定量降雨預報技術

觀測資料的客觀分析與診斷技術是即時預報(Nowcasting)的重要基礎,必須對預報的天氣現象有充分的瞭解才能利用自動化的方式進行有效的預報。伴隨颱風的雨帶(Rainbands)、颱風環流與地形激發的中尺度對流系統(Meso-scale Convetive System, MCS)及地形造成的降水增強作用(Orographic Enhancement of Precipitation)是研究侵台颱風造成局部豪雨的幾個重要關鍵項目。為對上述現象進行更深入的瞭解,以及建置應用於颱風及西南季風的豪雨即時預報系統,本中心已規劃購置C頻偏極化雷達、垂直指向雷達、剖風儀及雨滴譜儀等設備,預計於民國102年完成C頻偏極化雷達的建置,並開始於台灣西南部山區進行豪雨觀測實驗。

颱風豪雨概念模式建立之研究

颱風環流與地形的交互作用常會在特定的區域造成豪雨現象,例如西行颱風中心在台灣中部以北登陸及過山後常會在台灣西南部山區造成劇烈的降雨。圖1為2005年海棠颱風及2008年莫拉克颱風在登陸過山後,於台灣西南部產生超大豪雨時的回波圖。圖中黑色虛線框範圍內顯示兩個颱風具有非常類似的雨帶特徵,水平向的雨帶及與雨帶垂直的中央山脈西側(高屏山區)均產生劇烈的降雨。此雨帶滯留在台灣西南部的時間對颱風的累積總雨量有很大的關係,因此建立此類中尺度豪雨系統的概念模式對台灣地區極短期劇烈降雨預報將有很大的幫助。若能進一步的瞭解雨帶的演化過程對於總雨量預報將有相當大的幫助。
海棠(2005年)及莫拉克(2008年)颱風
圖1、海棠(2005年)及莫拉克(2008年)颱風在登陸過山後,於台灣西南部產生超大豪雨時的回波圖。圖中黑色虛線框範圍內顯示兩個颱風具有非常類似的雨帶特徵,水平向的雨帶及與雨帶垂直的中央山脈西側(高屏山區)均產生劇烈的降雨。

台灣西南部山區豪雨規模指標建立之研究

颱風在台灣南部山區常常產生致災性的豪雨,例如2005年的海棠颱風及2008年的莫拉克颱風,均在台灣南部山區產生非常劇烈的降雨並造成非常嚴重的災害。如何預估這類颱風在西南部山區的降雨規模,對於災害預防及救災準備有極大的參考價值。Lin et al. (1996)提出地形降雨強度指標U(∂h/∂x)q,用以估計山區的降雨強度。其中,U為垂直山脈的低層氣流速度、(∂h/∂x)為平行基本氣流方向的地形斜度,q為低層水氣混合比。利用這個指標可以幫助地形豪雨發生與否的預報。此方法主要的困難是低層平均風速及低層的水氣含量不易觀測,故使得這個豪雨發生的指標其應用性就不高。本研究雖然僅保留一項參數(垂直地形的速度分量U),卻可以表示山區大面積降雨的平均強度(兩者有有很好的線性關係),其主要的原因在於台灣西南山區豪雨發生時是有一定的模式,即山前上游氣流的輻合已產生明顯的降雨(滯留性雨帶)是主要的關鍵。由於地形降雨之上游已產生了大量降雨粒子,水氣含量q的重要性就降低,可不用再考慮。再則,因為已是下雨的情況,故可以利用都卜勒雷達的徑向速度來求取VAD速度,就也解決了低層平均風速不易觀測的難題。

圖2為台灣南部的地形圖,圖中方框為中央山脈南段西側(高屏山區)約3,300平方公里的範圍。圖3為上述方框內的平均時雨量和七股雷達觀測的低層(0.5~3公里)平均西風分量散佈圖。其中黑色實心圓點為莫拉克颱風、方形為海棠颱風及三角形為泰利颱風的觀測值,平均時雨量與平均西風分量之相關性係數分別為0.88, 0.80及0.84。圖三顯示低層風場的資訊對於山區降雨強度的相關性非常高,只要能掌握地形上游的風場特徵對於山區降雨的規模就有相當的預報能力。(此部份屬國科會委託專題研究計畫本中心之研究成果)

本中心已規劃購置可移動式偏極化雷達,除了進行山區定量降雨估計改進研究外,並將與氣象局作業雷達組成雙都卜勒觀測網,建構地形上游雙都卜勤風場反演區,配合學界建行大型的山區豪雨觀測實驗,供本中心即時預報系統研發應用。

台灣南部地形圖,圖中方框為中央山脈南段西側約3,300平方公里的區域
圖2、為台灣南部的地形圖,圖中方框為中央山脈南段西側(高屏山區)約3,300平方公里的區域。
上述方框內的平均時雨量和七股雷達觀測低層(0.5~3公里)平均西風強度的散佈圖
圖3、為上述方框內的平均時雨量和七股雷達觀測低層(0.5~3公里)平均西風強度的散佈圖。其中黑色實心圓點為莫拉克颱風、方形為海棠颱風及三角形為泰利颱風的觀測值,平均時雨量與平均西風分量之相關性係數分別為0.88, 0.80及0.84。
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