颱風快速增強前的誤差斜方差結構變化

Abstract

本研究利用Weather Research and Forecasting Model（WRF）搭配ensemble Kalman filter（EnKF）同化系統，建立出一組80個成員的系集模擬，並探導斜方差結構在颱風快速增強前的變化以及颱風結構對斜方差估計的影響。在氣旋相對座標下，各變數的標準差（STD）結構隨颱風強度增加而量值上升，並且有垂直方向的延伸。風場STD極值落在最大風速半徑內側，這與最大風速半徑位置不確定性有關，而風速極值則扮演調整STD量值的角色。溫度場STD則受到暖心的發展影響，在中層有較大的STD量值，並隨颱風增強、STD極值逐漸轉移到中高層。氣壓場的STD則維持軸對稱的結構。另外當使用尤拉座標、且中心位置誤差較大時，位置誤差會主導STD的結構，使風場STD量值增加、質量場與溫度場的STD空間分布改變。 風場、熱力場與質量場的相關性結構普遍呈現隨颱風強度增加而內縮，並有垂直風向上的延伸。但熱力場所能夠產生的相關性較小，並且相關性結構會因參考點位置有一點改變而有較大的差異，這主要是因為熱力變數受到較多小尺度且非線性的過程影響。質量場與溫度場對風場的相關性與颱風本身的動力過程一致，包含中心氣壓對風場的負相關以及中心溫度對風場的正相關，但產生的相關性量值會受到風場結構以及熱力結構的影響。 另外也探討了與快速增強相關變數的斜方差結構。風場、溫度場對慣性穩定度有一定的相關性，對高層暖心的相關性則與颱風強度有關，當颱風越強、高層暖心越明顯時，風場和溫度場皆能對高層暖心產生較高的相關性，另外颱風熱力結構也會影響溫度對高層暖心的相關性。另外低層水氣和對流爆發的相關性結構則顯示了較小的量值和範圍，但這或許可以透過濾除高頻訊號改善。最後也發現了RI時間的不確定性會顯著影響水氣的相關性結構。