冬季台灣近海對流邊界層發展之數值模擬

Abstract

本文使用台大－普度三維非靜力模式，透過仿黑潮所伴隨之海溫分布狀態，分別在無斜壓性及具斜壓之性大氣環境下的模擬，探討冬季東北季風盛行下，黑潮海域的海氣溫差對海洋大氣對流邊界層發展的影響。 模擬結果顯示，當水平均溫的冷空氣流經海溫梯度時，海溫分布狀態和可感熱通量分布狀態相似；不均勻海溫分布所形成的海氣溫差，透過亂流傳送將可感熱及水氣上傳至大氣。當水氣尚未凝結、或潛熱釋放還不明顯時，可感熱通量分布主導在暖、冷海面上的邊界層發展。基本上，暖海面上邊界層發展較深厚，凝結量較多，邊界層內氣溫也較高。此外，海面可感熱通量梯度對底層大氣加熱不均勻，所引發出的局部氣壓梯度，使得初始均勻的氣流產生局部偏向及合流，位於合流上方的邊界層，較其他區域都更為深厚，凝結量也更多；當合流上方的總液態水及降雨量夠明顯時，凝結的潛熱釋放使得雙胞型態的垂直次環流建立。 當斜壓的冷空氣流經海溫梯度時，由於等氣溫線與等海溫線之間具有夾角，每一條等氣溫線均可與一條最適當的等海溫線搭配，導致最大可感熱通量分布不再依海溫高低而定，而是出現在台灣東北部外海至東海一帶的三角區域內。此情形下，邊界層在黑潮暖軸心附近發展最深厚，但在冷海面和較低緯度的暖海面上，邊界層厚度差異不大，於是形成沿黑潮暖軸心的厚度脊，以及在黑潮暖軸心西北及東南側的厚度槽。此外，在三角區域內，局部的可感熱通量差異，也激發出垂直次環流發展；次環流建立後向東南移動，伴隨的降雨區也離開原本的合流位置，向東南擴及較寬廣的洋面，並在台灣地形阻擋下，沿著地形東側向南發展，其過程及結果是導致氣候上所見冬季台灣陸地與附近洋面上高平均雨量的原因之一。