臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用中央氣象局全台都卜勒雷達觀測回波資料，分析2005年三個侵台強烈颱風（0505 海棠，0513泰利，0519龍王）豋陸前降雨結構特徵。海棠和泰利在登陸前於花蓮附近都有打轉現象，但是龍王則無。三個颱風的強度雖然都很接近且登陸前路徑也相當類似，但是回波特徵呈現明顯差異。本研究首先比較不同雷達間回波大小差異，並以五分山雷達為依據，修正其他雷達回波值，最後將所有雷達回波進行整合，作為降雨結構分析的基本資料。所有回波資料由雷達座標先轉換成以颱風中心為原點之圓柱座標，分別計算軸對稱和非軸對稱分量。為了討論北部複雜地形對登陸颱風降雨結構的影響，分別選取不同時間空間回波剖面，比較三者的異同，並討論可能的形成原因。
　　分析結果顯示：（1）在內核區(距離中心100公里範圍)，海棠和泰利在眼牆外有明顯弱回波區，且海棠曾經出現雙眼牆，維持時間約1小時，登陸前消失。而龍王內核區回波特別強，並沒有弱回波區出現。（2）海棠和泰利颱風強回波隨時間有向內移動特徵，龍王颱風則是向外移動特徵。（3）受到地形影響，三個颱風在移動方向右前象限都有地形雨帶造成的強回波特徵。（4）三個颱風在地形上有出現近似滯留強回波特徵，海棠和泰利颱風強回波滯留情況較為顯著。（5）地形上強回波大多是對流型態回波特徵，而回波值大於40dBZ以上的發展高度約在4公里以下。（6）比較分析第一小時和最後一小時降雨率變化特徵，海棠颱風內核區的降雨率有顯著增強（＋119.7%），外核區則稍微增強（＋29.7%）；泰利颱風內核區的降雨率也是稍微增強（＋17.6%），外核區卻有明顯減少的現象（－47.2%）；龍王颱風內、外核區的降雨率都沒有太大變動。（7）海棠內、外核區的平均回波集中在移動方向的右側象限；泰利則是集中在移動方向的前緣與左側象限；龍王集中在移動方向的左側象限。
　　本研究結果顯示三個路徑相似颱風降雨回波之結構特徵有顯著的差異，探討其原因可能與颱風結構、強度變化以及地形有關。其物理過程和強回波發展機制，需進一步使用高解度模式模擬，以予釐清。藉由雷達高時空解析度觀測回波資料，分析此類路徑颱風降雨回波之結構特徵，提供預報單位做為颱風定量降雨預報的參考資訊。

目錄
摘要------------------------------------------------------------------------------------------I
致謝----------------------------------------------------------------------------------------III
目錄----------------------------------------------------------------------------------------IV
表錄----------------------------------------------------------------------------------------VI
圖錄---------------------------------------------------------------------------------------VII

第一章 前言----------------------------------------------------------------------------1
1-1 論文回顧----------------------------------------------------------------------1
1-2 研究動機與目的-------------------------------------------------------------5

第二章 資料來源與處理-------------------------------------------------------------7
2-1 資料來源----------------------------------------------------------------------7
2-2 歐洲中長期天氣預報中心（ECMWF）資料--------------------------7
2-3 雷達資料----------------------------------------------------------------------8
2-3-1 五分山都卜勒氣象雷達（RCWF）--------------------------9
2-3-2 花蓮都卜勒氣象雷達（RCHL）------------------------------9
2-3-3 七股都卜勒氣象雷達（RCCG）------------------------------10
2-3-4 墾丁都卜勒氣象雷達（RCKT）-----------------------------10
2-4 雷達掃描策略---------------------------------------------------------------10
2-4-1 五分山都卜勒氣象雷達（RCWF）------------------------10
2-4-2 花蓮都卜勒氣象雷達（RCHL）----------------------------11
2-4-3 七股都卜勒氣象雷達（RCCG）----------------------------11
2-4-4 墾丁都卜勒氣象雷達（RCKT）----------------------------12
2-5 雷達資料處理---------------------------------------------------------------12
2-5-1 降水回波場中心定位-----------------------------------------12
2-5-2 座標轉換（極座標→圓柱座標）-----------------------------13
2-5-3 都卜勒雷達觀測網資料合成--------------------------------15
2-6 分析方法---------------------------------------------------------------------17
2-6-1 颱風降雨回波環狀與四象限空間平均隨時間變化-----17
2-6-2 地形降雨回波隨時間變化-----------------------------------18
2-6-3 颱風降雨回波垂直剖面結構--------------------------------18
2-6-4 面積平均降雨率-----------------------------------------------18

第三章 颱風生命史和綜觀環境特徵---------------------------------------------20
3-1 海棠颱風---------------------------------------------------------------------20
3-2 泰利颱風---------------------------------------------------------------------22
3-3 龍王颱風---------------------------------------------------------------------24

第四章 颱風中尺度降雨結構特徵------------------------------------------------27
4-1 颱風降雨回波之結構特徵------------------------------------------------27
4-1-1 　　海棠颱風-------------------------------------------------------27
4-1-2 　　泰利颱風-------------------------------------------------------30
4-1-3 　　龍王颱風-------------------------------------------------------32
4-2 地形降雨回波之結構特徵------------------------------------------------35
4-3 面積平均降雨率分佈------------------------------------------------------39

第五章 討論與總結------------------------------------------------------------------43
5-1 討論---------------------------------------------------------------------------43
5-2 總結---------------------------------------------------------------------------47
參考文獻 50
表錄
表2.1　都卜勒雷達觀測網回波差異比較，本次研究用4公里等高面的雷達回波數據，分別以五分山雷達減花蓮雷達、五分山雷達減七股雷達以及花蓮雷達減墾丁雷達之差異結果。
表3.1　海棠、泰利、龍王颱風分析期間，日本氣象廳最地海平面氣壓與海平面最大風
速變化。
表4.1　三個颱風分析時間第一小時與最後一小時的面積平均降雨變化。
表5.1　利用弱回波中心定位的颱風中心，計算颱風每小時平均移速和六小時平均移速
表5.2　利用ECMWF數據資料計算的（850hPa∼200hPa）垂直風切大小與方向（網底
表示本文降雨回波資料有分析時間）
表5.3　海棠、泰利、龍王颱風平均移動速度、垂直風切大小與各象限不同區域的面積平均降雨率（分析時間為有ECMWF垂直風切資料之時間）
圖錄
圖1.1 （a）Frederic（1979）登陸期間22小時的累積降雨量，黑色區塊代表累積雨大 於200 mm，虛線為颶風移動路徑，（b）不同陰影代表不同時間回波值大於41dBZ（Parish et al. 1982）
圖1.2　Allen(1980) 四象限的平均降雨率（mmh-1），內圈為眼牆範圍，外圈為雨帶範圍，括號內數字代表標準差，虛線和點線箭頭分別代表眼牆和雨帶最大降雨率的方向。（Marks 1985）
圖1.3　Alicia（1983）和Elena（1985）四個象限之平均降雨率（mmh-1）。內圈為眼牆範圍，外圈為雨帶範圍，括號內的數字代表標準差，虛線及點線箭頭則分別代表眼牆和雨帶最大降雨率發生的方向。（Burpee and Black 1989）
圖1.4 　Alicia（1983）雙眼牆生成前後四個象限之平均降雨率（mmh-1）。內圈為眼牆範圍，外圈為雨帶範圍，括號內的數字代表標準差，虛線及點線箭頭則分別代表眼牆和雨帶最大降雨率發生的方向。（Burpee and Black 1989）
圖1.5　近中心降雨率百分比分佈（a）移動快（b）移動慢，深色表示最大降雨率現象。（Rodgers et al. 1994a）
圖1.6　 利用閃電資料統計從1985到1999年發生於大西洋的35個熱帶氣旋垂直風切與對流的不對稱性之間的關係。（a）距中心100公里內（b）距中心100到300公里範圍內，圖中各象限數字為閃電發生的次數。（Corbosiero and Molinari 2002）
圖1.7　 過去學者對於颱風移動與對流分佈關係研究的整理歸納。圖中正北方為風暴移動方向，粗體、斜體和正體分別代表使用降雨、上升運動和雷達回波來探討對流分佈所在位置，而括號中的s 和f 則是代表緩慢和快速移動的風暴。（Corbosiero and Molinari 2003）
圖1.8　（a）垂直風切速度≧5 ms-1（b）風暴移動速度≧3 ms-1，圖中實弧線與虛弧線分別代表對流發生之區域。（Corbosiero and Molinari 2003）
圖1.9　 利用閃電資料統計從1985到1999年發生於大西洋的35個熱帶氣旋垂直風切、移動方向與對流的不對稱性之間的關係。圖中各象限數字為閃電發生的次數，S和M分別代表垂直風切方向和移動方向，實弧線與虛弧線分別代表對流發生於垂直風切方向與移動方向之相對位置。（Corbosiero and Molinari 2003）
圖1.10 左圖為Sam颱風登陸香港時3公里等高面回波圖（只顯示＞ 36 dBZ），右圖為相同時間垂直風切大小與方向。
圖1.11　上圖為回波隨高度變化，下圖顯示水氣上升運動速度。
圖2.1 中央氣象局全台都卜勒雷達觀測網範圍和隨距離觀測高度。
圖2.2　 墾丁雷達不發射電池波範圍（墾丁雷達站提供）。
圖2.3　 五分山（左圖）和花蓮（右圖）雷達掃描重疊之區域。
圖2.4　 五分山和花蓮雷達回波差異之比對結果。
圖2.5　 五分山（左圖）和七股（右圖）雷達掃描重疊之區域。
圖2.5　 五分山和七股雷達回波差異之比對結果。
圖2.7　 花蓮（左圖）和墾丁（右圖）雷達掃描重疊之區域。
圖2.8　 花蓮和墾丁雷達回波差異之比對結果。
圖2.9　 海棠颱風（a）五分山都卜勒雷達回波圖（b）全台都卜勒雷達回波合成圖。
圖2.10　泰利颱風（a）五分山都卜勒雷達回波圖（b）全台都卜勒雷達回波合成圖。
圖2.11　龍王颱風（a）五分山都卜勒雷達回波圖（b）全台都卜勒雷達回波合成圖。
圖3.1　 海棠颱風中心最低氣壓與近中心最大風速變化圖。（劃線區域為分析時間）
圖3.2　 海棠颱風路徑圖（中央氣象局）。
圖3.3　 海棠颱風7月17日累積雨量分佈圖。
圖3.4　 海棠颱風7月18日累積雨量分佈圖。（最大累積雨量修改成1500 mm以上）
圖3.5　 日本氣象廳07月17日12Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.6　 日本氣象廳07月18日00Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.7　 （a）為NOAA-CIRES CDC預報海溫圖，（b）為TMI&AMSR-E合成海溫圖。
圖3.8　 海棠颱風7月17日0800 UTC到7月18日1400 UTC紅外線雲圖。
圖3.9 　泰利颱風中心最低氣壓與近中心最大風速變化圖。（劃線區域為分析時間）
圖3.10 泰利颱風路徑圖（中央氣象局）。
圖3.11 泰利颱風8月31日累積雨量分佈圖。
圖3.12 泰利颱風9月01日累積雨量分佈圖。（最大累積雨量修改成1500 mm以上）
圖3.13　日本氣象廳08月31日12Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.14　日本氣象廳09月01日00Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.15　（a）為NOAA-CIRES CDC預報海溫圖，（b）為TMI&AMSR-E合成海溫圖。
圖3.16　泰利颱風8月30日1400 UTC到8月31日2000 UTC紅外線雲圖。
圖3.17 龍王颱風中心最低氣壓與近中心最大風速變化圖。（劃線區域為分析時間）
圖3.18　龍王颱風路徑圖（中央氣象局）
圖3.19　龍王颱風10月01日累積雨量分佈圖
圖3.20　龍王颱風10月02日累積雨量分佈圖。（最大累積雨量修改成1500 mm以上）
圖3.21　日本氣象廳10月01日12Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.22　日本氣象廳10月02日00Z 500hPa高空天氣圖。
圖3.23　（a）為NOAA-CIRES CDC預報海溫圖，（b）為TMI&AMSR-E合成海溫圖。
圖3.24　龍王颱風9月30日1930 UTC到10月2日0130 UTC紅外線雲圖。
圖4.1 海棠颱風（a）分析時間颱風路徑圖，（b）轉向前6小時環狀平均回波隨時間變化圖。
圖4.2 海棠颱風（a）回波四象限示意圖（b）I象限（c）II象限（d）III象限（e）IV象限回波空間平均隨時間變化。
圖4.3　 海棠颱風7月17日 1635UTC~2135 UTC 4公里等高面雷達合成回波圖。
圖4.4 泰利颱風（a）分析時間颱風路徑圖，（b）轉向前6小時環狀平均回波隨時間變化圖。
圖4.5　 泰利颱風（a）回波四象限示意圖（b）I象限（c）II象限（d）III象限（e）IV象限回波空間平均隨時間變化圖。
圖4.6　 泰利颱風8月31日 0935 UTC~1435 UTC 4公里等高面雷達合成回波圖。
圖4.7　 龍王颱風（a）分析時間颱風路徑圖，（b）登陸前7~1小時環狀平均回波隨時間變化圖（為了統一表示，本文龍王颱風分析時間均用-6h~0h代表-7h~-1h）
圖4.8　 龍王颱風（a）回波四象限示意圖（b）I象限（c）II象限（d）III象限（e）IV象限回波空間平均隨時間變化圖。
圖4.9　 龍王颱風10月01日 1438 UTC~1918 UTC 4公里等高面雷達合成回波圖，
圖4.10　海棠颱風（a）中央氣象局自動雨量站6小時累積雨量圖與（b）五分山雷達4公里等高面6小時平均回波圖。
圖4.11　泰利颱風（a）中央氣象局自動雨量站6小時累積雨量圖與（b）五分山雷達4公里等高面6小時平均回波圖。
圖4.12　龍王颱風（a）中央氣象局自動雨量站6小時累積雨量圖與（b）五分山雷達4公里等高面6小時平均回波圖。
圖4.13　（a）東北角西北－東南方向地形剖面示意圖（b）海棠（c）泰利（d）龍王颱風地形剖面2公里高度平均回波隨時間變化圖。
圖4.14　（a）雪山山脈西北－東南方向地形剖面示意圖（b）海棠（c）泰利（d）龍王颱風地形剖面2公里高度平均回波隨時間變化圖。
圖4.15　（a）雪山山脈東北－西南方向地形剖面示意圖（b）海棠（c）泰利（d）龍王颱風地形剖面4公里高度平均回波隨時間變化圖。
圖4.16　海棠颱風垂直雪山山脈地形剖面降雨回波垂直結構，（a）1734 UTC，（b）1925 UTC，（c）2128 UTC。（左邊為雪山山脈，右邊為中央山脈）
圖4.17　泰利颱風垂直雪山山脈地形剖面降雨回波垂直結構，（a）0911 UTC，（b）1240 UTC，（c）1419 UTC。（左邊為雪山山脈，右邊為中央山脈）
圖4.18　龍王颱風垂直雪山山脈地形剖面降雨回波垂直結構，（a）1454 UTC，（b）1831 UTC，（c）1842 UTC。（左邊為雪山山脈，右邊為中央山脈）
圖4.19　板橋探空圖（a）海棠颱風（b）泰利颱風（c）龍王颱風。
圖4.20　面積平均降雨率（a）、（b）海棠颱風（c）、（d）泰利颱風（e）、（f）龍王颱風。
圖4.21 海棠颱風內核區（藍色線）、外核區（綠色線）、外圍雨帶區（紅色線）降雨總量佔有率比例隨時間變化圖。（橫軸為轉向前1到6小時，縱軸為佔有率的百分比，0.6代表60%）
圖4.22 泰利颱風內核區（藍色線）、外核區（綠色線）、外圍雨帶區（紅色線）降雨總量佔有率比例隨時間變化圖。
圖4.23 龍王颱風內核區（藍色線）、外核區（綠色線）、外圍雨帶區（紅色線）降雨總量佔有率比例隨時間變化圖。
圖5.1　 三個颱風加速時面積平均降雨率（a）海棠颱風為9.72 ms-1、（b）泰利颱風為9.72 ms-1、（c）龍王颱風為11.94 ms-1。
圖5.3　 面積平均降雨率（a）海棠、（b）泰利、（c）龍王颱風，長箭頭代表移動方向，其大小分別為5.55 ms-1、8.05 ms-1、6.66 ms-1，短箭頭代表垂直風切方向，大小分別為7.0 ms-1、1.9 ms-1、2.9 ms-1。（垂直風切計算高度為200 hPa到850 hPa）
圖5.3　 海棠颱風（a）0到100公里以及（b）100到200公里範圍降雨回波平均隨時間變化。（橫軸為方位角，縱軸為時間序列）
圖5.4　 泰利颱風（a）0到100公里以及（b）100到200公里範圍降雨回波平均隨時間變化。（橫軸為方位角，縱軸為時間序列）
圖5.5　 龍王颱風（a）0到100公里以及（b）100到200公里範圍降雨回波平均隨時間變化。（橫軸為方位角，縱軸為時間序列）
圖5.6　 花蓮雷達1.4°平面位置顯示（Plan Position Indicator，簡稱PPI），（a）、（b）為海棠颱風，（c）、（d）為泰利颱風，（e）、（f）為龍王颱風。
圖5.7　 海棠颱風（a）自動雨量站（b）氣候降雨預報模式6小時累積雨量分佈圖，泰利颱風（c）自動雨量站（d）氣候降雨預報模式6小時累積雨量分佈圖，龍王颱風（e）自動雨量站（f）氣候降雨預報模式6小時累積雨量分佈圖。

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