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計算熱 帶氣旋的 最大潛在強度

計算熱 帶氣旋的 最大潛在強度. 講員：何秋鋆. Holland, G. J., 1997: The Maximum Potential Intensity of Tropical Cyclones. J. Atmos. Sci., 54 , 2519–2541. 大綱. 關鍵字 前言 過去研究與研究目的 MPI 的計算 假說、方法、敏感度 與觀測比較 結論. Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA) 海洋陸地大氣研究中心 2006/03/29 的 MPI 分布圖. 關鍵字.

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計算熱 帶氣旋的 最大潛在強度

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  1. 計算熱帶氣旋的最大潛在強度 講員：何秋鋆 Holland, G. J., 1997: The Maximum Potential Intensity of Tropical Cyclones. J. Atmos. Sci., 54, 2519–2541.

  2. 大綱 • 關鍵字 • 前言過去研究與研究目的 • MPI的計算假說、方法、敏感度 • 與觀測比較 • 結論

  3. Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA)海洋陸地大氣研究中心2006/03/29的MPI分布圖 關鍵字 • MPI : Maximum Potential Intensity (最大潛在強度)是指熱帶氣旋在某個區域內，給定的大氣與海洋的條件，熱帶氣旋可以達到的最大強度(最低氣壓、最大切向風)。這個指標是從熱力學層面出發，分析的資料包括實際洋面溫度、垂直大氣溫度及氣壓等。MPI的用途：強度預報、氣候變遷對於TC的影響。

  4. S :熵Q :可逆過程的熱量變化率T :絕對溫度 S θe q 關鍵字 lnθ • Entropy : S (熵)熵是指熱力狀態的變化，熵的變化量與加熱後熱量變化及溫度有關。 濕 濕

  5. MPI研究回顧 • Miller (1958)：熱力模型。能量來自眼心的下沉增溫，氣壓的下降量根據靜力平衡關係得到。缺點：沒有考慮與海洋的交互作用。 • Malkus and Riehl (1960)：熱力、動力模型。討論TC底部入流的空氣塊軌跡之能量關係。發現：TC底下的moist entropy改變會導致氣壓下降很多。缺點：完全忽略眼心的部份。 • Emanuel (1987,1991)：熱力、動力模型。延續M. & R. 研究，能量來自底部的入流區以增加moist entropy，能量消耗於外流區的輻射冷卻及邊界層摩擦的消散。缺點：沒有考慮氣壓下降後，對moist entropy也有回饋作用。 前言 • Riehl(1948, 1954)：TC局部的潛熱釋放只能降低TC氣壓約20-40hPa，不足以產生觀測看到的低壓與風速。 • Byers(1944); Riehl(1948, 1954);Kleinschmidt(1951); Malkus and Riehl (1960); Emanuel(1986) ：海氣交互作用提供的能量相當重要。

  6. 前言(續) • 本文將藉著單純的熱力條件，以靜力平衡關係式為基礎、假設眼牆為飽和並加入一些眼心設定、結合前人的研究，發展新的估計方法。 • 在此MPI由氣旋的中心氣壓決定，透過經驗公式，由氣壓值算出最大風速。 • 除此之外，本研究將顯示估計暖心結構的能力。

  7. 估計MPI的示意圖 眼牆的溫度升高是由海面空氣沿濕絕熱上升所造成；眼心的溫度升高是由於眼牆逸入之下沉氣流增溫造成。 忽略冰相過程的影響及中層從環境進入眼牆的逸入作用。 假設TC為對稱結構。眼心的相當位溫(θE,Eye)為定值。 利用單一探空來代表環境場的溫度(Tenv) 、環境場的氣壓(Penv) 、地面氣壓(Ps)、地面溫度(Ts)。 眼牆、眼心 環境 TC眼牆的飽和相當位溫(θES)為定值。 忽略外區雲的效應。 估計表面空氣的相對溼度(RH)及海溫(SST) 地面氣壓的下降量由靜力平衡決定

  8. 能量來源 S :熵Q :可逆過程的熱量變化率T :絕對溫度 假說 根據靜力平衡關係，溫度改變使氣壓下降 2 底層氣壓下降又使moist entropy增加。 重新分配TC底下已存在的moist entropy，增加積雲柱的moist entropy使氣旋加強。 Moist entropy增加，導致溫度增加。 3 0 1

  9. θES q T dθES dP

  10. Tenv Penv 參數的標準環境場(溫度、壓力)由單一探空所決定。Tsfc = SST-1 (Pudov and Pertichenko 1988)Psfc = TC所處洋面的氣壓月平均值RHeyewall = 90%RHeye=風速 = Dvorak 關係式νm = 3.4(Penv − Pc)0.644 計算地面相當位溫使用Bolton(1980)的經驗公式 : 計算眼牆的溫度距平△Ｔeyewall(P): 計算地面氣壓下降量△Ｐs 計算直到地面氣壓收斂（氣壓變化小於1hPa），再計算眼心的溫度剖面及中心氣壓 算出新的氣壓值則可得到新的地面相當位溫(θes) SST RH 0 1 2 4 3 RH = 相對溼度 T = 溫度 Teye = 眼心溫度 Teyewall = 眼牆溫度 Tenv = 環境溫度 TL=舉升凝結層溫度 TV=虛溫 p = 氣壓 pS=地面氣壓 pT=TC頂層氣壓 e = 水氣壓θ = 位溫 θE = 相當位溫 θES = 地面相當位溫 θEC* = 眼牆飽和相當位溫= θES* q = 水氣的混合比q*=水氣的飽和混合比 Tenv PenvPs TsSST RH MPI = PSenv − ΔPSmax

  11. Barbados島(B)的探空觀測資料計算所得的溫度距平Hawkins and Rubsam(1968)的實際觀測資料 300 比較：實際觀測與 計算之眼牆與眼心的增溫貢獻

  12. Holland (1997) Emanuel(1991) MPI的敏感度 • 海平面溫度(SST) • 相對溼度(RH) • 暖心高度

  13. 與觀測比較 • 個案研究Kerry (1979)：為熱帶氣旋觀測最低氣壓= 995hPa計算的MPI = 958 hPaFlo(1990)：為超級颱風觀測最低氣壓= 885hPa本法計算MPI = 890hPa Merrill,Robert T., Velden,Christopher S.A Three-Dimensional Analysis of the Outflow Layer of Supertyphoon Flo (1990)Monthly Weather Review 1996 124: 51

  14. 結論 • 本文整理過去的熱帶氣旋模型，發展新的MPI估計方法。 • 分析發現此方法對相對濕度(RH)、海溫(SST)與暖心高度敏感。 • 比較眼牆與眼心的增溫貢獻：250hPa以上對流層的增溫是由眼牆的貢獻，300hPa則加入眼牆的增溫作用。結合兩者的效應，使得溫度最高的地方出現在300hPa。

  15. Thank You for Your Attention!

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