- 學位論文
利用雲解析模式模擬旋轉輻射對流平衡下對流集結之特徵
The Characteristics of Convective Aggregation in Rotating Radiative-Convective Equilibrium Simulated by a Cloud-Resolving Model
若您是本文的作者，可授權文章由華藝線上圖書館中協助推廣。
摘要
輻射對流平衡（Radiative Convective Equilibrium, RCE）為熱帶大氣的氣候平均結果。在旋轉場之下達成的輻射對流平衡，即為RRCE（Rotating RCE），其結果將伴隨一個或多個TC（Tropical cyclone）。多TC並存可免除模式邊界對TC的影響，方法為增加水平模擬範圍大小，或增強旋轉場f。 本研究使用雲解析模式VVM來模擬RRCE，1024公里模擬範圍的實驗僅得到單一TC，3072公里模擬範圍則得到一個以上TC。在大範圍實驗中，藉由改變背景渦度場f與SST（Sea surface temperature）進行敏感度測試。強渦度場的TC大小與強度約略與SST成正比，TC數量與SST成反比；弱渦度場的TC個數少，TC強度受邊界影響。 在第一個TC形成前後，水氣極大值驟增，其上限由克勞─克拉方程控制，水氣極小值略降但大部分網格向極小值方向靠近，其下限由TC強度控制，即乾區變乾、溼區變溼、水氣往對流處集中的「對流集結（Convective aggregation）」特徵，SST愈大此現象愈明顯。 本研究以深度優先搜尋的連通元件標記法訂出獨立的雲元件，雲數均有先升後降的趨勢，因而定義發生雲數極大值的時間為對流集結時間。背景渦度場愈強，對流集結效率愈好。在對流集結時間前後，平均雲體積有顯著變化。 在TC旋生過程中，渦度熱塔（Vortical hot tower, VHT）扮演了重要角色。VHT雲數亦有先升後降的趨勢，且背景渦度場愈強下降得愈快。強渦度場在對流集結時間之後，VHT整體的體積均開始顯著增加，且SST愈大VHT往大雲集中的現象愈明顯。弱渦度場的VHT體積增幅相對較緩。 本研究歸納了理想數值實驗的對流集結現象的幾個特徵：雲的數量減少、雲的平均體積增加、水氣往對流處集結以致溼區更溼及乾區更乾。雲數極大值可以有效判斷對流集結的發生時間。
參考文獻
Arakawa, A., and C. M. Wu, 2013: A Unified Representation of Deep Moist Convection in Numerical Modeling of the Atmosphere. Part I. J. Atmos. Sci., 70, 1977-1992.
Arnold, N. P., and D. A. Randal, 2015: Global-scale convective aggregation: implications for the Madden-Julian oscillation. J. Adv Model Earth Syst., 7, 1499-1518.
Boos, W. R., A. V. Fedorov, and L. Muir, 2015: Convective self-aggregation and tropical cyclogenesis under the hypohydrostatic rescaling. J. Atmos. Sci., 73, 525-544.
Bretherton, C. S., P. N. Blossey, M. F. Khairoutdinov, 2005: An energy-balance analysis of deep convective self-aggregation above uniform SST. J. Atmos. Sci., 62, 4273-4292.
Chavas, D.R., and K. A. Emanuel, 2013: Equilibrium Tropical Cyclone Size in an Idealized State of Axisymmetric Radiative-Convective Equilibrium. J. Atmos. Sci., 71, 1663-1680.
延伸閱讀
- Chen, Y. C. (2017). 雲解析模式模擬 MJO 抑制相位中集結淺對流雲之特徵 [master's thesis, National Taiwan University]. Airiti Library. https://doi.org/10.6342/NTU201700683
- Chen, Y. T. (2018). 以雲解析模式探討對流集結特徵 [master's thesis, National Taiwan University]. Airiti Library. https://doi.org/10.6342/NTU201802385
- Chu, H. Y. (2019). 以雲解析模式探討中尺度對流渦漩對熱帶旋生之作用 [master's thesis, National Taiwan University]. Airiti Library. https://doi.org/10.6342/NTU201901531
- Xie, Z., Wong, P. K., Zhang, L., & Wong, H. C. (2012). Numerical Modeling and Control of Rotating Plate with Coupled Self-Sensing and Frequency-Dependent Active Constrained Layer Damping. Mathematical Problems in Engineering, 2012(), 1005-1019-063. https://doi.org/10.1155/2012/194010
- Hsu, C. H. (2022). Evaluating the Convectively Coupled Equatorial Rossby Waves in the Hindcasts of Four Global Models with Different Convection Representations from a Lagrangian Perspective [master's thesis, National Taiwan University]. Airiti Library. https://doi.org/10.6342/NTU202203136