WISHE機制對於颱風雙眼牆形成的角色

Abstract

近年來，雙眼牆颱風以及颱風的眼牆置換過程已經廣泛的被觀測以及數值模擬文獻記載及討論。伴隨眼牆置換而造成颱風強度的變化，對於颱風強度預報十分重要，也是一個關鍵的科學議題。雖然許多文獻提出了可能形成雙眼牆的動力機制，仍無明確定論的提出。另外，在過去研究颱風的歷史當中，WISHE (Wind Induced Surface Heat Exchange, WISHE)機制的提出相當關鍵，也被用以解釋颱風的增強過程。本研究主要在探討WISHE機制對於外眼牆的發展與增強的貢獻。 本研究採用高解析度的模式檢驗WISHE機制於雙眼牆形成的角色。在控制組實驗中，於雙眼牆出現的12小時前，我們分析出因為活躍對流而造成非絕熱加熱的增加，以及切向風的擴張的特徵。前者將造成外眼牆區域加熱效率的提升，而後者將引發邊界層中非平衡動力相關的一連串物理過程，兩者將有利於外眼牆的形成。這些模擬結果與文獻的特徵一致。 為了要檢驗雙眼牆颱風之內、外眼牆區域對於WISHE機制的敏感性，我們在計算表面熱量通量時，使用不同的特定上限值計算。這四個上限值分別為:15、10、5、1m s-1，而且限制WISHE機制區域共有四種設計: OSC(限制半徑大於50公里之區域)、OBC(限制半徑大於80公里之區域)、InC(限制半徑於50公里之區域)、RiR(限制介於半徑55~90公里之區域)。我們的分析指出，WISHE機制會影響SEF的發生與否，以及其眼牆的發展型態。若限制了外眼牆以及其外區域的表面熱量通量，當限制程度較小時，則外眼牆可以發展，而且也具有與雙眼牆相關的物理特徵，但是發展的時間被延後，且強度較弱；當限制程度較大時，則沒有外眼牆發展。另外，透過InC實驗我們證明，在颱風內核區域附近的WISHE機制不會影響外眼牆的發展，但是將造成較早的眼牆置換過程。接著，透過SE模式(Sawyer-Eliassen model)以及切向風收支的分析我們得知，颱風切向風的擴張以及次環流過程將受到限制WISHE機制的影響，也就是會影響颱風的質量場以及動量場的演變。此外，我們也發現，內、外眼牆的相對強度，也會影響颱風外眼牆的發展速度以及成熟的時間。這些過程指出，WISHE機制對於眼牆置換以及外眼牆形成的過程十分重要。