冬天又到了，記得去年的此時穿短袖跟撐雨傘是基本的配備，冬至更是一度可以吃冰，氣溫在隨後的帝王寒流來襲之後回復到正常距平甚至有點偏冷，然而整個冬天似乎都是多雨的：
（2015/12-2016/2 中國華南-台灣降水距平，綠色為高於氣候平均）
如此的氣候型態與此刻厚重衣物出籠的狀況相比確實十分反常，一年後的今天，來看看在本該為冬季的去年此時，臺灣附近的大氣環境發生了哪些有趣的變化：
水從哪裡來？
這個問題的答案很可能得從冬季平均的水汽傳輸過程來看看，如下圖水汽通量圖所示：
圖上可以看出冬季水汽主要來自南方，跟中緯度綜觀尺度過程較無關聯，故考量到熱帶的因素，可能就得從熱帶大尺度的海氣交互作用過程或是非中緯度的綜觀尺度天氣系統的活躍過程上來看：
由於從氣候平均的觀點來看，這個冬季呈現從熱帶往北傳輸水汽的大尺度平均過程，所以先從熱帶大尺度的因子來加以分析。對冬季而言，比較常影響到大尺度水汽傳輸過程的因子除了海溫變化驅動的大氣環流狀態以外，冬季活躍的季內震盪訊號也常常扮演影響水汽傳輸趨勢進而改變降雨型態的重要腳色，先以文獻回顧來看看季內震盪訊號如何影響到臺灣冬季的降雨：
文獻引用：Hung, C.-w., H.-J. Lin and H.-H. Hsu, 2014: Madden–Julian Oscillation and the Winter Rainfall in Taiwan. J. Climate. 27, 4521-4530.
本研究中發現，當MJO(季內震盪，下同)對流訊號傳遞至第三、四相位(東印度洋至海洋大陸一帶)，可以透過大尺度對流訊號在低層大氣引起的風場改變，亦即產生類似Gill model的加熱現象，在對流所在位置的東／西兩側低層大氣分別產生出氣旋／反氣旋的風場距平，反映在高層則會呈現對流區東／西兩側為反氣旋／氣旋的風場距平，在高層的部分更會激發出波列往中緯度傳播，一旦MJO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：
(Gill model中描述加熱效應影響到高低層風場狀態示意圖)
(上圖：(Hung et al. 2014)研究中對於MJO訊號相位與臺灣降雨距平之關係示意圖)
(中及下圖：該研究中描述MJO訊號如何激發出波列向中緯度地區傳播進而影響到臺灣一帶大氣風場距平，中圖可以看到)
根據該研究結果來看看當時MJO的訊號傳播狀況，是否對台灣造成顯著的降雨影響：
(2015/16年冬季的MJO對流訊號時間-經度分布)
從上圖來看，冬季的MJO訊號主要在西－中太平洋等區域活動，僅在1月下旬至2月於三、四相位(黃框)有一次稍顯著的活動，但強度及時間既不強也較短，跟持續整個冬天的偏濕訊號相比不論是時間及空間尺度上皆不太吻合，且MJO訊號顯示冬季主要在中至西太平洋活動，在前述研究中此種型態反而不利於臺灣降雨量的增加，故此事件中MJO應該不是造成降雨異常的主因。
大尺度的非絕熱過程除了MJO訊號之外，海溫的改變也能驅動大氣環流(比如前述的Gill-model就是高海溫為主因的機制)，並產生出類似前述的波列傳遞過程，影響到熱帶外的區域，這些效應一般稱為遙相關過程，來看看此時的上述東印度洋至海洋大陸的海溫狀態：
可以看到去年深秋開始在東印度洋至海洋大陸的海溫便大幅竄升，並於今年一月初達到破紀錄的極值，維持超過半年，跟過去資料相比是相當反常的狀況，不論是高海溫展時期以及極值皆然。
前所未見的（至少近30年中沒有這麼早的，1998年事件是該年一月才開始發展）偏早且大幅度的海溫發展訊號，
對於大氣環流狀態是否造成了影響，透過下面的資料來看看：
(850hPa垂直運動距平)
(200hPa冬季風場距平，主要反氣旋／氣旋距平分別以A／C表示)
(850hPa冬季風場距平，主要反氣旋／氣旋距平分別以A／C表示)
可以看到在去年冬季的東印度洋至海洋大陸有顯著的上升運動，在低層有顯著的如同前述研究中的Gill-type風場距平，高層更有自西印度洋向東北往日本方向傳播的波列，臺灣附近更是自低層到高層皆為氣旋式風場，到這裡我們似乎可以得出一個”可能”的結論：偏早、大幅度、大尺度且持續的海溫異常偏暖過程扮演了類似MJO的非絕熱加熱機制，驅動了大氣環流，產生了與(Hung et al.2014)十分相似的結果：透過加熱改變風場並激發出波列往中緯傳播，影響到臺灣使之呈現氣旋式距平風場，加大不穩定度有利降水。
|
|
此外，低層的風場距平似乎也可以看出，自低緯到高緯也有疑似波列傳遞的跡象，或許可以解釋臺灣至中國低層氣旋式風場距平的由來，但對流層低層有地形以及較複雜的天氣系統，故此機制可能性存疑，只能說疑似有。
上面的第一個結論說明了此效應似乎有利於臺灣一帶大氣的不穩定，但在水汽傳輸的過程中，則需要自低層環流場的改變加以探討；
從上圖低層風場距平可以看出，在孟加拉灣至南海有一個反氣旋距平，這可能是Gill-type加熱效應中在加熱區的東北側低層大氣的弱反氣旋式距平：
而從高海溫的觀點：加強上升這點來看，上升運動在前述的低層垂直運動距平場可以看到在高海溫區確實有被強化的趨勢，對於該區對流層整體的影響呢？
從上圖的垂直運動距平空間剖面圖，可以看出高海溫似乎激發出了上升運動，在南海低緯處下沉，形成了一個局地的哈德里環流，故可以得出第二個可能的因素：Gill-type的非絕熱作用產生的弱反氣旋距平，可能因海溫的持續加熱產生的局地哈德里胞在低緯處的下沉作用得到強化，扮演持續將南方水汽北傳的腳色，影響中國華南沿海至臺灣一帶的降水。
整體來說，這次個案中初步分析的結果似乎可以用海溫異常加以解釋為何降雨偏多，概念圖大致如下：(注意：這是本個案，非通例)
到這裡，似乎可以看出來此次冬季異常降水與南方的東印度洋－海洋大陸於秋季大幅發展的高海溫事件有不小的關聯。至少從大尺度過程來看是如此的。
從這次的個案中，可以發現東印度洋至海洋大陸在冬半年的海溫發展似乎對於臺灣的冬季降雨量似乎有些影響，然而這是單一個案，孤證不成例，不過在前述的溫度序列中可以看到過去三十年中也有數次類似的事件。因此，若能結合雨量資料來找出相關性及透過更多的個案佐證上述的概念圖，並釐清這些個案中其他大尺度海氣遙相關過程(例如ENSO)扮演的腳色，也許有助於冬季臺灣地區降雨趨勢在預報上的掌握程度。
(挖了一個大坑給自己跳，希望能補滿Orz)
留言列表
