學位論文
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Item 颱風對臺灣地區遠距降雨之影響－梅姬與馬鞍颱風個案分析(2013) 廖思瑩為了解颱風與臺灣地區遠距降雨之相關性，本研究選取2010年梅姬颱風與2011年馬鞍颱風進行個案模擬與結果分析，兩個案期間颱風中心均距離臺灣甚遠，但於臺灣地區皆有強降水發生。此外，為增進預報之準確性，分別比較三維變分資料同化(3D-Var)與格點統計內插系統(GSI)兩種資料同化方法之模擬結果，並選取表現較佳的GSI模擬組別為本研究的控制組。 梅姬颱風個案中，宜蘭地區發生強降水時期，颱風位於臺灣西南方海面，與東北季風於臺灣東方海面輻合後形成對流，對流隨東北風吹送進入臺灣陸地後受地形舉升而增強降下豪雨，颱風環流主要的影響有：(1)使大陸高壓位置較為北偏導致東北季風影響範圍僅至東北方海面，(2)使臺灣東方海面形成水氣輻合帶而令東北風得以將海面上水氣及對流向西傳遞進入宜蘭地區，造成宜蘭地區強降水的發生。馬鞍颱風個案中，颱風位於日本南方海面，與華南低壓環流、西南季風與地形三者交互作用造成臺灣地區之強降水，颱風環流主要的影響有：(1)使西南氣流由臺灣海峽處進入臺灣西南部地區造成降水，(2)使華南低壓中心東移出海後較為靠近臺灣，造成臺灣海峽處出現西風，促使對流移入臺灣地區造成第二波降水。 歸納上述結果，有利於臺灣出現遠距降雨情形之條件為(1)於颱風行經臺灣周圍期間，於綜觀環境場同時存在其他天氣系統。(2)颱風強度較強且環流較廣，而使颱風環流能影響到較遠處。(3)除颱風外，有其他天氣系統向臺灣周圍傳遞水氣或形成對流。Item 新降尺度預報於颱風軌跡季節模擬的應用(2011) 黃沛語颱風模擬對西北太平洋地區有其重要性，故本研究採用Emanuel et al.(2006)提出一種不需龐大計算資源，即可精確模擬大西洋颶風軌跡長期變化的降尺度方法，來模擬西北太平洋熱帶風暴軌跡。由於西北太平洋與大西洋的大尺度背景風場不盡相同，為探討駛流層高度、β偏移效應及季內震盪對西北太平洋氣旋軌跡的影響，因此本研究調整Emanuel方法，共設計六種熱帶風暴軌跡降尺度方法。 西北太平洋熱帶風暴氣候軌跡可分為向西北、向西與向北轉向三種，因此本研究將颱風侵襲區域分為向西北影響台灣與中國東部沿海之A區、向西行至菲律賓之B區，及向北轉向影響日本之C區。結果顯示850 hPa和200 hPa加權與850 hPa至300 hPa平均質量加權之兩種駛流層，皆適用於西北太平洋地區。而隨緯度增加向北分量的β偏移數值，可改善等值β偏移之模擬軌跡移速。季內振盪對130 oE以西影響顯著，增加向西北移行影響台灣之軌跡，明顯改進夏秋兩季熱帶風暴影響在A區的氣候模擬。 熱帶風暴影響三大區域皆有明顯年際變化，然而A區秋季有緩慢上升趨勢，C區有年代際震盪訊號，B區長期訊號則不明顯。降尺度方法在年際變化模擬，可掌握三區域大致隨時間變化趨勢，夏季整體模擬較秋季佳。影響台灣與中國東部的A區模擬，兩季皆以10天以上低頻訊號環境風場較為適用，亦掌握到秋季緩慢增加趨勢；侵襲日本之C區模擬，以月平均風場為環境流場方法較佳。顯示季內振盪與太平洋副高分別是影響颱風向西北與向北轉向的重要因素。 本研究建立之降尺度方法，基本上可掌握西北太平洋地區夏秋兩季氣候熱帶風暴軌跡特徵，以及熱帶風暴影響區域之氣候場與年際變化。因此若大尺度風場與季內震盪模擬良好，可利用本研究降尺度方法來模擬熱帶風暴軌跡。Item 台灣東北海域之黑潮(2007) 張育綾; Chang, Yu-Lin本研究使用一個海洋數值模式、衛星遙測資料以及實測航次資料完成以下研究，台灣東北海域數值模擬研究包含以下兩個部份：南東海陸棚湧升流之季節變化；納莉颱風與黑潮的海氣交互作用。 南東海陸棚湧升流為全年湧升的現象，不同季節受到不同機制影響呈現的季節變化趨勢也不相同，由表層積分至100米的平均垂直速度主要受黑潮擺動影響，夏天當黑潮遠離台灣東岸時，湧升較強，冬天黑潮入侵東海陸棚抑制了湧升流發展，於是湧升較弱，由表層至30米的垂直速度受當地風場的影響，冬天湧升較夏天強。 納莉颱風與黑潮之間存在著海氣交互作用，納莉颱風數度穿越黑潮使得其強度多次變化，當颱風行經黑潮北邊時，海洋形成了一個渦漩，在黑潮上與黑潮南邊則沒有觀察到此現象，原因來自受到黑潮強勁流速影響以及地形限制。當颱風行進速度緩慢時，能影響的海洋深度也較大，此外颱風也在海洋留下了震盪的現象，此現象由周期判定為為近慣性震盪。在海表面溫度圖當中所看到的冷水海域則是颱風過後所造成的湧升現象，由衛星測葉綠素甲圖以及海表面溫度圖得知，此湧升現象確實將次表層較冷與富營養鹽的海水帶至表層。Item 雙颱環境下台灣海峽中尺度線狀對流之個案研究(2010) 林偉文2006年8月9日桑美、寶發颱風之環流輻合區位於台灣上空，東吉島南方出現橫跨台灣海峽且生命期長達18小時的中尺度強線狀對流（Mesoscale Convective Line，以下簡稱MCL）。根據雷達觀測可將其生命期之0～5 h定義為「發展期」，為寶發留下之微弱雨帶在原地發展；第5～8 h定義為「成熟滯留期」，特徵為大於50 dBZ之回波近似滯留，且其西側向西南方彎曲，內部的對流胞由東側發展向西側傳送。第8-15 h為「成熟移動期」，此期MCL往北移動約80 km，且回波之中段垂直結構隨高度向南傾斜，強度仍維持在50 dBZ以上。第15-18 h為「消散期」，在MCL南北兩側出現張裂分離且回波迅速減弱。 WRF模擬顯示，在MCL生成之前，雙颱之外圍環流越過中央山脈後，因絕熱增溫作用，於背風側產生南北兩個中尺度低壓。同時，桑美外圍風場在台灣海峽北部受到地形管道效應影響，低層產生東北風噴流，而寶發外圍氣流在中央山脈南部附近出現繞山作用，在高屏近海產生低層東南風噴流，兩者造成風速風切，導致台灣西部近海處北側、南側分別生成一個氣旋式、反氣旋式渦漩，且與兩中尺度低壓疊合，使台灣海峽呈現鞍形氣流場分佈。模擬顯示MCL對流胞激發位置是兩渦漩之南北風輻合處，且較強的偏北風遇到較冷偏南風被迫抬起產生上衝流。此外，兩颱風為MCL持續提供一南一北對流不穩定與高可用位能之環境。成熟移動期因北風向中層延伸，隨高度向南傾斜之MCL的南側低層出現伴隨冷池的中尺度高壓，此與MCL往北移動有密切相關，亦使MCL由PS型轉為TS型。當動力、熱力作用明顯減弱時，MCL進入消散期。Item 西北太平洋熱帶氣旋移行速度之影響機制探討(2014) 林學孜本研究目的在探討影響颱風移行速度的機制。本研究篩選在1991-2010年期間，向西與向西北移行的颱風個案中，經過125°-130°E後36小時內，平均移行速度最快10個與最慢10個個案進行分析。 研究結果顯示，較快的個案在軌跡與生成位置有一致性。大多生成於140°E以東，軌跡呈現東南向西北走向，大多往南中國海、菲律賓一帶，生命史較長。較慢的個案則不規則，軌跡較容易經過台灣，因為滯留時間長，所以可能對台灣影響較大。由移行速度的變化可看出環境場駛流對移行速度的影響，較快(慢)的個案大多從生成開始移行速度就很快(慢)。除了環境場駛流外，颱風本身強度產生的β偏移也會影響颱風移行速度。統計結果顯示較慢的個案有90%為非強颱，較快的個案並無明顯的差異。這樣的結果可能與其生成位置相關。 季內振盪亦為影響颱風移行速度的原因之一。颱風移行速度與東西風相位關係顯示，無論是慢或快的個案，很少出現在東風相位，與前人的研究結果一致。較快的個案多發生在西風相位時，季風槽向東延伸，大尺度風場有利颱風西行。較慢的個案多發生在氣候平均時期，風場提供駛流較弱。 本研究進一步透過擾動渦度趨勢方程診斷。較快的個案正渦度趨勢區的位置都比較慢的個案來的遠，強度也較強，使移行速度較快。透過計算發現平流項(VA)與輻散項(VD)在颱風行進上較為重要，其中VA項為最大項，對颱風移行速度貢獻最大。VD項主要貢獻在增加颱風強度，但較快的個案有偏移至颱風移動方向右前方的現象，對颱風移行速度有些微貢獻，顯示對於移動較快的個案，氣旋的移動不完全是動力過程，熱力過程可能也有些影響。 將對颱風移動貢獻最大的VA項分成四小項來分析。結果顯示較快與較慢的個案，平均流造成的擾動渦度平流(VAm)項與beta效應(V-beta)項都呈現向西北傳遞的正渦度平流，代表在颱風向西北移動的移行速度上，駛流扮演重要的角色，強度差異與正渦度趨勢區的遠近，是造成颱風移行速度差異的主因。擾動流造成的平均相對渦度平流(VAe-m)項與VAm及V-beta項呈現反相位，分布上類似但正負相反，抵銷VAm和V-beta項的正貢獻，有減速的作用。本研究結果顯示大尺度環境場和颱風強度，可能是造成颱風移行速度差異的主因。颱風動力與熱力過程均可能影響移動速度。Item 奈格颱風引起遠距降雨之個案研究(2014) 林士然; LIN SHIH-JAN秋颱奈格(Nalgae)於2011年10月1日至3日間影響臺灣，颱風中心距離臺灣甚遠，但臺灣東北部地區降下超大豪雨，排汛不及造成水災。本研究利用WRF模式模擬，藉以分析臺灣東北部劇烈降雨成因、測試颱風存在與否對環境氣流及水氣傳輸的影響，並改變臺灣地形高度進行敏感度實驗，此外，亦選取同年份相似路徑之納莎(Neseat)颱風做環境場之對照比較，討論環境場與臺灣地區降雨的關聯。 模擬結果顯示，臺灣東半部發生強降水可分為兩個時期，第一為颱風環流與來自太平洋的東風輻合後形成對流，對流隨氣流方向進入臺灣陸地，在迎風面降下豪雨；第二為颱風東側的南風環流與東風氣流匯合後，兩者北偏與乾冷之東北季風輻合，發展出旺盛對流，加以宜蘭地區的地形效應，使該處出現劇烈降水。另外，若將颱風移除，臺灣南側暖溼氣流北送的情勢減弱，使累積雨量降低、降水區域改變。而將奈格颱風與納莎颱風的環境場相互對照後發現，東北季風對於東北部出現超大豪雨有重要貢獻。 歸納上述結果，本個案造成臺灣出現遠距降水之原因有：(1)颱風環流將南邊的暖濕水氣北送。(2)南來的暖溼氣流與乾冷的東北季風交會提供對流發展之有利條件。(3)對流系統移入時，受到地形抬升而增強。(4)宜蘭地區之地形利於氣流匯集，輻合現象顯著。Item 行經130°E-135°E 15°N-25°N區域的颱風侵台或轉向與南亞高壓及次要高壓中心位置的關係(2007) 楊伯原從1996-2005年間發源於北太平洋西南海域且經過130°E-135°E， 15°N-25°N的颱風後來侵台或轉北者，有32個颱風，其中有23個颱風會繞行100 mb等壓面高壓中心，佔72%。這23個會繞行100 mb等壓面高壓中心的颱風中，有15個轉向， 8個侵台。所有轉向的颱風，其 100 mb等壓面高壓中心，比較靠東南，侵台者較偏西北。 北太平洋西南海域颱風行經關鍵區後轉向者，平均來說，在颱風頂上100 mb等壓面上，比侵台者有更強的南風與西風。100 mb等壓面高壓環狀系統的西北側的輻散現象，造成其下方產生輻合區，其輻合現象有利颱風發展。所以颱風避開下對流層輻散區，偏北進入下對流層輻合區時，產生相當於對100 mb等壓面高壓中心繞行的現象。地面高壓在高空向颱風所在方向傾斜後，與100 mb等壓面高空高壓結合。100 mb等壓面高空高壓也引導500 mb等壓面駛流層風向量，避開高空輻合投射區，指向高空輻散投射區。Item 太陽活動對西北太平洋冬半年颱風之影響(2018) 李雅菁; Li, Ya-Jing颱風（typhoon）是生成於熱帶洋面上的熱帶氣旋（Tropical Cyclone, TC），對人類生命財產或是環境都構成嚴重威脅性，特別是在西北太平洋區域。過往研究颱風大多專注於5月至10月的夏半年，而11月到隔年4月的冬半年颱風較少有相關研究，然而即便在冬半年的環境不利於颱風生成與發展，但還是有機會發展成具破壞性的強烈颱風。因此，本研究探討冬半年期間生成於西北太平洋的颱風在過去30年間（1985年至2014年）的年際變化，並針對大氣動力和海洋熱力條件上的可能影響因素進行研究，其中包含海洋表面溫度（Sea Surface Temperature, SST）、暖水層的厚度、外逸長波輻射（Outgoing Longwave Radiation data, OLR）、相對渦度場、垂直風切（vertical wind shear）、太平洋副熱帶高壓（Pacific Sub-tropical High, PSH）強度及間熱帶輻合區（Intertropical Convergence Zone, ITCZ）位置，冀望能提供冬半年颱風預測之參考依據。本研究發現冬半年的強烈颱風個數與太陽活動週期有顯著的關係存在，其中太陽黑子活躍時期會產生成較多的強烈颱風，進一步發現海洋熱力條件並非主要影響因素，而是受到大氣環境的改變影響颱風的生成與發展，亦即太陽黑子活躍時期在大氣的動力條件上較有利於颱風發展為強烈颱風。Item 莫蘭蒂颱風(2016)之數值模擬與研究(2018) 簡慈瑩; Chien, Tzu-Ying莫蘭蒂(Meranti)颱風於2016年9月13日至15日影響臺灣，雖並未登陸臺灣，但其行經巴士海峽期間，於臺灣東部迎風面與屏東地區降下豪雨，造成嚴重水災與山區道路損毀；且在進入臺灣海峽後，因受到東南方對流雲系影響，仍持續在台東地區造成豪雨。本研究應用Nguyen and Chen (2011) 颱風初始化方法，以WRF模式模擬莫蘭蒂颱風個案，探討東部迎風面的降水機制，並針對後期的台東豪雨事件進行討論。此外，為瞭解臺灣地形與雷伊颱風對莫蘭蒂颱風之影響，以及同化雷達資料可否對模擬之降雨有所改善，本研究也進行敏感度實驗和雷達資料同化實驗。 模擬結果顯示，第一波降雨期間，環流與地形效應在對流發展與降水扮演重要角色；第二波降水期間，東部外海的氣流輻合與傳輸造成台東豪雨事件 。敏感度實驗結果顯示，臺灣地形高度會影響莫蘭蒂環流結構、路徑與迎風面的降水量；而地形阻擋效應、環流結構不對稱以及雷伊颱風皆是影響莫蘭蒂路徑的因素。雷達資料同化實驗使用3DVAR資料同化法，結果顯示同化雷達回波(包含徑向風與回波)或傳統資料因可修正颱風雨帶位置，使同化後0-12h的降雨預報獲得改善，因而對第一波降水有較佳的模擬。Item 蘇迪勒颱風(2015)之數值模擬與研究(2017) 張君瑋; Chang, Chun-Wei摘要 臺灣夏季常受到颱風侵襲，因中央山脈地勢高聳，地形因素使颱風路徑預報困難。本研究以蘇迪勒颱風(2015)進行個案研究，利用WRF模式針對蘇迪勒颱風進行數值模擬實驗，同時也使用Nguyen and Chen(2011)的颱風初始化模組(簡稱NC2011)進行模擬測試，改善颱風初始結構偏弱的狀態，並針對模擬結果進行分析。 研究結果指出NC2011方法可以加強颱風初始強度，在模式初期不論是颱風(CTL組)的水平結構和垂直結構均較未經過初始化的颱風(NCI組)完整，使颱風整體結構更接近真實颱風，且渦漩結構在海上可以維持一段時間。 本研究也針對地形高度進行敏感度測試，在颱風結構的方面，發現當地形越高，颱風環流受到破壞的程度較嚴重，出海後的中心氣壓也較高；而地形越低，颱風環流受到破壞的程度較小，出海後的中心氣壓相對較低。在颱風路徑方面，當颱風強度越強、結構越深，駛流對路徑造成的效應大於通道效應，使颱風在登陸後路徑南偏；當地形加高，通道效應大於駛流對路徑造成的效應，使颱風在登陸前路徑南偏。