降雨預報應用專題
1.降雨預報使用指引

預報使用指引

1. 颱風「降雨」預報遠比「風力」預報為難。
2. 影響風力預報為水平風速。而降雨預報牽涉因素卻有三,即:垂直運動、水汽及大氣穩定度。
3. 臺灣颱風降雨原因可粗分為三類:(1) 地形雨,(2) 環流雨,(3) 中、小尺度對流雨,含螺旋狀雨帶。
4. 颱風環流可分為「外圈」與「內圈」,此可參見圖1,由圖可見「外圈」風向變化小,氣流軌跡曲率小,其範圍凡內圈(半徑約100公里)以外均屬之,遇山時最易產生「地形雨」。「內圈」因風速大且風向多變,幾均以氣流「輻合」所產生「環流雨」佔勢。「內圈」中「地形雨」不重要的原因是,氣流軌跡曲率大,風向變化大,故一地(區)受「地形」影響的時間小。
5. 要預報臺灣颱風降雨,因有中央山脈影響,故需將颱風路徑作「分類」處理。因地形是不變的,故相同路徑(相對於臺灣位置)與強度颱風,其各地降雨大小及型式略為相同,故「類比法」颱風「降雨預報」在臺灣有其特別意義。此亦為此項各地各颱風降雨資料之「價值」所在。
6. 臺灣颱風路徑「分類法」討論,可參見本報告之「上篇」「風力預報」部分。因歷史鄰近臺灣颱風路徑極多,若無「分類」,即「雜亂無章」(見該文),無法作颱風預報之應用參考。該文中並有颱風類型「8位碼」的分類法,除「路徑」外,旁及颱風「強度」及「範圍」(風力半徑)。由該文,使用者即可做所欲預報颱風之路徑「分類」(主要之圖見圖2)。因各颱風資料中均附有「8位數類型碼」,見各圖中之「右上角」,如此你方可「迅速」的找出,可供你降雨預報「參考」的歷史颱風資料。
7. 本篇中附有兩種資料,其一為鄰近臺灣颱風各地「總雨量」分布,自1946(民35)年開始,以及各地累積24小時最大雨量分布(即一次颱風過境期中,所選出的最大連續24小時雨量累積值),均自1961年開始,至1997年為止。因通常一次颱風過境,平均言不超過24小時,故正常颱風過境情形,各地各颱風「總雨量」與最大24小時累積雨量基本上應略相同。
8. 如各地颱風「總雨量」與最大「24小時累積雨量」相差甚大時,不外為下述因素,即:(1) 颱風半徑「甚大」,(2) 颱風移速甚緩,(3) 颱風與其他氣壓系統「共伴」,最常見的為:秋、冬時間的與冷高壓「東北季風」環流「共伴」;亦可見與「信風」共伴者,此時其東北方通常均有頗著「副高」存在。
9. 本資料圖中,可發現臺灣範圍略僅300 ×100公里(即3 ×1經、緯度),但由於中央山脈存在,不同颱風路徑有不同的山脈「迎風面」與「背風面」,故可發現,各地(區)常是雨量「懸殊」。此為「地形雨」的「精髓」所在。如有「能力」作「地形雨」之預報,即對臺灣颱風降雨各區「定量」預報,雖不中亦不遠矣!
10.

有一種「圖型」,最易表現其對臺灣各地「降雨」及「風」的預報能力者,即本研究「上篇」中,臺灣颱風「流型」的劃分,主要之圖可參圖3。由圖可見颱風侵襲時,其「外圈」(定義見上之「4」)流型可分為四,即:(1) 沿山流,(2) 繞山流,(3) 爬山流,(4) 下層為「繞山流」、上層為「爬山流」之兩者「組合流」。降雨預報與風一樣,實端賴你對此項圖形的「辨認」與「預報」能力。

11. 上述這些「流型」(圖3),是可作「定量」之「辨認」的,有兩項因子控制它:其一為「氣流進入角,α」,即颱風來時,其氣流與「中央山脈長軸」方向(約偏東20°)之夾角(常可以彭佳嶼之風為代表);其二為夫如數(Froude number),表如:Fr=U/NH,其中U為颱風上游正對山脈的氣流分量(以公尺/秒表示);N為大氣穩定度參數,與探空有關,可以0.01秒-1代表;H為當地之山脈高度。該Fr值一般常可以風速大小(U)為惟一決定,因N,H假定為已知(詳見上篇附錄二)。
12. 颱風「流型」與「風、雨」關係:(1) 颱風「流型」之「氣流進入角,α」為<70°時,即為「沿山流」,各地為「風大」「雨小」;如為(2) 繞山流,即α>70°,Fr<0.5時,此時臺灣為「風小」,「雨亦小」,沿海各島嶼即有大風,此可以「動能保守」觀念處理;(3)如為「爬山流」,即α>70°,Fr>0.5時,此時山脈迎風面多「地形雨」,背風面即有「焚風下坡流」,幾乎焚風預報,「流型3」為唯一決定;(4)上述(2)與(3)之「組合流」,一般略在α>70°,F∼0.5(下層<0.5,上層>0.5)時山脈迎風面仍有「地形雨」及背風面即有「輕度焚風」。又α角=70°時,一般為不定。
13. 由上(12)討論,可見山脈「迎風面」不必一定有「地形雨」。基本上,由「α」值及「Fr」值決定。因各類颱風路徑之山脈「迎風面」均有不同,且又隨颱風「位置」而有變化,故就地形雨部分而言,亦很不簡單。但上述夫如數之大小,各颱風來襲時各「區」該項之值,略均可「審知」,故「地形雨」預報仍可有相當把握。
14.

至此已可談臺灣颱風降雨「分布」。可發現除颱風移速外,有一項颱風本身「參數」,極為重要,即為颱風環流的「暴風半徑」。此可參見 2001年圖4「尤特」圖5「潭美」颱風的日雨量圖。由圖4「尤特」之例,可見宜蘭南部山區有最大降雨(24小時超過300毫米),距颱風中心約均在500公里以上,由此亦可見颱風「暴風半徑」之重要。又由圖可見降雨均集中在中央山脈之東部,藉颱風「外圈」與「內圈」流場模式圖圖1可知,此時颱風北半部之環流均為東來風,故相對於「尤特」颱風而言,中央山脈東側是「迎風面」,以致「地形雨」(「外圈」降雨)均集中在山脈東側,西側平地區域,雨量則均為「0」。

圖4「尤特」之例,可見宜蘭南部山區有最大降雨(24小時超過300毫米),距颱風中心約均在500公里以上,由此亦可見颱風「暴風半徑」之重要


 

15. 2001年7月「潭美」颱風雨量均集中在臺灣南半部,北半部雨量略均掛「0」(圖5a),基本上亦是該小颱風半徑太小之故。故雖同為山脈東部之「迎風面」,但成功以北,略均「無雨」。
16. 何以「潭美」颱風降雨均集中於高雄區,且雨量極大(見圖5a)。有些颱風降雨大、小,完全不與颱風之強度成比例,潭美颱風即是,即:「小颱風大降雨」,此應與颱風環流內之「中、小尺度對流雨」有關。蓋因局部對流亦可產生極大「垂直速度」(見上述(2)降雨三因素),而此時恰巧出現在高雄市與高雄縣一帶。致該區水災慘重,損失重大,為歷史上所未有。大家可能還記得民國48年的「八、七水災」,中部死了一千餘人,實際亦是小颱風。那時目見者回憶說,該天晚上,天空閃電頻繁,且大雨傾盆,故實際亦是小颱風中之「中、小尺度對流系統」之降雨。
17. 由此處各地降雨資料,對照「上篇」同一颱風各地之風資料,則可略知「風」與「降雨」間之複雜關係。一般而言,「中小尺度系統」之「豪雨」,利用雷達、衛星及遙測雨量站資料,可作「即時預報」,此項技術仍在發展中。
18. 還有一種颱風「降雨」,往往造成嚴重水災,即為「颱風與東北季風共伴環流」降雨(參見表1及附圖中各類型碼,最後一位數字為"M"的都是),此可參見圖6之2000年11月1日「象神」颱風之降雨量。由圖可見,由於東北季風共伴環流影響,降雨都集中在臺灣北部,致臺北縣汐止一帶有水淹至「兩層樓」的。類此共伴環流降雨之颱風很多,1987年10月的琳恩颱風亦是一例,除臺北縣嚴重水災外,臺北市東部亦慘遭淹水。
19. 颱風降雨與風分布上,另一項顯著不同之特徵為:颱風一過,風力變化即回復正常,但降雨情形即遠為複雜。例如2001年7月潭美颱風,在該小颱風過後的第二天(12日),颱風警報已經解除(11日20時解除),但當日南部仍見豪大雨,因為有「西南氣流」(因有帶來水汽,但不必一定要有大風)。特以高雄一帶卻見有日雨量130-150毫米的豪大雨中心(圖5b)。已是水災嚴重不堪,結果「屋漏又逢連夜雨」。原因是颱風過後臺灣西南部,如帶來溫濕均高的西南氣流,勢必仍可再有豪大雨。
20. 由2001年潭美颱風已略可知,颱風降雨預報問題之困難性,即因中小尺度對流降雨之介入之故。另一圖7--2001年7月底之桃芝颱風之降雨,更駭人聽聞。即:颱風降雨之大小,常不按牌理出牌。因如桃芝颱風西移登陸之個案甚多,而未見有如此短時間內之猛烈降雨(參見圖7),致花蓮與南投損失慘重。綜其因素頗有可能因颱風內圈氣流與山脈效應造成多重尺度之降雨有關。類此2001年之「潭美」與「桃芝」颱風雨量之鉅尚不可解,而有待進一步研究。
21. 2001年9月之納莉颱風侵襲臺灣,路徑之奇及降雨之猛均為歷史上所未見。圖8a即為9月17日水淹「北臺灣」之日雨量分布(毫米)圖。但要預報則極不簡單。圖8b為9月16日10 UTC至18日09 UTC之臺北氣象站逐時降雨與風、氣壓、溫度、露點等關係圖。其中第一階段(見圖中之(a))為颱風中心過境臺北造成之降雨;其他,第二、第三階段(見圖中之(b)與(c))之降雨則均極為特殊,均見有氣流之局部輻合,此各可參見圖8c至e之地面流場分析圖。另外圖8f至h為各階段降雨之雷達回波合成圖,以及圖8i至L為該颱風在臺灣各時段之天氣詳圖。對降雨成因之詳細分析,非本文之範圍,可參見王等(2001)。
22. 一些參考之參數及量值
  (1) 颱風各類降雨時間尺度
a.「外圈」「地形雨」的降雨時間尺度∼一天(24h)= ∼24h(略與颱風過境時間相同)。
b.「內圈」「環流雨」的降雨時間尺度= ∼5∼6h(分子無需 ×2,因內圈環流過山後,常已遭破壞)。
c. 中、小尺度對流性降雨∼約數小時。
d. 與冬季風共伴降雨∼2天(冷高壓過境之「季風持續時間」)。
  (2) 降雨強度
a.「地形雨」略與局部之V.▽H(地形坡度)∼VZ(地形造成之垂直速度)有關。
b.「環流雨」略與內圈氣流「輻合」造成之垂直速度大小有關。
  (3) 地形誘生之中小尺度降雨
a. 風切線造成(圖9g)。
b. 輻合線造成(圖9h)。
  (4) 地形雨與山脈高度關係
a. 山高≦2000-2500公尺,向上增加。
b. 山高>2500公尺(中央山脈),向上減少。