決勝於千里之外!如何以最安全的方式得知颱風是否正在快速增強中

引用授權聯絡人: 劉千義 / cyliu7@gate.sinica.edu.tw / (02) 2787-5877, 大氣環境遙測研究室

關鍵字: 熱帶氣旋、快速增強、深對流雲、降水、雲微物理與雲光學特性

圖說:熱帶低壓(Tropical Depression)(左)與熱帶氣旋 (Tropical Cyclone)(右)在具有快速增強(Rapid Intensification; RI)與緩慢增強狀態下,其雲及降水特徵示意圖。x軸分別是相對於最大暴風半徑(Radius of Maximum Wind; RMW)的距離,y軸則是雲頂高度(Cloud-Top Height; CTH)。

颱風自生成之初,僅是熱帶海洋上的積雲簇或是擾動,在適當的環境條件配合下,例如:溫暖的海水溫度、充足的大氣水氣、有利旋轉的環境、較低的垂直風切等等,透過大氣與海洋的交互作用,逐漸發展形成我們認知的颱風。在西北太平洋,每年在夏、秋兩季平均會有三到四個颱風造訪臺灣,其所挾帶的水氣可為臺灣提供秋冬乃至隔年春季的重要水資源;另一方面,颱風也是臺灣最常見的天災,其發展的強弱以及移動路徑,更是連動到生命財產安全乃至經濟穩定,因此對於颱風的監測是防災上的重要議題之一。

過往對於颱風增強過程,大多都是透過數值模擬方式來進行機制的探討,然而在廣大洋面上,颱風造成的惡劣海況及高危性飛安因素,使得觀測資料非常稀少,因此使用地球同步衛星資料,可避免飛安或者航安因素,持續進行24/7/365的監測。

本研究中首先利用了衛星資料反演出的雲科學資料(Liu et al., 2020),針對熱帶低壓(Tropical Depression; TD)及熱帶風暴(Tropical Cyclone; TC)於快速增強(Rapid Intensification; RI)階段時的深對流雲、雲微物理及降水等特性進行分析,釐清颱風在不同RI階段中的雲微物理性質及其隨時間的演進。雲的微物理特性包含雲滴有校粒徑以及雲光學厚度,這兩項數據可用於判斷對流的強弱,例如,對流雲的上升強度與高度會反映於雲滴粒徑的大小,當雲頂發展高度較高且存在較小的雲滴等效粒徑時,代表垂直上升速度旺盛;雲光學厚度與大氣雲水含量密切相關,當雲水含量較高時會使可見光的穿透率快速遞減,進而使雲光學厚度增加,進而因凝結造成的潛熱釋放,導致颱風的強度會加速發展。藉由上述這些衛星反演出的雲科學資料,我們得以採用最安全的方法,進一步探討颱風可能的熱力及動力機制。

接著將衛星觀測到的深對流雲、雲的微物理與光學特性以及降雨資料當作變量,用以探討颱風在不同強度階段下的特徵。結果發現,不管颱風強度如何,深對流雲在最大風速半徑內的數量或面積占比,與雲頂溫度可以用於識別即將發生的RI事件。同時,降水在颱風環流內的分佈位置,也可以分別區分出TD和TC中的RI/非RI事件。快速增強的TD和TC也顯示,當對流雲出現在風暴中心附近時,已是TD/TC的成熟階段;若對流雲逐漸遠離風暴中心,則表示TD/TC處於消散階段,因此我們發展出的深對流雲判釋,以及其相對於風暴中心的分析方式,具有一定成度可有效的判別颱風的RI發生與否,並對颱風相關的防災應用做出貢獻。

關鍵概念

  • 在西北太平洋上的熱帶低壓(TD)與熱帶氣旋(TC),其大氣深對流雲於暴風半徑內的分佈狀態,可用來判斷是否具有快速增強特徵
  • 具有快速增強的熱帶低壓與熱帶氣旋,其雲微物理及雲光學特性,連同降雨現象並非一致,並且在快速增強的初始及其後的階段,具有時序及分佈上的差異性。

更多相關資訊

  • Liu, C.-Y., Punay, J. P., Wu, C.-C., Chung, K.-S., & Aryastana, P. (2022). Characteristics of deep convective clouds, precipitation, and cloud properties of rapidly intensifying tropical cyclones in the western North Pacific. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2022JD037328. https://doi.org/10.1029/2022JD037328
  • Liu, C.-Y., Chiu, C.-H., Lin, P.-H., & Min, M. (2020). Comparison of cloud-top property retrievals from Advanced Himawari Imager, MODIS, CloudSat/CPR, CALIPSO/CALIOP, and radiosonde. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125, e2020JD032683. https://doi.org/10.1029/2020JD032683

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