生命科學(xué)院柯佳吟教授團(tuán)隊 監(jiān)測暖化對國境之南綠蠵龜孵化的衝擊
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圖(a)類颮線熱帶氣旋外圍雨帶(squall-line outer TCRs)與(b)非颮線熱帶氣旋外圍雨帶(non-squall-line outer TCRs)在形成過程時所伴隨的環(huán)境降水特徵示意圖。實心圓圈表示颱風(fēng)內(nèi)核區(qū)域的邊界。
熱帶氣旋(颱風(fēng))是自然界最具破壞力的天氣系統(tǒng),而熱帶氣旋外圍雨帶(outer tropical cyclone rainbands, TCRs)是其風(fēng)暴範(fàn)圍內(nèi)劇烈降水與危險天氣集中區(qū)域之一。儘管過去數(shù)十年來氣象界已針對外圍雨帶的各個面向進(jìn)行探究,但是外圍雨帶的起源仍舊是大氣界未解之謎。
臺灣大學(xué)理學(xué)院大氣科學(xué)系教授游政谷研究團(tuán)隊利用2002至2019年長期的臺灣全島地面雷達(dá)觀測網(wǎng)資料(中央氣象署提供)、大尺度再分析資料及其它熱帶氣旋觀測資訊,從95個侵臺颱風(fēng)中成功辨識出1029個在初生階段的外圍雨帶,並透過此巨大雨帶資料庫進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計與診斷分析,嘗試釐清熱帶氣旋外圍雨帶的生成過程,相關(guān)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。
研究顯示,絕大部分的外圍雨帶(約97%)都是在熱帶氣旋外圍區(qū)域生成(outer origin),此觀測結(jié)果與理論(模擬)研究強調(diào)外圍雨帶是在熱帶氣旋內(nèi)圍區(qū)域生成(inner origin)並向外移行至外圍區(qū)域的論點大相逕庭。而絕大多數(shù)外圍雨帶的移速與重力波(gravity waves)或渦旋羅士比波(vortex Rossby waves)的理論傳導(dǎo)速度有明顯不一致,據(jù)此推斷大氣波動對於外圍雨帶的起源並沒有直接貢獻(xiàn)。此外,論文進(jìn)一步指出,外圍雨帶生成區(qū)域常常具有類似颮線環(huán)境的低層垂直風(fēng)切與內(nèi)流特性,且移速較快的類颮線(squall-line)外圍雨帶傾向於在熱帶氣旋外圍降水區(qū)的邊緣地帶形成,這些原先存在於外圍區(qū)域的降水可能為冷池(cold pool)的關(guān)鍵初始來源,並透過冷池與低層垂直風(fēng)切交互作用(即颮線動力,squall-line dynamics)進(jìn)而促使雨帶的生成(圖a)。另一方面,並非所有的熱帶氣旋外圍雨帶皆會表現(xiàn)出與颮線類似的環(huán)境與移動特徵,統(tǒng)計顯示這些非颮線(non-squall-line)雨帶並不少見,然而其移速相對較慢,且經(jīng)常在無顯著降水或是在廣泛分散的弱降水區(qū)域中形成(圖b),這些,特性與類颮線外圍雨帶形成強烈對比。很顯然地,原本存在於熱帶氣旋外圍周遭的環(huán)境降水特徵是決定類颮線外圍雨帶與非颮線外圍雨帶的重要因子。
雖然此論文對於熱帶氣旋外圍雨帶起源,提供科學(xué)上重要的線索和啟示,但也突顯人類對它瞭解的不足;尤其是熱帶氣旋內(nèi)部冷池的各種可能來源、局部低層垂直風(fēng)切的時空變異性、非颮線外圍雨帶生成過程以及outer-origin過程的理論模型建構(gòu),仍有待未來更多熱帶氣旋觀測與模擬研究的探索與努力。此研究成果第一作者為臺大大氣系教授游政谷,博士後研究員林哲佑及研究生潘知行。感謝臺大與國科會對此研究的支持。
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