熱帶氣旋強度研究

--熱帶氣旋的水平結構--

•覆蓋範圍的定義

根據聯合颱風警報中心定義,熱帶氣旋的直徑是其中心至最外圍一圈等壓線間之距離,其以緯距作為量度單位(一緯距約為110公里),可分為迷你、小型、中型、大型及特大熱帶氣旋五類(見附錄)。熱帶氣旋的大小主要取決於其生成時的大氣環境,例如垂直風切變輻合流場等;一般而言,中型熱帶氣旋的水平直徑約為500至1000公里左右。

 

•低層氣壓場的分佈

熱帶氣旋為一低壓系統,其等壓線為閉合準圓型分佈,較弱熱帶氣旋或外圍之等壓線則可略呈棤磭活C等壓線之排列越接近熱帶氣旋中心越趨緊密,到中心附近直徑100公里內的區域氣壓梯度(從等壓線排列的緊密度可見)最大,可達5~10hPa/10公里。

北半球熱帶海平面最低氣壓夏季時平均為1008hPa,而一個剛成熟熱帶氣旋(颱風級數)的中心最低海平面氣壓卻可低至975hPa。在1979年,超級颱風泰培就創下870hPa的最低氣壓記錄。

97年超級颱風柏加橫過關島時的氣壓、風力及風向變化

 

•低層風場的分佈

由於熱帶氣旋是一準圓型低壓系統,因此在北半球,風是從四方八面以逆時針方向流入熱帶氣旋中心的,南半球則為順時針方向。

由於風力的大小是和氣壓梯度成正比的,因此了解氣壓分佈後亦不難發現熱帶氣旋的風力是越接近中心越強的,而且最強風力的區域亦僅出現於極接近中心的狹窄範圍處。另一方面,由於空氣的旋轉軌跡隨著漸近中心而縮小,故渦度分佈方面亦是越接近中心越強的。

熱帶氣旋的風場在大部份情況下都不是對稱的,而此種情況多數是由半圓效應及大尺度風場/梯度效應所引致。所謂半圓效應,是因熱帶氣旋本身移動所引起的左右風圈不對稱現象,而風場及梯度效應,則是由周邊天氣系統干擾所致;在這裡,我們將集中討論北半球西太平洋的情況。



西南季風影響

在盛夏季節,熱帶氣旋身處於活躍季風槽當中,低緯近赤道之偏西氣流將可達烈風程度,這引致熱帶氣旋南側風力明顯較北側為強。

位於季風槽中的颱風布帕(2001)


高壓共同效應

在秋冬之季的大陸冷高壓和盛夏副熱帶高氣壓,其高壓南側將和熱帶氣旋構成強大的氣壓梯度,引致熱帶氣旋北側風力明顯較南側強。當中由大陸冷高壓所引起的共同梯度甚至可帶來烈風風力。而若副熱帶高氣壓位於熱帶氣旋東側,則可引致熱帶氣旋東部風力較西部強。

 

東北季候風中的塔巴(2002)

 

若是熱帶氣旋同時受西南季風及大陸性反氣旋影響(多數為夏轉秋之日子),則可能導致熱帶氣旋外圍風力和中心差不多強的不正常現象,而熱帶氣旋的風場結構,則變得更為複雜。

概括各官方氣象組織的定義,我們會根據熱帶氣旋水平範圍內不同程度的風力而劃分出不同的風圈,並有所屬範圍的風圈半徑。例如,在某一半徑範圍內風力皆達烈風程度的,我們稱該區為熱帶氣旋的烈風圈,如此類推。目前大致可列分為

 

2米浪高範圍(香港天文台設,約等於清勁風圈)

烈風圈(圈內平均風力>62公里/每小時),
暴風圈(圈內平均風力>87公里/每小時) 和
颶風圈(圈內平均風力>117公里/每小時)。

聯合颱風警報中心另設100kts風圈
(圈內平均風力>185公里/每小時)。

 

聯合颱風警報中心(JTWC)風圈範例

 

又根據熱帶氣旋水平氣壓梯、風力、雲團及渦度大小(即氣流旋轉度),我們又可把熱帶氣旋分為外圈、中圈及內圈三部份。但此點並沒有官方的明顯定義,因此我們不在此詳談。

 

•衛星雲圖上表現的中高層水平特徵


移動及靜止性螺旋雲帶

熱帶氣旋其中一項重要特徵就是螺旋雲帶(Spiral Band Feature),其主要為積雲所組成,由於氣旋式的低中層輻合流場,引致雲型呈螺旋狀。熱帶氣旋的螺旋雲帶大致可分為兩類:移動性的小尺度雲帶和靜止性的中尺度雲帶。

位於熱帶氣旋外圍的較小尺度螺旋雲帶(移動性)可同時伴隨兩至三支甚至更多,其生命期約為數小時,闊十數公里,長約百餘公里。雲帶圍繞氣旋中心旋轉較快,其伴隨的雨水較少,在衛星雲圖上展現得較不明顯。

靜止性的中尺度雲帶,亦被視為熱帶氣旋的基本環流(Primary Band Feature),通常原於大尺度氣流。例如強西風氣流或東北季風氣流,常導致熱帶氣旋北側或南側可建立一支闊數十公里,長達數百公里的螺旋雲帶,其伴隨強烈降水,並可自系統外圍旋捲至中心附近,甚至繞出雲捲中心。雲帶建立後慢慢由系統南/北側捲往東/西側,後漸漸消散,生命期可長達十多小時至數十小時不等。


中圈的密集雲團區

一個組織良好的熱帶氣旋,隨螺旋雲帶外還會伴隨有結實而鞏固的中心雲團組織,它可以是由多支小尺移動性螺旋雲帶疊加而成,也可是由旺盛的多個深層對流組織而成,或兩樣混合,色調強化衛星雲圖上表現為渾圓而低雲頂溫度的集中雲區。對於密集雲團的高層,通常並會有中心密集雲層區(CDO)的出現。


中心、眼牆及風眼

熱帶氣旋的中心以至其方圓一百公里內的區域,常被視為內圈,當中只有成熟熱帶氣旋的中心附近才會伴隨有風眼牆(Eye Wall)及風眼的特殊結構。它們都是由於空氣作高速旋轉移動時所產生的慣性離心力和氣壓梯度力平衡所致,導致空氣以及雲塊不能匯聚至一點,而是在一臨界半徑處(亦即眼牆的半徑)作旋升運動,因此,雲團都相當集中於這一臨界半徑附近而成為厚厚的雲牆,而此半徑內雲層稀薄的就是風眼了。

衛星雲圖上所表現的風眼可分為嵌匿中心雲捲風眼兩種。當中嵌匿中心位於中心密集雲團區當中,伴隨較明顯的眼牆,而雲捲風眼則由基本螺旋雲帶所旋捲而成,眼牆較嵌匿中心為不明顯。

 

你雖要Flash Player觀看此動畫


高空輻散雲系

偶爾在衛星雲圖及水氣圖像上,我們可見到熱帶氣旋的一側出現鱗片狀的螺旋雲系自中心向外伸展,若以動畫觀察,更可發現該雲帶會作反氣旋外旋,此乃熱帶氣旋的高空輻散雲系。輻散雲系通常為卷雲,出現於對流層高層,雲系帶象徵著熱帶氣旋高空的一支輻散急流,此急流將帶來強勁的輻散,而有利熱帶氣旋進一步的發展。

 

紅線為輻散急流軸


中高空切離雲系

當熱帶氣旋移近溫帶時,我們常常可見熱帶氣旋的北側(北半球而言)會出現一些廣闊層狀雲向東北方延伸。在動畫上則表現出那些雲系是由熱帶氣旋本身組織向外切離的。這種切離雲系乃是由中高空西風帶的強勁西風氣流所引起的,並通常是西風槽前之西南氣流。切離雲系的出現常常伴隨著熱帶氣旋的轉向及溫帶氣旋轉化。

若當時是秋冬季節,切離雲系可配合大陸性反氣旋的南下而表現得更為顯著。切離雲系可因低空由反氣旋所帶來的東北季風,以及熱帶氣旋所帶來的暖濕偏東氣流輻合,而導致大量的降水出現。

 

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