總算下完了，這大概是8/5以後臺灣人的共同心聲
持續性、非颱風影響、罕見的強降雨
讓這個7月濕到不可思議的程度
本次氣象署自7/28起至8/4開設豪大雨應變加強測報作業
降雨的持續性在盛夏的7月十分罕見
11個平地署氣象站平均為百年來第2高
臺南的日照時數也是1999年第2高低
多雨陰霾是這個月多數臺灣人的的共同心聲。
從基本的背景特徵來看造成7月持續偏濕及月底持續性強降雨的成因
整個7月，從500高度距平場和850hPa流函數距平場(圖1)來看，臺灣一帶往北至日本，存在一個氣旋/反氣旋結構
氣旋風場在低緯度部分與跨赤道流銜接，伴隨氣旋風場內的對流活躍訊號，以及向北傳遞的波通量，及一個位於日本一帶的反氣旋距平
這個是氣象上很有名的遙相關結構"太平洋-日本遙相關型"
"Pacific-Japan teleconnection pattern(Nitta(1987)，簡稱PJ pattern)"
一般指熱帶西太平洋海溫偏高或低激發出的中低層大氣異常環流，在驅動出往日本甚至更高緯度一帶的異常環流波列
中低層大氣的動力場上呈現PJ pattern的特徵
來看看高層大氣狀況
在200hPa流函數距平場(圖2)上，日韓到中國華北呈現一個寬廣的反氣旋距平
其實整層大氣從低層到高層
30-40度的東亞區域，整個7月都是異常的反氣旋距平
可以解讀成副熱帶高壓偏北
30度以南以氣旋是風場結構為主
這個穩定且持續整個7月的結構，其南側的氣旋式風場
就是造成7月臺灣一帶持續偏濕的因素
而這個偏濕訊號在7月下旬又進一步造成了臺灣持續性的西南氣流強降雨
接下來是拆解的部分了
首先先看到風場結構的變化，緯向風場距平的變化很能反應出大氣環流的異常演變
特別是7月異常環流配置呈現經向型態的時候
在850hPa的東西緯向風場距平上，可以看到在較東亞近海區域北側高緯度的25-35N(圖3)在6月下旬時，就已經轉為東風距平(藍紫色)
而在較低緯度的南側15-25N(圖4)則在7月中上旬才出現明顯西風距平(紅黃色)
這意味著甚麼呢？
傳統上的PJ pattern觀點是熱帶西北太平洋低緯度海溫加熱激發出異常局地環流，並伴隨中低層大氣向北傳遞波列
但這一次在風場演變上可以看到，構成南半部整個PJ pattern氣旋式風場結構的順序，是由北往南發展的過程
整體的緯向風場距平沿緯度分布隨時間變化(圖5)，可以看出30N以南有東西風場構成的顯著氣旋式距平，比起30N以北的東西風場構成顯著反氣旋距平
還要晚大約10天。從經向風場距平沿經度分布隨時間變化(圖6)也能看出南北風場距平構成的低緯度氣旋式環流也在7月中旬以後移動到西太平洋近岸
構成PJ pattern氣旋式風場的部分，並維持到7月下旬
顯示7月中旬以後，這股PJ pattern訊號就產生並持續至月底，為臺灣的大氣不穩定提供了背景條件
同時，海溫距平(圖7)來看，呈現如同過去幾年類似的特徵，臺灣以東洋面大致偏暖，但還不如日本一帶高
且只有今年出現了如此明顯的PJ pattern，顯然大氣環流異常較海溫更可能是此次異常環流事件的主因。
那麼，來看看大氣環流場的演變如何催生出這個不典型的PJ pattern
在200hPa及850hPa波通量(圖8)上來看，6月底，200hPa有一股波列自西亞往亞洲傳遞，在日本時相位為反氣旋
同時期的低層大氣，850hPa的PJ pattern結構尚未發展
(臺灣東南方遠洋有一個對流區伴隨低層弱氣旋式結構，可能為季風槽)
到了7月上旬這股200hPa波列(圖9)依舊持續穩定由西亞往東亞傳遞，日本一帶維持顯著反氣旋距平，東風距平在25-35N強烈發展
因此可知，6月底至7月上旬的日本一帶強反氣旋以及較早發展的25-35N東風距平，應該是這股波列傳遞至東亞的結果。
在過去幾次的異常天氣分析事件裡常常可以看到所謂的波列訊號
簡單來說就是某地的加熱/冷卻會改變局地大氣狀況，形成異常環流，如果附近有噴射氣流
則異常環流伴隨的Rossby波能量會被束縛在噴流區域附近，被噴流傳遞到遠方大氣
在途經區域及下游大氣形成異常的環流訊號
這種噴流將原地異常環流的波動能量往遠方傳遞、並在沿途及下游形成異常環流的過程，就是所謂的噴流波導效應(Wave guide, Ambrizzi et al.(1995))
以夏季為例，上述此種夏季沿歐亞大陸上空副熱帶噴流自地中海、北非一帶向東亞傳遞的副熱帶波列,在 T.Enomoto(2003) 的研究中被提出探
討;研究中分析小笠原高壓(Ogasawara High,夏季日本南部一帶近海的局地反氣旋系統,常常被併入在副高系統中一起探討 ,也稱
波寧高壓(Bonin High)) 的成因及其深厚正壓結構進行探討時,認為小笠原高壓的活動及正壓結構成因,似乎與這股來自萬里以外
的波列訊號有關 而 由於此支波列位置近似古代中國與歐洲之間的貿易路線"絲綢之路",故文獻中首度將此支波列命名為"絲綢之
路遙相關形式(the Silk Road pattern, SRP,下同)(圖10，取自He et al.(2017)，黑實線/虛線為200hPa經向風距平，實線表南風反之為北風，紅色為噴流條)
在本次事件中SRP波列引發了30N以北盤據日本的反氣旋及較早發展的25-35N東風距平，可說是提供給7月副高持續偏北種下了原因。
而此時在南側15-25N東亞近海區域，一直到近7月中旬以後，才出現一波顯著的西風增強
觀察此時的季內震盪(MJO)，發現其於7月上至中旬開始於相位4-5活動，並於7月下旬移往中太平洋(相位6以後)
在MJO通過一區域之後，隨之而來的就是該區低緯度西風增強
這點也體現在近7月中旬的西太平洋25N以南區域
也因為這股西風增強訊號，造就了7月中旬開始有顯著氣旋訊號發展構成穩定至7月下旬的PJ pattern(圖11)
讓臺灣自7月中旬開始就是一路偏濕
但你可能會問，為何這股訊號可以一直維持這麼久？北邊高壓勢力何以維持穩定，不西伸東退南壓，就一直固定在那？
其實這就又回到波列訊號本身就為Rossby wave能量的傳遞方向，也就是群速
傳遞這個過程本身就是波能量的顯現，也就是造就過程中的高低壓反覆出現的空間特徵
以PJ pattern來說，低緯度的氣旋，其Rossby wave能往北傳遞反映在日韓一帶大氣，其實就是強化並維持了該處的反氣旋距平
所以PJ pattern可以說是接手了SPR波列激發的這個偏北反氣旋距平，如圖11提供往北的波通量，使反氣旋從6月底以來便持續盤據在日本一帶
也持續提供東風場配合低緯MJO引發西風距平，產生低緯度氣旋式風場，共同維持住PJ pattern
過程上來看是一種正回饋機制
此時期日本一帶的反氣旋在7月中旬起變得肥大盤據在該處，如此強烈異常的大氣訊號，很容易作為波列的能量源
配合噴流再度激發出新的波列，此即所謂的Circumglobal teleconnection (CGT)－環球遙相關機制(Branstator (2002), Ding and Wang (2005))(圖12)
從圖13來看，從7月中旬起至下旬，源自6月下旬的SRP波列告一段落，剩下7月中旬日本至北太平洋的反氣旋距平作為一個新的波列源
引發新一輪的環球波列CGT，於8月下旬再度在歐亞大陸上傳遞，以SRP的形式又回到日本，再度又強化日本當地的反氣旋距平
所以中旬至下旬除了PJ pattern由南向北的波通量，8月下旬的CGT-SRP波列，又再度接手提供反氣旋所需的波列能量
故7月中下旬，日本的反氣旋距平先後受到PJ pattern及CGT-SRP波列影響，持續在該處穩定少動
這是一個很重要的因素：
"穩定少動的偏北副高，造就了臺灣一帶大氣空出來，沒有抑制對流的副高存在，自然有利於氣旋式風場結構的持續穩定"
故7月中旬起到月底的臺灣多雨、周圍多熱帶擾動、颱風。
經向PJ pattern與CGT-SRP波列的交互回饋作用，產生並維持了臺灣至日本的氣旋－反氣旋距平
為7月底的西南季風持續性強降雨事件，提供了絕佳的背景場動力條件。
------------------------------------------------------------------------------------------------
動力足夠，接下來就是準備點火的階段了，正確的說法是，從文火燉煮轉成大火快炒
這個季節，最主要的大氣水氣來源當屬旺盛的西南季風，我們一樣可以從緯向U風場距平隨時間變化來一窺一二
首先是在圖4，我們可以看到在7月底的15-25N出現一股強烈西風距平
於是讓我們把焦點擺回上游，在圖14的緯向風場隨時間變化的南北向及東西向分布上
可以看到在緯向風東西向分布上可以發現，西風強風軸在東西向分布上大致位於120E，也就是臺菲一帶
所以圖4上的緯向風分布到月底增強，就要考慮強風軸的南北擺盪，可能是強西風軸由低於15N的區域北抬進15N以北的區域
這一點，其實在圖14的緯向風場隨時間變化的南北向變化上，出現了自7月中下旬至月底很明顯的北抬過程。
顯然看到這裡可以明白，月底這波臺灣附近的西風增強過程，乃是強風軸北抬造成
而在比濕分布上，我們也可以看到隨著緯向風場同步北抬到15N以北的過程(圖15)。
因此月底這波強西風軸帶來的水氣補給，是7月底至8月初臺灣附近強西南風降雨的主要成因。
所以最後就來看這股西南風軸北抬的過程究竟是何種原因導致
首先在前面我們已經提及了，PJ pattern持續了幾乎整個7月，南側氣旋式結構是臺灣持續多雨的原因
而其實大尺度氣旋式風場持續作用，也可以透過地球渦度效應(科氏效應)引發一些比較不一樣的次生環流結構
在Carr & Elsberry(1997)提及了熱帶氣旋常常由於東南側的西南-南風場，可以將低緯度靠赤道區域偏低的行星渦度往北帶
亦即在環流足夠大的颱風東南側會有負行星渦度平流(Beta-effect)，就會引發負行星渦度的累積
導致颱風東南側出現反氣旋環流，被稱為Ridge Modification by a Tropical Cyclone（RMT），為一種Rossby wave能量源的傳遞
反氣旋環流也會導致颱風路徑出現更多偏北分量，Carr & Elsberry(1997)概念模式圖如(圖16)。
這次事件，臺灣一帶在7月中下旬都被PJ pattern的氣旋式距平控制，長期作用的結果，在氣旋式距平風場東南側
似乎也因為類似熱帶氣旋東南側的Beta-effect引發了一個類似RMT的反氣旋結構，但範圍更大
這個反氣旋系統於7月底至8月初在低緯度西伸，鑽入氣旋式風場的南側
過程反氣旋北側跟氣旋式南側產生合流，加強西風，並因反氣旋西伸過程北抬至臺灣附近
如圖17及18的850hPa反氣旋西伸跟強西南風軸北抬至臺灣附近的過程
造成圖14跟15臺灣7月底的"強風帶水，下到發霉"
簡單的結論概念圖如下圖所示：
事實上5月份開始就有CGT以2-3週的週期運動，都有在日本至北太平洋引發反氣旋距平
但只有7月份這輪傳播因副熱帶噴流夠北，造成的反氣旋結構也偏北，再配合MJO活動
造就了持續性的PJ pattern，並與CGT-SPR波列對北方反氣旋結構進行正回饋
使得副高長期穩定偏北，有利臺灣一帶大氣不穩定
月底再配合氣旋式風場的Beta-effect引發反氣旋結構，產生強西南風並北抬至臺灣附近
造成7月底8月初臺灣進一步出現持續性強降雨
各種因素環環相扣，缺一不可
方能造就如此長時間偏濕以及長時間強降雨的事件
(全文完)
參考文獻：
Ambrizzi T, Hoskins BJ, Hsu H-H, (1995): Rossby wave propagation and teleconnection patterns in the austral winter. Journal of Atmospheric Science 52:
3661– 3672.
Branstator, G. (2002). Circumglobal teleconnections, the jet stream waveguide, and the North Atlantic Oscillation. Journal of Climate, 15(14), 1893–1910. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2002)015<1893:CTTJSW>2.0.CO;2
Carr, L. E., & Elsberry, R. L. (1998). Objective diagnosis of binary tropical cyclone interactions for the Western north Pacific basin. Monthly Weather Review, 126(6), 1734–1740. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1998)126<1734:ODOBTC>2.0.CO;2
Ding Q, Wang B.Cricumglobal teleconnection in the Northerm Hemisphere Summer［J］.Journal of Climate，2005，18：3483-3505.
Enomoto, T., B.J. Hoskins and Y. Matsuda, 2003: The formation
mechanism of the Bonin high in August. Quart. J. Roy. Meteor. Soc.,
587, 157-178.
He S, Liu Y， Wang H.Connection between the Silk Road Pattern in July and the following January temperature over East Asia［J］.Journal of Meteorological Research，2017：378-388.
Nitta, T. (1987). Convective Activities in the Tropical Western Pacific and Their Impact on the Northern Hemisphere Summer Circulation. Journal of the Meteorological Society of Japan, 65, 373-390.
https://doi.org/10.2151/jmsj1965.65.3_373
