【研究成果】熱帶氣旋外圍雨帶的生成和影響

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  陳睿純 (科學推展中心特約編輯)


圖1. 熱帶氣旋雨帶從初步形成到成熟階段所觀測到的降水演化。透過2012年8月1日蘇拉(Saola)颱風於 (a) 02:30、(b) 03:30、(c) 04:30 年和(d) 05:30 時(以上皆為臺灣時間)的地面雷達回波圖,以紅色箭頭標記熱帶氣旋外圍雨帶的位置;距離颱風中心距離每100公里以灰色圓環表示。

熱帶氣旋(即我們所熟知的颱風),是自然界最具破壞性的天氣系統,其所帶來的暴雨和強風會導致重大傷亡和巨大財產損失。 而熱帶氣旋雨帶 (tropical cyclone rainbands, TCR) 不僅是強降水和災害性天氣的主要集中區域,更對於熱帶氣旋的發展及其強度有著至關重要的影響。因此,了解熱帶氣旋雨帶的形成和發展有助於增進我們對於此天氣系統的預測,也更進一步增強災害的防範。

相較於熱帶氣旋內圍雨帶,熱帶氣旋外圍雨帶的對流強度通常較大,且發展迅速、致災性較強,加上傳統的飛行載具觀測以及衛星遙測皆在空間或時間解析度上有所限制,僅能提供外圍雨帶成熟時期的特徵。因此,過去研究對於外圍雨帶形成階段的了解多著重於理論與數值模擬的探討,缺乏實際觀測的驗證。國立臺灣大學大氣科學系游政谷教授研究團隊利用2002~2019年長期的台灣全島地面雷達觀測網資料、大尺度再分析資料及其它熱帶氣旋觀測資訊,從95個颱風中成功辨識出1029個在形成階段的氣旋外圍雨帶,為熱帶氣旋外圍雨帶研究建立了龐大的資料庫,且統計歸納出了外圍雨帶可能的形成機制。其研究成果以『熱帶氣旋外圍雨帶之起源』(Origin of outer tropical cyclone rainbands)為題於2023年11月3日刊登於卓越期刊《Nature Communications》 [1]。

過去的理論模型多強調外圍雨帶是由在熱帶氣旋內圍區域的重力波(gravity waves)向外傳播所形成,然而此研究觀測結果顯示絕大部分的外圍雨帶(約97%)都是在熱帶氣旋外圍區域生成,且絕大多數外圍雨帶的移速與重力波(gravity waves)或渦旋羅士比波(vortex Rossby waves)的理論傳播速度不一致,可以推斷大氣波動對於外圍雨帶的起源並沒有直接貢獻。研究結果更進一步顯示,移動速度較快的熱帶氣旋外圍雨帶具有颮線環境的特性;熱帶氣旋外圍區域的降水及其所伴隨的冷池,可與低層垂直風切交互作用,進而促使外圍雨帶的生成;而移動速度較慢的外圍雨帶則經常在廣泛分散的弱降水區域中形成。因此,先前存在於熱帶氣旋外圍周遭的環境降水特徵將是影響熱帶氣旋外圍雨帶生成的重要因素。

此研究結果是以觀測統計為基礎,辨認熱帶氣旋外圍雨帶重要的形成機制,然而對於個別雨帶詳細發展過程仍屬未知。未來的研究方向應特別著重於雨帶發展早期、氣旋內環境降水的觀測、以及外圍區域生成的理論模型建構,期待未來有更多研究和觀測計畫的投入,幫助我們較全面理解熱帶氣旋外圍雨帶的生成過程。

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