軸對稱化與雙渦旋交互作用

Abstract

本研究延續雙渦旋產生雙眼牆結構實驗，改變核心渦旋結構以及強度不變的假設進行一系列新的雙渦旋實驗，實驗中以一個呈環狀分佈的渦度結構來作為核心渦旋並且控制初始條件使核心渦度環會進行軸對稱化過程混合成一單極渦旋，渦度環結構類似真實颱風位渦分布，颱風眼牆為最大位渦處。從觀測上得知颱風眼牆與颱風眼的位渦混合後，颱風眼渦度及風速會增加，眼牆部份渦度及風速皆會減少，此種位渦混合過程通常也伴隨著中心壓力急遽下降。 實驗結果顯示只有在外圍渦旋半徑為核心渦旋半徑4倍以上，兩渦旋間無因次化距離要在3以內，渦度環強度要比外圍渦旋強9倍以上才有機會形成雙眼牆結構，實驗中核心渦度環仍然有呈現出軸對稱化的特徵，渦度向渦旋中心混合、渦旋中心風速增強以及中心壓力急遽下降等特性皆在實驗中出現，隨著核心渦旋強度的增強，雙渦旋實驗中越容易出現雙眼牆結構，中心壓力下降値也越大，除此以外外圍渦旋大小也為影響中心壓力下降的因素，外圍渦旋越大的實驗其平衡後中心壓力下降的也越多。實驗還測試了核心渦旋為橢圓形與不對稱的渦度環這幾種不同的軸對稱化過程，探討在颱風在軸對稱化過程跟外圍渦旋的交互作用；實驗結果顯示渦旋進行軸對稱化後形成的渦度結構為影響實驗結果的重要因素，當中心偏移的初始核心渦度環為非常不對稱的結構時，經過位渦混合後形成三極渦旋結構，渦旋邊緣有很大的渦度梯度，類似阮肯渦旋( Rankine vortex )，比圓形渦度環為核心渦旋時在雙渦旋交互作用實驗裡更容易形成雙眼牆結構。