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Subject: search.filters.subject.颱風

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    臺灣雲解析差時系集颱風定量降水預報應用研究
    (2023) 陳鑫澔; Chen, Shin-Hau
    臺灣的颱風降雨雖為主要的水源之一，但也常因此造成災害。數值天氣預報開發以來，時常面臨著不確定性造成的困難，眾多研究者嘗試使用各式方法獲取防災資訊，本研究面對臺灣颱風防災的需求，嘗試在現有資源限制下，建構針對臺灣颱風降水於防災的建議系統。具體而言，本研究使用雲解析風暴模式，建構上採用了2.5km水平格點間距，每六小時進行八天的預報，在本研究的十個目標颱風內，經過評估後皆能在各颱風風雨影響臺灣前至少52小時前，也就是大約兩天以前，找出颱風影響期間總累積降雨量的相似技術得分(Similarity Skill Score，簡稱SSS) 大於0.6的高解析度的降水情境，顯示此方法實際應用上可以在有反應時間的前提下，提供有效的降水情境。 防災事前可以針對最糟糕的降水情境做防範，但為了更有效的找出較有參考價值的預報，本研究針對十個西行侵臺颱風選出105個預報參數，使用機器學習嘗試建構能夠預估降水指引(SSS為其中之一)與路徑指引的模型並進行評估，評估後大多數機器學習預估的SSS皆能適度掌握不同初始時間預報中的實際降水SSS好壞。機器學習預估的結果約在實際颱風影響臺灣26小時前可以產出，當預估的SSS中位數達0.6以上時，實際的SSS也有71%超過0.6，顯示可以在中心登陸兩天前預先指出那些預報的可信度低，那些的可信度高。 本研究進行機器學習訓練時進入模型的颱風數量上不多，可當作ㄧ初步之研究，文章中亦討論了許多颱風預報相關性分析，並提出了幾個可能的改進方向。總體來說，高解析差時系集預報輔以機器學習可在臺灣西行颱風的防災預警上，提供有效的降水情境，並指出較具可信度的預報。
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    颱風引起海洋中尺度渦之動力過程
    (2023) 賀華; Ho, Hua
    過去有部分關於颱風對預先存在的中尺度渦構成影響之相關文獻，卻鮮少探討當海洋為中性環境時，由於颱風通過所引起之海洋中尺度氣漩渦 (Cyclonic Ocean Eddy, COE)。本研究透過比對1995年到2020年之颱風最佳路徑資料 (Best track) 以及中尺度渦漩軌跡圖集 (Mesoscale Eddy Trajectory Atlas)，找出在西北太平洋中，歷年來颱風經過後由中性環境構成COE幅度變化最大的三個範例進行分析，此三例分別為1997年的Rosie、2009年的Nida以及2011年的Ma-on颱風。我們利用區域海洋模擬系統模式 (Regional Ocean Modeling System, ROMS) 對三個例子進行背景環境重建模擬和理想實驗，以還原颱風當下的海洋狀態，並通過設計實驗去確認COE是否為颱風所致。實驗結果顯示在颱風Rosie期間的COE生成係由當時海洋環境與颱風共同作用下的結果，Nida期間的COE則為颱風主導所致，Ma-on期間之COE為海洋環境所主導生成。在此之中特別針對由Nida颱風所生成的COE去進行更進一步的分析，探討其生成過程之動力機制。Nida颱風在生成COE時行進速度緩慢 (1.5216m⁄s) 小於當時海洋的第一斜壓模相位速度 (2.4534m⁄s)，在緩慢移動的情況下使表層海水幅散，導致海表高度下降，同時引起艾克曼抽汲 (Ekman pumping)，而海表高度下降使海水趨向地轉平衡，導致COE的生成。本研究也針對其生成過程進行能量計算，同樣顯示了相同的結果，在颱風駐留時強大的風力擾動上層海洋，使動能快速上升，並帶動艾克曼抽汲，強大的湧升流使等密度線傾斜，因此動能漸漸轉變為勢能，在颱風過後動能與勢能漸漸趨於平衡，也意味著COE的穩定。另外，透過渦度方程進行收支分析，分析顯示除了地轉平衡所帶來的正渦度以外，湧升以及平流造成的傾斜項也是增加相對渦度促使COE形成的主因之一。
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    使用數值模擬深入了解颱風引起臺灣東北海域降溫
    (2023) 吳欣茹; Wu, Hsin-Ju
    夏季颱風通過後，多次在臺灣東北角龍洞外海引起海表溫下降。2001~2020年18個第5類颱風中有3個颱風路徑十分相似，分別是2001年的尤特(Utor)、2008年的如麗(Nuri)和2008年的哈格比(Hagupit)。然而透過龍洞浮標海表溫資料觀察發現這3個颱風對龍洞海域造成的降溫幅度卻差異甚大，尤特颱風期間下降最多達8.8℃，如麗期間降溫為2.7℃，而哈格比期間海表溫下降幅度僅1.4℃。前人文獻指出，臺灣周遭海域颱風引起之海表降溫與颱風行進軌跡間有良好之關係，為了進一步釐清為何相近軌跡之颱風卻引起近岸海表溫降有如此顯著之差異，本研究使用區域海洋模擬系統模式(Regional Ocean Modeling System, ROMS)，重建此三相近軌跡颱風個別引起之上層海洋響應。同時，為了瞭解潮汐可能對颱風引起降溫過程造成之影響，本研究於數值實驗中亦納入了潮汐作用。透過實驗設計以及熱收支守恆方程診斷分析，探討各物理過程對三個颱風期間海表降溫所造成之影響。模擬結果顯示在尤特颱風期間，東海黑潮入侵最為顯著，亦驅動較強的次層冷水抬升，進而導致較大幅度的海表溫降，如麗東海黑潮入侵幅度最小，次層冷水抬升較不明顯，海表溫降幅度亦較弱，表東海黑潮入侵在近岸海表溫降中扮演著重要的角色，而模擬在納入潮汐效應會強化冷卻響應，並使其更接近真實情況。這三個相似路徑和強度的颱風在臺灣東北海域引起不同的區域風，尤特期間龍洞海域出現強東北風，為三者之中最有利於東海黑潮入侵之風力條件，此與颱風半徑有關。另外，從理想實驗可以得知區域風為主要驅動東海黑潮入侵的因素，海洋的部分初始場對降溫影響較小，潮時則影響較為明顯。熱收支分析結果顯示，三個颱風降溫過程溫度變化主要是受到垂直平流項影響，而潮餘流則會透過垂直平流項強化近表層的冷卻響應。最後，當颱風移動至南海時，流向轉為西北，進而造成臺灣海峽流速增加，流速快且溫暖的臺灣海峽流流經龍洞海域，使海表水溫回復。
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    遠域颱風對臺灣東北龍洞海域降溫之影響
    (2022) 陳毅睿; Chen, Yi-Rui
    颱風生成於廣大的熱帶海洋上，當其經過海洋時，沿著颱風附近的海表面溫度，會因颱風的經過而有明顯的海表溫下降，並且前人文獻指出颱風造成海表降溫通常發生在颱風行進路徑右側附近( Price, 1981 )。然而，我們通過龍洞氣象浮標過去20年 ( 1998至2017年)的連續觀測資料，發現行經呂宋海峽的遠域颱風多次在遠在颱風軌跡420 km外的龍洞海域造成6 ℃以上的降溫，為了釐清其中的機制，本研究使用區域海洋模擬系統模式 ( Regional Ocean Modeling System, ROMS )，模擬2001年至2018年具備類似路徑之6個颱風案例，分別為2001年的尤特( Utor )、2003年的杜鵑( Dujuan )、2005年的珊瑚( Sanvu )、2011年的南瑪都( Nanmadol )、2013年的天兔( Usagi )及2016年的莫蘭蒂( Meranti )；並搭配龍洞潮位站之潮位資料與浮標之海溫資料對模擬進行驗證，系統性分析遠域颱風在龍洞地區造成上層海洋冷卻響應之過程。此外，由於龍洞位於近岸區域，潮汐作用對颱風引起冷卻響應過程可能造成之影響，亦為此研究欲釐清之重點。研究結果顯示，遠域颱風在龍洞引發較為強烈之降溫，主要透過颱風引起臺灣東北海域黑潮入侵之機制，並且，敏感度實驗顯示，臺灣東北海域當地風力為決定黑潮入侵是否形成之關鍵因素。同時，結果亦顯示，在未加入潮汐作用之實驗當中，颱風引起降溫在六個研究範例當中平均較觀測資料弱6.8 °C。在納入潮汐作用後，颱風引起近岸區域降溫趨於強烈，與觀測資料對比，溫度平均差異大幅度縮小至1.0 °C，整體而言，納入潮汐作用後，颱風引起近岸區域降溫之過程模擬獲得系統性改善。最後，透過系統性分析發現，加入潮汐作用主要透過底下機制增強颱風引起上層海洋降溫之過程，包含: (1) 在半個潮汐週期性振盪內會有上升流，因此潮汐作用可以加強上升流的強度，而且潮汐混合會破壞水體分層，提供有利環境供次層冷水上升，加上颱風通過時造成此區的強烈的上層混合和上升流，更容易使冷水抬升至較淺的水層、(2) 潮流與海底地形的交互作用，導致底部水層動能增強且底部應力增大。此外，底部應力也可以驅動額外的底部艾克曼傳輸( Bottom Ekman transport )，弱化底部水體分層，容易產生較強的上升流，進而使颱風通過後造成的海表降溫更強、(3) 龍洞次表層的南向潮餘流引發向下的底部艾克曼流( Bottom Ekman flow )，造成底部向東的艾克曼傳輸( Bottom Ekman transport )，而後因海底地形的關係，在離岸約20公里處產生向上的流，整體構成一逆時針環流，由於該區域上下翻轉流作用，使潮餘溫呈現次層水冷卻而下層水增溫之情形。綜合上述效應，我們建議後續在模擬颱風對近岸上層海洋冷卻響應時，納入潮汐作用可相當程度改善近岸降溫之情形並使之更符合真實之海洋狀態。
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    投落送數量與排列對於杜鵑颱風(2015)模擬的影響
    (2022) 蔡杰珉; Tsai, Chieg-Min
    杜鵑(Dujuan)颱風於 2015 年 9 月 20 日形成，並於 28 日登陸台灣，經過中 央山脈後路徑向南偏移再往北進行。27 日飛機偵察及投落送觀測實驗 (Dropwindsonde Observation for Typhoon Surveillance near the TAiwan Region ;DOTSTAR)，又名追風計畫以「全球定位衛星投落送」(GPS Dropsonde)進行飛機觀測。本研究採用 NCEP 之 GFS 全球模式初始場資料進行 數值模擬實驗，並利用 WRF 模式以及 3DVAR 資料同化方式針對杜鵑颱風進行模 擬，除了投落送觀測資料之外，還另外以 Bogus 虛擬渦漩強化後的初始場作為 虛擬投落送並以不同的數量以及排列共設計了 8 組實驗，藉以探討投落送位置 以及數量對於杜鵑颱風模擬的影響。模擬結果顯示，投落送同化個數為 14 個的真實投落送 Real Drop 組與其相同 經緯度但投落送資料取自於渦漩初始化後的初始場的 Sim Drop 組，兩組表現上 不只颱風模擬路徑較為偏北以及颱風模擬強度上皆弱於觀測，所以另外設計了 也為強化後初始場而取得的虛擬投落送且數量分別為 26 個的 Bogus Drop1、32 個 Bogus Drop2 組別，根據此結果探討投送送的數量以及排列對於杜鵑颱風路 徑的影響，利用 500 hPa 以及 850 hPa 的駛流場分析出 Real Drop 有更多往北 的向量，而進一步發現垂直結構上的不對稱為影響杜鵑颱風路徑之關鍵因素。此外，使用 Bogus Drop2 的結構下衍生出 IHOL、IHOM、IHOH、ILOL、ILOM、 ILOH 六組實驗，虛擬投落送涵蓋範圍從 Bogus Drop2 的半徑 600km 縮小到 300km，也分別做出排列與數量上的差異，為內核區虛擬投落送數量為 6 個的 IH 組、2 個的 IL 組;外核區虛擬投落送數量為 12 個的 OL 組、18 個的 OM 組、 36 個的 OH 組，而模擬結果顯示 IHOH 組別在平均路徑誤差上有較佳的模擬結 果，在此個案中內核區以及外圍區有較多的虛擬投落送，能獲得更好的模擬路 徑。
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    瑪莉亞颱風（2018）快速增強及結構演變之數值模擬研究
    (2022) 林庭州; Lin, Ting-Zhou
    瑪莉亞颱風(Maria)於 2018 年 7 月 3 日於關島東南方海面生成，從 5 日至 6 日，其強度迅速增強進入快速增強(Rapid Intensification; RI)過程，並於 RI 結束後不到 24 小時便進行了一次眼牆置換。本研究利用 WRF 模式搭配歐洲中期天氣預報中心 (European Centre for Medium-Range Weather Forecast;ECMWF)之 ERA5 全球模式資料為初始場，同時利用颱風動力初始化方式，分析瑪莉亞颱風 RI 過程以及結構變化。模擬結果顯示， RI 的發展主要受到內外兩對流區強度的影響。在 RI 開始前，內核區高層的對流活動，以及較低的環境垂直風切,使得潛熱能夠有效釋放，形成高層暖心結構，進而使颱風中心最低氣壓下降，高層暖心與中心最低氣壓之間的正回饋，有效提高颱風的強度,使颱風進入 RI階段。在 RI 後期，即便颱風對流強度沒有顯著的減弱，但是由於強對流活動主要集中在外圍，能量無法有效傳遞至內核區，導致內核區對流減弱，使得高層暖心結構無法維持，颱風強度停止增強。為瞭解海表溫度以及海表通量傳輸對於 RI 的影響，本研究進行改變海溫以及改變海表通量計算方式之敏感度實驗。結果顯示，當海溫降低2°C 以上時，不會發展 RI 。當海溫降低1°C 時，依舊會發展 RI ，但是受限於海表熱通量不足及垂直結構傾斜等影響，高層暖心結構以及 RI 持續時間較短。當海溫增加1°C 時，颱風強度不論是在 RI 前、中、後都有更為顯著的增強，高層暖心結構更能夠維持，且垂直結構較不為傾斜。而改變海表通量計算方式，使得海表面阻力減小以及海表向上傳輸的熱通量增加，對於 RI 後期的增強更為顯著，且高層暖心結構更為明顯。
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    天鴿颱風(2017)快速增強之模擬與渦度分析
    (2021) 周振潮; Chao, Chan-Chio
    天鴿(Hato)颱風於2017年8月22至23日通過南海時，其強度迅速發展達到快速增強(Rapid Intensification，RI)，於23日0600 UTC登陸澳門並造成當地有史以來最嚴重的災情。本研究利用WRF模式以歐洲中期天氣預報中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecast ; ECMWF)之ERA5全球模式為初始場，動力降尺度輸出空間解析度為3 km預報場，分析颱風內部結構與發展過程，藉以探討其RI之成因。 結果顯示，於RI初期，慣性穩定較低觸發徑向加速，在颱風中心強迫上升運動，加上環境垂直風切減弱，建立有利環境，使對流爆發(Convective Bursts，CBs)形成。於RI發展期，加速對流爆發(w>2 m⋅s^(-1)，B>0.25 m⋅s^(-2))是促進RI發展的重要角色，透過底層輻合上升與潛熱釋放，使高層暖心形成，其相對低壓又促進對流產生，產生由熱力效應所主導之正回饋，有效提高颱風的強度。於RI成熟期，慣性穩定度達到最大值後3小時裏，底層輻合再度增加，搭配中層大量的輻散作用，造成以動力效應為主導的對流，與此同時颱風強度到達峰值，受地形抬升後，颱風登陸澳門。對流分佈與垂直風切有關，上升對流主要集中在下風區，佔有面積雖少，卻完成大量的質量通量傳輸，而下沉對流則集中在上風區左側，有壓抑暖心的作用。 此外，為瞭解海表溫度(Surface Sea Temperautre，SST)對RI的影響，本研究也進行有關海溫敏感度實驗。結果顯示，當SST降低1度時，因加速對流爆發數量減少，導致暖心無法形成，雖仍有RI發展，但高層增溫不明顯。當SST降低2度以上，對流爆發數量大量減少而沒有RI發展。因此，在本個案中高的SST有利於更多的加速對流爆發產生，其導致暖心結構的形成，所以在過程中扮演著主導角色，其數量與成熟度，將影響RI的強度。
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    西北太平洋颱風是否因黑潮而變強？
    (2021) 何欣勇; He, Hsin-Yung
    1945年以來，西北太平洋每年平均有29個颱風生成，其中每年約有8個颱風會侵襲臺灣，進而使臺灣居民生命財產安全；而這些颱風在侵襲臺灣之前，有很大的比例會通過北太平洋的西方邊界流：黑潮。筆者回顧論述颱風與黑潮交互作用，大部是基於單一颱風案例的討論，是故筆者以長時間、大量數據的統計，並輔以將黑潮分區討論其颱風通過黑潮之後的改變。筆者發現颱風通過黑潮的次數逐年增加，且約有30年的週期變化；颱風停留在黑潮的時間也有逐年增加的趨勢，並輔以40年的週期；而這些通過黑潮的颱風的在大量統計之下，發現颱風本身中心氣壓升高、最大一分鐘持續風速降低，亦即颱風通過黑潮後是減弱其本身的強度，且減弱的幅度有10年的周期性，而其減弱趨勢則發現數值逐年減少，換言之颱風通過黑潮後雖減弱強度，但變弱幅度逐年減少。若分區觀察，颱風在通過各區的黑潮大都為減弱強度的情形，惟颱風通過臺灣東方海域黑潮與日本南方海域黑潮的風速減弱幅度是最高的兩區，共通情形是此兩區都會讓颱風通過黑潮時接觸到陸地；另四區的減弱趨勢是逐年縮小。再者，討論黑潮海表面溫度是否颱風的強度有關，筆者統計後發現關聯不大，但有趣的是日本南方海域之黑潮的海表面溫度上升是四區內最快的，但其颱風減弱程度變小當中。
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    臺灣地區熱浪與伴隨環境場分析
    (2020) 林冠宏; Lin,Guan-Hong
    近年來熱浪的發生越來越受到關注,在歐美地區發生較嚴重的熱浪事件如:1995 年芝加哥熱浪、2003 年巴黎熱浪以及 2010 年俄羅斯熱浪...等,皆伴隨野火或熱傷害的發生,大大的影響當地的區域經濟和生態系統,甚至形成大量的傷亡。在前人的研究中,歐美地區的熱浪成因主要受到阻塞高壓影響,高壓的下沉區造成乾燥且穩定的大氣環境,導致區域內形成持續性異常高溫的現象。 臺灣熱浪的環境場研究大多針對太平洋副熱帶高壓進行討論,但是臺灣不同於歐美地區,在夏季除了太平洋高壓還會受到西南季風、颱風等的影響,這些環境場皆有機會為臺灣帶來高溫。本文針對 1979-2014 年間討論了熱浪指標的選擇,最後決定利用前人使用的相對指標定義,藉由討論指標來能尋找適合討論臺灣地區的熱浪強度。並選定的標準分析臺灣熱浪環境場。在相對指標的分析結果顯示,當我們以相對指標定義的 T1 選擇在 95 百分位以及 T2 在 85 百分位時,能最接近實際溫度情況進而作為指標百分位的選擇。 在高壓環境場分析,太平洋副熱帶高壓向西延伸,此時臺灣地區會受到高壓沉降作用,伴隨穩定且乾燥的大氣環境,使臺灣地區會約有 1.5 度以上的增溫,而當臺灣地區受到副高影響時,其他區域也會因副高的位置伴隨其他天氣系統的發生。熱浪時段中颱風環境場占整體熱浪時段約五分之一,而且複合環境場影響的平均熱浪天數會來的比單一環境場的熱浪天數多 3-4 天,這些被延長的熱浪時段大多來自於颱風與西南風的貢獻。在整體環境場討論中,臺灣位在颱風與高壓下沉的區域,增溫區域除了有高壓影響時北部山區增溫明顯的特徵外,西南部的增溫可能來自於颱風效應。當西南風增強時,此時的高壓區位在南海,伴隨北緯25-30 度間鋒面生成,臺灣會位於鋒面交界面以南鋒前暖區的位置,暖區乾燥的西南風加上臺灣地形作用,使得背風增溫又更加明顯,甚至增溫現象會來的比高壓或西南風來的強。
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    影響泰利颱風(2017)路徑北轉關鍵因素之研究
    (2020) 卓均奐; JHUO, Jyun-Huan
    泰利(Talim)颱風於2017年9月9日形成，雖未登陸台灣，但中央氣象局與全球多個預報中心針對泰利颱風路徑預報皆未預測其路徑北轉現象。本研究利用WRF模式針對泰利颱風進行數值模擬實驗，採用NCEP FNL及ECMWF ERA5兩種不同全球模式初始場資料進行不同初始時間之系集預報，藉以探討泰利颱風路徑北轉之關鍵因素。 模擬結果顯示，EN_ERA5組較EN_FNL組在平均路徑誤差方面有較佳之模擬結果，根據此結果探討環境場中西北太平洋周遭天氣系統與泰利颱風北轉之間的關係，利用EN_ERA5組系集成員500 hPa高度場與轉向角α之相關性檢驗分析，顯示環境場中杜蘇芮颱風存在、副高系統東退與北方高層槽東移三因素為影響泰利颱風路徑北轉之關鍵因素，且杜蘇芮颱風對泰利颱風路徑北轉之貢獻程度約為副高系統東退與北方高層槽東移的兩倍。 此外，使用ECMWF ERA5較NCEP FNL資料提早預報杜蘇芮的生成，其原因為ECMWF ERA5相對NCEP FNL在初始場中同化更多觀測資料且具備較多有利於颱風生成條件，提供颱風生成初期良好之發展環境。