利用雲解析模式模擬旋轉輻射對流平衡下對流集結之特徵

Abstract

輻射對流平衡（Radiative Convective Equilibrium, RCE）為熱帶大氣的氣候平均結果。在旋轉場之下達成的輻射對流平衡，即為RRCE（Rotating RCE），其結果將伴隨一個或多個TC（Tropical cyclone）。多TC並存可免除模式邊界對TC的影響，方法為增加水平模擬範圍大小，或增強旋轉場f。 本研究使用雲解析模式VVM來模擬RRCE，1024公里模擬範圍的實驗僅得到單一TC，3072公里模擬範圍則得到一個以上TC。在大範圍實驗中，藉由改變背景渦度場f與SST（Sea surface temperature）進行敏感度測試。強渦度場的TC大小與強度約略與SST成正比，TC數量與SST成反比；弱渦度場的TC個數少，TC強度受邊界影響。 在第一個TC形成前後，水氣極大值驟增，其上限由克勞─克拉方程控制，水氣極小值略降但大部分網格向極小值方向靠近，其下限由TC強度控制，即乾區變乾、溼區變溼、水氣往對流處集中的「對流集結（Convective aggregation）」特徵，SST愈大此現象愈明顯。 本研究以深度優先搜尋的連通元件標記法訂出獨立的雲元件，雲數均有先升後降的趨勢，因而定義發生雲數極大值的時間為對流集結時間。背景渦度場愈強，對流集結效率愈好。在對流集結時間前後，平均雲體積有顯著變化。 在TC旋生過程中，渦度熱塔（Vortical hot tower, VHT）扮演了重要角色。VHT雲數亦有先升後降的趨勢，且背景渦度場愈強下降得愈快。強渦度場在對流集結時間之後，VHT整體的體積均開始顯著增加，且SST愈大VHT往大雲集中的現象愈明顯。弱渦度場的VHT體積增幅相對較緩。 本研究歸納了理想數值實驗的對流集結現象的幾個特徵：雲的數量減少、雲的平均體積增加、水氣往對流處集結以致溼區更溼及乾區更乾。雲數極大值可以有效判斷對流集結的發生時間。