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梅雨將至前(文長慎入)

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2017-5-15 20:17 | 顯示全部樓層
在第一波梅雨鋒到達的此刻把這篇文章發出來應該還算來得及,以下是個人對於梅雨降雨趨勢的一點小小看法,歡迎討論指教,不過此文也只為個人看法僅算是作為練習分析用途,不做預報用,詳細氣象預報資訊仍請以氣象局發布之最新訊息為準。

影響梅雨季的降雨多寡因素很廣:

中緯度的冷空氣活躍程度:這其實與極區的溫度狀況有關,而冷空氣活躍趨勢其實左右了西風帶的波動,進而決定氣流是以南北向(經向)或是以東西向(緯向)為主,而氣流走向其實和南方水氣北上程度以及冷暖空氣交會創造不穩定度的大小有關。

副高走向分布:從副高型態分布來看,也是一個影響氣流走向以及水氣北上程度一個重要的因子,其勢力撤出南海與否更是被視為南海季風肇始的指標之一,在中高緯度的表現常常受西風波動之影響,導致大氣呈現緯向或是經向型,同樣左右南方水氣北上程度以及冷暖空氣交會創造之不穩定度程度。

熱帶及南半球訊號:季內震盪(MJO)伴隨之西風活躍、水氣,除了影響南海季風肇始時間外,也會因其強弱及活動區域透過遙相關機制的不同左右梅雨時的降雨量。此外,南半球的副高活動做為跨赤道流的源頭,故其強弱及型態分布同樣不可忽視。而熱帶海溫的變化就左右了低緯度西南季風所攜帶的水氣量,甚至影響局地次環流,亦可對副高造成影響,同樣值得分析。

要說的也不少,為了清晰好懂盡量以圖表呈現囉。

---------------------------以下正文開始-------------------------

概述:              
                            副高偏南偏東發展
                           中高緯西風波動較活躍
                          西太平洋-海洋大陸海溫較高
                         印度洋東太平洋海溫偏低至正常
                            南印度洋副高活躍 
                            季內震盪趨向集中3、4相位

副高強弱受海溫影響,因為海溫可以影響到大氣的哈德里胞、沃克環流:

223.138.65.6.133.0.29.35.gif

上圖過去一個月中熱帶至副熱帶地區的海溫距平,可以看到在熱帶東太平洋區較偏高,中至西太平洋趨近正常值略偏高,東印度洋略低於氣候平均

在熱帶外的區域可以看到副熱帶東太平洋有偏高海溫,到了中高緯度北太平洋又偏低

ok,透過海溫對於大氣的影響來看看當前大尺度環流的平均狀況:

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西太平洋地區低緯度的哈德里胞距平如上圖所示:在熱帶區這一個月來有明顯上升運動。

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四月份的沃克環流距平,可以看到在海溫較偏高處的東及西太平洋有上升,中太平洋附近有弱下沉運動。
熱帶的上升運動除了來自海洋作用以外,高空的訊號影響到對流層大氣進而同樣對沃克環流產生影響,介紹一下一種熱帶平流層內的東西風準兩年交替的訊號:
Quasi-Biennial-Oszillation, QBO(準兩年震盪)"

震盪機制一搬來說跟赤道波動能量上傳有關,詳細機制較複雜在此不提。簡單來說就是平流層內一種約兩年為週期變化的東西風交替機制,西風為正東風為負:

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當前的狀況在熱帶平流層已經轉為西風相位為主,重要的是此訊號已經傳遞到對流層頂部,對流層頂轉成西風距平。

有利於沃克環流在西太平洋熱帶區上升支的維持,所以從垂直運動距平來看上面分析是否如此。

熱帶至中緯的太平洋近一個月以來的垂直運動距平:

compday.4IwtySY13G.gif

跟海溫分布大致吻合,從赤道以北太平洋來看,中太平洋下沉,熱帶東西太平洋上升,北太平洋也有上升。

而副高要影響梅雨季平均降雨,首一個很重要的因素就是其有無撤出南海至菲律賓東方海面:勢力較東退的副高有利於南來氣流的北上。

而副高在西北太平洋的勢力跟下沉運動分布較有關,上面分析可以看到在只有近中至東太平洋有較顯著的下沉運動。

有了上述的海溫以及垂直運動資料,我們可以和副高發展程度作個連結

來看一下500hPa跟700hPa的風場距平以及相關指數:

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可以看到春季至入梅前這一個月,副高在西北太平洋表現是較為偏東發展的,勢力離開東亞陸地撤出南海。

上方的藍色塊圖,代表副高勢力隨時間北抬變化,黃與橙色線都是氣候平均值下的高度場隨時間變化,縱軸為時間,橫軸為經度

左到右分別表示副熱帶至中緯度,越往右邊圖走緯度越高。

因此可以發現表示副高中心大致勢力範圍的5880線在離東亞陸地較遠的130-150E發展,且明顯偏早,從四月就已經北抬到氣候值上的位置。

東亞沿岸一帶有較明顯的槽後西北氣流影響,春季降雨偏少,大致也符合反聖嬰後的春雨狀況。

上面看到的是過去的狀況,未來的演變是否能讓此狀況持續,也是可以從分析資料中看出。

首先前面提到的海溫在北太平洋偏低,東西太平洋偏高的狀況,其實會激發出一些大氣波動,對遠地乃至於大尺度平均的大氣狀況產生影響。

一般此稱為"遙相關"機制,首先在太平洋地區,研究發現東太平洋的海溫由南到北的變化,將可能改變北太平洋及北美的平均大氣環流配置

這種機制屬於北美-太平洋遙相關型:Pacific-North America Teleconnection, PNA

有分成正與負相位:

正相位之下,北太平洋阿留申低壓偏強呈盤據,北美西岸易為脊位控制,東岸偏低,北太平洋氣流易成緯向,阻塞不盛:


負相位之下,北太平洋阿留申低壓偏弱偏西,北美西岸高度場偏低,脊更偏西北發展,東岸偏高,北太平洋氣流易成經向,阻塞盛行:



過去一段時間以來東北太平洋低到高緯的海溫是高到低的配置:

223.138.65.6.133.7.42.35.gif

反映在下圖高度場以及指數上:(對副熱帶至中高緯度的中高層大氣來說高度反映表現一般正比於海溫)

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在春季至當前的狀況都是偏正,下圖反映出副高不易北進、北太平洋中緯度高空氣流偏緯向分布的事實:(線條表示等風速線,可表示西風噴流平均走向)

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而近期海溫變化:

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而上面兩圖可以看到近兩周的變化,副熱帶至熱帶太平洋的海溫基本上維持偏高,只有在北太平洋的低海溫有偏西移動發展,東北太平洋漸漸回溫。

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nao.sprd2.gif


上圖為對流層過去10日及一周來的波動能量傳遞概況,可以看到北大西洋為一個波能量源,逐漸往下游傳遞,這對應北大西洋震盪"NAO"的負相位(高度場反應為格陵蘭偏高、冰島偏低)有關,研究顯示(Hong et al. 2008),NAO會產生大氣長波(Rossby Wave)能量向東亞傳遞,有利於東亞一帶經向氣流(北風)增強,反映在高度場上就是亦有較深槽線發展:(下圖黑箭頭表示北風距平)

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因此未來預測上也是在鄂霍次克海至白令海一帶漸漸有阻塞發展,東亞主槽加深。北太平洋大氣狀況反映在PNA指數預測上漸偏向正常值-偏負的狀況,這略有利於東亞大氣轉向經向環流的形式。值得注意的是目前NAO偏向負值的趨勢在未來預測仍將持續,東亞至北太平洋中緯度顯著經向活動的維持似乎可以預期。

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而上圖可以看到在近一個月來東亞有著北高南低的高度場距平,這其實是有利於南來氣流北上的配置。

因此當前副高的狀況可以做個小結:

反聖嬰剛結束後偏高的西熱帶太平洋海溫大致維持,整體而言沃克環流及哈德里胞在西太平洋低緯處的上升是較為明顯的。

配合QBO西風相位抵達,西太平洋低緯上升支預計可維持,

這意味著副高勢力較不易西進,副高偏東發展,勢力撤出南海。

而隨著PNA機制漸漸趨向正常值偏負,配合大西洋的波動能量東傳、極區冷空氣外洩顯著,副高脊為有機會配合鄂霍次克海阻塞在近中太平洋轉向北發,大氣環流上有助於經向形式的維持。

配合副高,有機會讓南方氣流進一步北上,有利於降雨。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

講完中緯度及副高,來看看熱帶以及南半球的狀況:

熱帶30~60天為周期的季內震盪(MJO)通常在通過臺灣之後會引起南海一帶局地的西風增強,其本身伴有顯著的對流訊號,所以有些研究也將MJO進入南海-臺灣一帶大氣視為夏季季風肇始的指標,在自東非到中太平洋這段MJO活躍區間上,臺灣位於5相位左右,來看看未來的季內震盪預測:(左:EC     右:NCEP)

ECMF_phase_MANOM_51m_full.gif NCPE_BC_phase_21m_full.gif


未來兩周的季內震盪預測出現大致上在3~4相位(東印度洋至印尼群島)活動,強度不強。

EMON_phase_MANOM_51m_full.gif


更長期的月預測(準確度較低),也認為5月中旬以後MJO有偏向3~4相位活動的趨勢,6月才慢慢減弱通過臺灣,強度也不強。

雖然目前看起來在近期至中後期難有顯著MJO訊號通過臺灣南海一帶,但近期的研究顯示,位於3~4相位活動的MJO會透過激發高層大氣波列活動,影響到臺灣附近的降雨狀況:







一旦MJO持續在第三、四相位附近活動時,高層激發出的波列傳遞至臺灣附近時會剛好使臺灣的中高層大氣呈現氣旋式距平風場,有利大氣平均狀態變得較不穩定有利上升運動產生降雨。(Hung et al. 2014)

此外,有一種在暖季較明顯的季內震盪模態"Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BISIO"也是必須注意的訊號,此種季內震盪對流訊號比較不像冬春活躍的MJO由西印度洋往中太平洋傳遞,比較像是由熱帶中印度洋(1~2相位)-孟加拉灣(3~4相位)-印尼群島(海洋大陸,5~6相位)-東北亞(7~8相位)這種"西南向東北"傳遞的對流訊號,3~5相位大約可以囊括孟加拉灣至臺灣一帶,因此BISIO位於此區域活動同樣有助加強臺灣至南海一帶的對流活動:(左:EC   右:NCEP)

BSISO.ECM.png
BSISO.GFS.png
OLR.ECM (1).bmp OLR.GFS.bmp
(藍色為對流活動旺盛區域)

從EC跟NCEP兩家模式對未來兩至三周的對流活動狀況研判,BISIO對流訊號集中孟加拉灣至臺灣一帶活動,同樣有利此時期臺灣的降雨。

看完了MJO的部分,看一下熱帶西風的變化,事實上受惠於副高偏東發展勢力難進南海一帶,今年的東南亞一帶有比較早的跨赤道西風發展,原因除副高撤出南海以外,四月中旬的孟加拉灣熱帶氣旋活動也改變了氣流走向:

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四月中旬熱帶氣旋活動以後引發了東南亞至臺灣一帶較弱的西南風增強伴隨水氣輸送(綠色表水氣輻合區),且並未中斷,因此此時的西南季風路徑上面其實已約略形成雛形,但距離大舉爆發時間尚早,不過近期有明顯季內震盪持續活動,對於西南季風肇始及強度維持的效果應是顯著的。

談到季風,南半球的影響也是十分重要,畢竟南印度洋的副高扮演著跨赤道流的源頭:

bpxqgi20170509060805.gif compday_POhldvUMoW.gif

可以看到在南印度洋有異常強烈的反氣旋式距平風場,同樣可以從海溫以及垂直運動變化分析其由來:

61.56.15.3.134.11.1.23.gif

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上述分析可以看到在海洋大陸以及西南印度洋均有高海溫及強上升,激發出東南印度洋一帶輻合下沉,並受惠東印度洋低海溫而維持強反氣旋距平,如此看來,今年入夏前的跨赤道流強度可能較為可觀。

上述的海溫分析看到了在海洋大陸及西南印度洋偏高的特徵,這又伴隨與前述太平洋區不同的震盪機制,而這些機制將會對夏季季風及梅雨季時的降水產生影響:

先來介紹海洋大陸地區的對流層準兩年震盪:TBO

對流層准兩年震盪(TBO)。是一種在海洋大陸(下圖)的海溫與對流訊號准兩年變化,如左圖:A年夏季該區高海溫強對流發展導致亞洲夏季季風降水變多,但對流發展及其造成之輻合較強風導致夏末入秋冬該區海溫下降,大氣偏穩定不易有對流,維持到B年入夏,B年夏季亞洲季風降水偏少,該區晴朗容易受熱海溫又於秋冬上升並維持到C年夏季再度使亞洲季風對流降水增加…迴圈。

圖片3.gif

偏高的海洋大陸海溫有助於局地對流的強化、水氣潛熱通量增加,有助於跨赤道流攜帶更多水氣北上,因此看起來在梅雨季有較強的跨赤道流及海洋大陸高海溫,且此高海溫區延伸至南海,對於西南季風中水氣量增加,是有幫助的。

最後一點,則是印度洋東西海溫向的變化形態,一般來說在西印度洋至東印度洋同樣類似太平洋存在海溫高低的年際變化
被稱為印度洋偶極子(IOD (Indian Ocean Dipole)),正相位一般為西印度洋偏高,東印度洋偏低,副相位反之:

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當前印度洋呈現正IOD狀態,對應索馬利亞噴流產生之強跨赤道流路徑,類似前述的TBO效應一般,預計可能增加跨赤道流攜帶水氣量

至於IOD能否透過遙相關機制影響到臺灣梅雨季降雨,這方面機制目前不明,有待研究,不過決定梅雨結束與否的南亞高壓成型,在過去的研究中似乎與正IOD存在負相關性:

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而若是要直接看青藏高原上南亞高壓可能預期的強弱,作為熱源的高原本身便與高壓強度息息相關:

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資料顯示春季以來青藏高原上的積雪出現了異常極大值,原因礙於篇幅就不詳究,代表高原加熱效應預期較差,加上IOD偏正相位以及中緯度可能的冷空氣活躍,南亞高壓受高原加熱效應登上高原的時間以及強度可能偏晚偏弱,這也將影響副高使其西伸北跳的時間較晚、西伸不易。

綜合以上,今年的梅雨季似乎是較值得期待的,似乎有機會一掃2014年以來的頹勢,從降水因子來看似乎都有機會達到正常狀態,因此個人推測梅雨季降雨的平均值應該至少能達成正常值,不至於偏少,是否較氣候值偏多的可能性,似乎也不能說沒有。

看完的朋友感謝,靜待出梅后的較驗比對。

全文完。

參考文獻:

Meehl,G.A., 1987: The annual cycle and interannualvariability in the tropical Pacific and Indian Ocean regions. MonthlyWeather Review, 115,27--50.

Meehl,G.A., 1993: A coupled air-sea biennial mechanism in the tropical Indian andPacific regions: Role of the ocean. Journalof Climate, 6,31--41

Chi-Cherng Hong,Huang-Hsiung HsuHsin-Hsing Chia,Cheng-Ying Wu, 2008: decadal relationship between the North Atlantic Oscillation and cold surge frequency in Taiwan.

Hung C.-w. ,H.-J. Lin, P.-k. Kao, M.-f. Shih, W.-y. Fong, 2016:Impact of the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation on the Western North Pacific Typhoons and Rainfall in Taiwan Terr. Atmos. Ocean. Sci.
(SCI)

陳泰然, 1987 台灣乾濕梅雨期之平均環流特徵。大氣科學, 15 17-30。

李崇银,穆明權. 赤道印度洋海溫偶極子型震盪及其氣候影響[J]. 大氣科學, 2001, 25: 433-443.

資料來源:

中國國家氣候中心
NOAA氣候預測中心      
NOAA-ESRL(地球系統研究實驗室)
WMO東京氣候中心   
compday.osQGocEFVg (1).gif

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