的動量傳送行為有更深刻的了解，同時也藉此更進一步探討不同尺度系統之間的交互作用及對流尺度中氣壓梯度力形成的可能原因，這些知識的建立不僅只在拓展我們對本個案了解的深度，並且在模式模擬及驗證上提供一個量化比對的空間，這對於後續的研究工作是很有幫助的。

關鍵詞：氣壓梯度力、順風切傾斜、逆(順)梯度垂直傳送、參數化、慣性