西 北 太 平 洋 西 行 颱 風 與 駛 流 特 徵 研 究 林 冠 伶 吳 宜 昭 于 宜 強 國 家 災 害 防 救 科 技 中 心 摘 要 過 去 資 料 統 計 顯 示, 颱 風 導 致 的 臺 灣 地 區 長 延 時 極 端 降 雨 (24 小 時 降 雨 大 於 600 毫 米 ) 事 件 以 西 行 颱 風 佔 絕 大 多 數 貢 獻 本 文 根 據 過 去 颱 風 觀 測, 將 西 北 太 平 洋 颱 風 的 依 路 徑 分 類 後, 統 計 個 數 並 比 較 其 季 節 變 化, 再 針 對 其 中 往 台 灣 與 中 國 的 西 行 颱 風 與 西 行 侵 台 颱 風 進 行 環 流 合 成, 分 析 西 北 太 平 洋 大 尺 度 環 境 駛 流 與 颱 風 路 徑 的 關 係 利 用 1979-2013 年 颱 風 路 徑 觀 測, 統 計 不 同 路 徑 西 北 太 平 洋 颱 風 個 數 的 季 節 性 變 異, 其 中 往 台 灣 與 中 國 方 向 的 颱 風 集 中 於 七 ~ 九 月, 以 八 月 最 多, 因 此 後 續 針 對 八 月 份 分 析 環 流 型 態 利 用 群 聚 分 析 方 法, 以 850-500hPa 五 日 平 均 的 重 力 位 高 度 場 垂 直 積 分, 將 八 月 往 臺 灣 中 國 行 進 的 47 個 歷 史 颱 風 環 流 分 成 3 大 類 (cluster1~3),cluster1 與 cluster2 的 合 成 環 流 場 皆 顯 示 環 境 的 駛 流 場 主 要 決 定 於 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 邊 邊 緣 的 盛 行 風 ; 而 cluster3 整 體 環 境 場 以 季 風 槽 為 主, 颱 風 移 動 受 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 影 響 較 弱 另 外, 針 對 西 行 且 侵 台 的 颱 風 進 行 環 流 合 成, 這 些 八 月 西 行 侵 台 颱 風 有 以 下 兩 個 特 徵 :1. 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 伸 邊 緣 約 為 115 E 至 135 E 2. 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 脊 線 位 置 位 於 30 N 至 35 N 由 以 上 分 析, 可 以 得 知 颱 風 行 進 路 徑 受 大 尺 度 環 流 影 響, 掌 握 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 變 動 的 特 徵, 有 助 於 判 別 颱 風 未 來 行 進 動 態 與 侵 台 的 可 能 性 關 鍵 字 : 西 北 太 平 洋 西 行 颱 風 駛 流 一 前 言 吳 等 (2015) 統 計 1992-2013 年 夏 季 ( 六 - 八 月 ) 受 颱 風 影 響 且 24 小 時 降 雨 大 於 600 毫 米 事 件 之 颱 風 路 徑 特 徵, 由 中 央 氣 象 局 所 定 義 颱 風 九 大 路 徑 統 計 之, 其 中 西 行 颱 風 ( 路 徑 1 到 路 徑 4) 占 72%( 圖 1), 為 影 響 台 灣 地 區 長 沿 時 極 端 降 雨 最 為 顯 著 的 颱 風 類 型 另 外, 統 計 歷 史 七 - 九 月 影 響 台 灣 之 颱 風 路 徑 分 類, 又 以 西 行 所 佔 比 例 最 大, 占 59%( 圖 2), 由 此 可 知, 掌 握 西 行 颱 風 的 大 環 境 特 徵 可 有 助 於 造 成 台 灣 地 區 極 端 降 雨 天 氣 類 型 的 背 景 知 識 建 立 下 容 易 影 響 台 灣, 以 及 環 流 場 變 化 的 情 形, 分 析 西 北 太 平 洋 颱 風 三 大 路 徑 及 西 行 侵 台 颱 風 之 合 成 環 流, 以 了 解 西 北 太 平 洋 大 尺 度 環 境 駛 流 與 颱 風 路 徑 的 關 係 二 資 料 與 方 法 颱 風 路 徑 觀 測 資 料 使 用 美 國 聯 合 颱 風 警 報 中 心 (Joint Typhoon Warning Center, JTWC) 之 熱 帶 氣 旋 最 佳 路 徑 (best track) 資 料, 資 料 為 每 六 小 時 一 筆 環 流 資 料 使 用 NCEP/NCAR reanalysis(kalnay et al. 1996) 全 球 分 析 資 料, 資 料 為 每 日 一 筆, 解 析 度 為 2.5 x2.5 前 人 研 究 環 流 與 颱 風 相 關 議 題 多 以 長 期 氣 候 觀 點 分 析 颱 風 路 徑 變 異 情 形 (Tu et al.,2009;park et al.,2011; Wu et al.,2005), 魏 (2011) 以 較 短 期 的 觀 點 討 論 極 端 降 雨 颱 風 之 環 流,15 天 空 間 濾 波 分 離 環 境 場 環 流 與 颱 風 環 流, 討 論 極 端 降 雨 颱 風 與 普 通 颱 風 之 颱 風 渦 旋 尺 度 的 差 異 本 文 欲 以 短 期 的 環 流 觀 點 究 颱 風 在 何 種 環 流 利 用 1979-2013 年 颱 風 路 徑 觀 測 資 料, 根 據 Wu and Wang (2004) 將 西 北 太 平 洋 分 為 五 線 段 四 大 區 域, 統 計 不 同 路 徑 西 北 太 平 洋 的 歷 史 颱 風 個 數, 再 分 別 合 成 各 路 徑 類 別 颱 風 通 過 線 段 當 日 的 大 尺 度 環 流 將 西 北 太 平 洋 颱 風 分 為 三 大 路 徑, 由 A 區 域 出 發 的 颱 風, 依 路 徑 分 為 往 日 本 ( 行 經 線 段 四 ) 往 台 灣 與 中 國 ( 行
經 線 段 一 ) 及 往 菲 律 賓 與 南 海 ( 行 經 線 段 三 )( 圖 4) 三 結 果 與 討 論 ( 一 ) 西 北 太 平 洋 颱 風 路 徑 分 類 與 個 數 統 計 統 計 西 北 太 平 洋 各 路 徑 類 別 颱 風 個 數 的 季 節 性 變 異 ( 圖 5), 各 路 徑 類 別 的 颱 風 個 數 自 五 月 至 八 月 間 皆 隨 月 份 增 加 往 菲 律 賓 與 南 海 方 向 的 颱 風 在 颱 風 季 早 期 ( 七 月 ) 與 晚 期 ( 十 月 ) 最 多 ; 往 台 灣 與 中 國 方 向 的 颱 風 集 中 於 七 - 九 月, 以 八 月 最 多, 由 於 季 節 性 環 流 特 徵 亦 會 影 響 環 流 合 成 結 果, 因 此 後 續 侵 台 颱 風 環 流 分 析 僅 針 對 颱 風 個 數 最 多 的 八 月 份 ; 往 日 本 的 颱 風 方 向 由 五 月 開 始 逐 漸 增 加, 在 九 月 達 到 峰 值 將 三 類 路 徑 颱 風 行 經 線 段 一 三 四 的 低 層 (850hPa) 與 中 層 (500hPa) 大 氣 環 流 場 挑 選 出 來 進 行 環 流 合 成, 討 論 三 種 不 同 颱 風 路 徑 低 層 與 中 層 的 環 流 特 徵 西 北 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 範 圍 分 別 以 重 力 位 高 度 1520m 與 5880m 的 等 值 線 作 為 代 表 各 類 別 颱 風 的 合 成 環 流 場 均 顯 示 環 境 的 駛 流 場 主 要 決 定 於 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 邊 邊 緣 的 盛 行 風 ( 圖 6) 往 日 本 的 颱 風 行 經 線 段 四 時, 中 層 大 氣 ( 圖 6d) 的 合 成 顯 示 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 東 退, 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 脊 最 西 側 位 置 約 為 140 E, 日 本 東 南 方 20 N 至 30 N 間 盛 行 西 南 風 ; 由 低 層 大 氣 合 成 ( 圖 6a) 亦 顯 示 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 退 至 西 北 太 平 洋 海 域 較 東 處 ( 約 150 E 附 近 ) 往 台 灣 與 中 國 的 颱 風 行 經 線 段 一 時, 低 層 大 氣 的 合 成 ( 圖 6b) 可 見 西 北 太 平 洋 南 邊 的 季 風 槽 和 北 邊 的 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 雙 結 構 很 明 顯, 季 風 槽 和 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 中 間 的 強 氣 壓 梯 度 造 成 明 顯 的 駛 流 ; 中 層 大 氣 的 合 成 ( 圖 6e) 則 顯 示 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 伸 至 日 本 附 近 ( 約 150 E), 同 時 台 灣 東 南 方 海 面 盛 行 西 南 風, 台 灣 東 北 方 25 N 至 30 N 間 海 域 則 盛 行 東 南 風 往 菲 律 賓 與 南 海 的 颱 風 行 經 線 段 三 時, 低 層 大 氣 的 合 成 ( 圖 6c) 可 見 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 仍 向 西 延 伸 至 日 本 附 近 達 130 E 以 西 和 行 經 線 段 一 颱 風 的 低 層 環 流 合 成 ( 圖 6b) 比 較, 季 風 槽 槽 線 和 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 脊 線 均 向 南 移 中 層 大 氣 合 成 環 流 場 ( 圖 6f) 亦 顯 示 此 特 徵, 駛 流 最 明 顯 之 處 在 台 灣 東 南 方 菲 律 賓 東 北 方 處 海 域, 為 東 南 風 ( 二 ) 西 行 颱 風 駛 流 分 類 針 對 八 月 行 經 線 段 一 的 颱 風 做 進 一 步 的 討 論 ( 圖 3 藍 色 與 紅 色 線 段 ),1979-2013 年 共 有 47 個 颱 風 個 案, 但 由 於 這 些 環 流 的 大 尺 度 特 徵 並 不 盡 相 同, 無 法 以 單 一 環 流 合 成 場 來 代 表, 因 此 利 用 群 聚 分 析 (K-means clustering, MacQueen, 1967), 以 850-500hPa 垂 直 積 分 的 五 日 平 均 重 力 位 高 度 場, 將 這 些 颱 風 行 經 線 段 一 時 的 環 流 分 為 3 大 類 ( 圖 7), 這 3 類 的 環 流 有 以 下 特 徵 : cluster1: 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 範 圍 廣 大, 高 壓 中 心 位 於 日 本 附 近 cluster2: 受 北 方 系 統 影 響, 高 壓 脊 較 為 細 長, 高 壓 中 心 較 cluster1 偏 南 cluster3: 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 較 弱 且 脊 線 偏 北, 季 風 槽 明 顯 整 體 而 言,cluster1 與 cluster2 的 合 成 環 流 場 皆 顯 示 環 境 的 駛 流 場 主 要 決 定 於 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 邊 邊 緣 的 盛 行 風 ; 而 cluster3 整 體 環 境 場 以 季 風 槽 為 主, 颱 風 移 動 受 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 影 響 較 弱 ( 三 ) 西 行 侵 台 颱 風 環 流 特 徵 將 歷 史 八 月 行 經 線 段 一 並 登 陸 台 灣 的 颱 風 挑 選 出 來 ( 圖 3 紅 色 線 段 ), 以 行 經 線 段 一 當 日 為 中 心, 將 個 案 的 前 後 五 日 垂 直 積 分 環 流 場 做 合 成 如 圖 8 所 示, 西 行 颱 風 侵 台 時 的 大 尺 度 環 流 有 以 下 兩 個 特 徵 : 1. 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 西 伸 邊 緣 約 為 115-135 E 2. 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 脊 線 位 置 約 為 30-35 N 四 結 論 與 未 來 展 望 由 以 上 分 析, 可 以 得 知 颱 風 行 進 路 徑 受 大 尺 度 環 流 影 響, 掌 握 西 太 平 洋 副 熱 帶 高 壓 變 動 的 特 徵, 有 助
於 判 別 颱 風 未 來 行 進 動 態 與 侵 台 的 可 能 性 未 來 可 利 用 此 特 性 訂 定 量 化 指 標, 有 助 於 颱 風 動 態 的 監 測 五 參 考 文 獻 中 央 氣 象 局 颱 風 資 料 庫,http://rdc28.cwb.gov.tw/TDB/css/basic_search /images/track_class.jpg) Kalnay, E., and Coathors,1996:The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-471. J. B. MacQueen (1967): "Some Methods for classification and Analysis of Multivariate Observations, Proceedings of 5-th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability", Berkeley, University of California Press, 1:281-297 Park, Doo-Sun, Chang-Hoi Hom, Joo-Hong Kim and Hyeong-Seog Kim, 2011: Strong landfall typhoons in Korea and Japan in a recent decade, Journal of Geographical Research. 116, D07105. Tu, Jien-Yi, Chia Chou and Pao-Shin Chu, 2009: The abrupt shift of typhoon activity in the vicinity of Taiwan and its association with western North Pacific-East Asian climate change. Journal of Climate, 22, 3617-3628. Wu, L., and B. Wang,2004:Assessing impacts of global warming on tropical cyclone tracks. J. Climate, 17, 1686-1698. Wu, L., B. Wang, and S. Geng, 2005: Growing typhoon influence on east Asia, Geophysical Research Letters, 32, L18703 吳 宜 昭, 王 安 翔, 于 宜 強,2015: 國 家 災 害 防 救 科 技 中 心 災 害 防 救 電 子 報 第 115 期 魏 士 偉,2011: 台 灣 地 區 極 端 降 雨 颱 風 之 環 境 特 徵 合 成 分 析, 國 立 中 央 大 學 大 氣 物 理 研 究 所 碩 士 論 文
4% 4% 6% 10% 36% 4% 14% 22% 圖 1 1992-2013 年 歷 史 極 端 降 雨 事 件 簿 中 夏 季 (6-8 月 ) 受 颱 風 影 響 且 24 小 時 降 雨 大 於 600 毫 米 事 件 之 颱 風 路 徑 ( 採 自 吳 等,2015, 國 家 災 害 防 救 科 技 中 心, 災 害 防 救 電 子 報 2015 年 1 月 ) 3% 1% 3% 11% 15% 8% 9% 13% 16% 21% 特 別 一 二 三 六 七 九 非 侵 台 一 二 三 四 五 六 七 八 九 特 殊 5 4 1 2 3 A 圖 4 西 北 太 平 洋 地 區 分 為 五 線 段 四 大 區 域, 根 據 颱 風 行 進 方 向 分 類 由 A 區 域 出 發 的 颱 風, 依 路 徑 分 為 往 日 本 ( 行 經 線 段 四 ) 往 台 灣 與 中 國 ( 行 經 線 段 一 ) 及 往 菲 律 賓 與 南 海 ( 行 經 線 段 三 ) 藍 紅 線 段 為 1979-2013 年 8 月 行 經 線 段 一 之 颱 風 路 徑, 其 中 行 經 線 段 一 且 登 陸 台 灣 之 颱 風 路 徑 以 紅 色 標 示 ( 圖 修 改 自 Wu and Wang,2004) 圖 2 1958-2014 年 7-9 月 颱 風 路 徑 所 占 百 分 比, 以 中 央 氣 象 局 有 發 颱 風 警 報 之 颱 風 統 計 圖 5 1979-2013 年 西 北 太 平 洋 颱 風 往 日 本 ( 行 經 線 段 四 ) 往 台 灣 與 中 國 ( 行 經 線 段 一 ) 及 往 菲 律 賓 與 南 海 ( 行 經 線 段 三 ) 之 個 數 統 計 圖 3 颱 風 九 大 路 徑, 本 文 中 的 西 行 颱 風 指 路 徑 分 類 為 1 2 3 4 的 颱 風 ( 資 料 來 源 : 中 央 氣 象 局 颱 風 資 料 庫 : http://rdc28.cwb.gov.tw/tdb/css/basic_search /images/track_class.jpg)
圖 6 西 北 太 平 洋 1979-2013 年 颱 風 三 大 路 徑 環 流 特 徵, 颱 風 行 經 (a) 線 段 四 ( 往 日 本 ) (b) 線 段 一 ( 往 台 灣 中 國 ) (c) 線 段 三 ( 往 菲 律 賓 南 海 ) 之 850hPa 合 成 環 流 場 颱 風 行 經 (d) 線 段 四 ( 往 日 本 ) (e) 線 段 一 ( 往 台 灣 中 國 ) (f) 線 段 三 ( 往 菲 律 賓 南 海 ) 之 500hPa 合 成 環 流 場 底 色 為 重 力 位 高 度, 單 位 :m 箭 號 為 風 向 風 速 (a) (b) (c) 圖 7 利 用 群 聚 分 析 方 法, 將 1979-2013 年 47 個 歷 史 西 行 颱 風 環 境 駛 流 分 成 3 大 類,850-500hPa 重 力 位 高 度 場 垂 直 積 分, 颱 風 行 經 線 段 一 之 五 日 環 流 平 均 (a)cluster1 (b)cluster2 (c)cluster3
(a) (b) 圖 8 歷 史 8 月 西 行 侵 台 颱 風 環 境 駛 流 之 西 北 太 平 洋 中 層 500hPa 大 尺 度 環 流 特 徵 (a) 副 高 特 徵 線 合 成 圖 (b) 脊 線 合 成 圖 黑 色 虛 線 為 全 部 個 案 的 平 均