學位論文

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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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    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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    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。
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    Estimation of upper-ocean thermal structure in the North West Pacific Ocean by satellite remote sensing and its application to typhoon intensity change
    (2005) 潘任飛; PUN, IAM-FEI
    Lack of the information on upper-ocean thermal structure is one of the identified major reasons causing unsatisfactory typhoon intensity forecast. Therefore it is critical to study the relationship between upper-ocean thermal structure typhoon intensity change. This study uses a two-layer reduced gravity ocean model (TLM_NWPO), TOPEX/Poseidon and JASON-1 sea surface height anomaly data, TRMM/TMI sea surface temperature data and climatological ocean data estimate upper-ocean thermal structure in the Northwest Pacific Ocean. The estimated profiles were validated by 2258 co-located and near co-incident in situ profiles from the Global Temperature and Salinity Profile Program (GTSPP) and the ARGO floats. It is found that the two-layer reduced gravity model is not always applicable in the entire NWPO; depends on location and month. The ‘safe zones’ where the TLM_NWPO can accurately use are defined. It is encouraging to find that most category-4 and 5 typhoons intensify in the ‘safe zones’, thus we can apply the estimated profiles to study its association with typhoon intensity change. All 33 intense and super typhoons (category-4 and 5) occur during the typhoon season (May-October) in the past 6 years (1999-2004) are studied. The sensitivity of four possible parameters (pre-typhoon SST, inner-core SST cooling, pre-typhoon Tropical Cyclone Heat Potential and inner-core Tropical Cyclone Heat Potential) are assessed. It is found that the inner-core SST cooling is the most sensitive parameter and typhoon stops intensification when the inner-core SST cooling exceeds 2.5℃. In contrast, the often emphasized pre-typhoon TCHP is found to be insensitive. It is found that TCHP is over-supplying parameter and the available TCHP is always at least an order higher than typhoons can extract, suggesting that TCHP should not be a limiting factor controlling typhoon intensification.