熱帶氣旋外圍雨帶之起源

熱帶氣旋（颱風）是自然界最具破壞力的天氣系統，而熱帶氣旋外圍雨帶(outer tropical cyclone rainbands, TCRs)是其風暴範圍內劇烈降水與危險天氣集中區域之一。儘管過去數十年來氣象界已針對外圍雨帶的各個面向進行探究，但是外圍雨帶的起源仍舊是大氣界未解之謎。

臺灣大學理學院大氣科學系教授游政谷研究團隊利用2002至2019年長期的臺灣全島地面雷達觀測網資料（中央氣象署提供）、大尺度再分析資料及其它熱帶氣旋觀測資訊，從95個侵臺颱風中成功辨識出1029個在初生階段的外圍雨帶，並透過此巨大雨帶資料庫進行詳細的統計與診斷分析，嘗試釐清熱帶氣旋外圍雨帶的生成過程，相關研究成果以「熱帶氣旋外圍雨帶之起源」(Origin of outer tropical cyclone rainbands)為題，於2023年11月3日刊登於卓越期刊 Nature Communications。

研究顯示，絕大部分的外圍雨帶（約97%）都是在熱帶氣旋外圍區域生成(outer origin)，此觀測結果與理論（模擬）研究強調外圍雨帶是在熱帶氣旋內圍區域生成(inner origin)並向外移行至外圍區域的論點大相逕庭。而絕大多數外圍雨帶的移速與重力波(gravity waves)或渦旋羅士比波(vortex Rossby waves)的理論傳導速度有明顯不一致，據此推斷大氣波動對於外圍雨帶的起源並沒有直接貢獻。此外，論文進一步指出，外圍雨帶生成區域常常具有類似颮線環境的低層垂直風切與內流特性，且移速較快的類颮線(squall-line)外圍雨帶傾向於在熱帶氣旋外圍降水區的邊緣地帶形成，這些原先存在於外圍區域的降水可能為冷池(cold pool)的關鍵初始來源，並透過冷池與低層垂直風切交互作用（即颮線動力，squall-line dynamics）進而促使雨帶的生成（圖a）。另一方面，並非所有的熱帶氣旋外圍雨帶皆會表現出與颮線類似的環境與移動特徵，統計顯示這些非颮線(non-squall-line)雨帶並不少見，然而其移速相對較慢，且經常在無顯著降水或是在廣泛分散的弱降水區域中形成（圖b），這些，特性與類颮線外圍雨帶形成強烈對比。很顯然地，原本存在於熱帶氣旋外圍周遭的環境降水特徵是決定類颮線外圍雨帶與非颮線外圍雨帶的重要因子。

雖然此論文對於熱帶氣旋外圍雨帶起源，提供科學上重要的線索和啟示，但也突顯人類對它瞭解的不足；尤其是熱帶氣旋內部冷池的各種可能來源、局部低層垂直風切的時空變異性、非颮線外圍雨帶生成過程以及outer-origin過程的理論模型建構，仍有待未來更多熱帶氣旋觀測與模擬研究的探索與努力。此研究成果第一作者為臺大大氣系教授游政谷，博士後研究員林哲佑及研究生潘知行。感謝臺大與國科會對此研究的支持。

研究成果全文：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42896-x