從多頻微波影像剖析山竹極盛時的眼牆結構變化

多頻微波影像剖析山竹低中層的環流結構,研究發現山竹在極盛時期已出現雙眼牆結構。從14日晚上的影像所見,山竹當時的內眼牆風力較外眼牆強勁,而且內眼牆是完整的,外眼牆則不完整,顯示這是風暴出現雙眼牆或開始眼牆置換過程的初此階段。
 
當山竹橫過呂宋進入南海後,風暴的內眼牆已經減弱,相反外眼牆的風力較強,這可能是眼牆置換過程的中後期階段。如果要整個循環完成,山竹的外眼牆將會收窄並完全取代內眼牆,而山竹的強度亦會再度增加。不過後期的結果卻是山竹的外眼牆未能收縮,反而分解成多條螺旋雨帶,並且內眼牆以一個較弱的狀態存在,這表示眼牆置換過程在這時候中斷了。我們可以找到 CIMSS 的 MIMIC 影像動畫,看到山竹在登陸呂宋前還未完成眼牆置換過程,當時外眼牆已經有崩解之勢,由於兩個眼牆之間的乾區已經被重新填補,雙眼牆的結構已經不大容易辦認。
 

 
而研究表示當時南海的大氣環境不支援山竹重新增強,所以眼牆置換仍然沒有繼續下去。這個現象的結果構成山竹進入南海後有一個比較特別的結構,就是它的最大風速區離中心較遠,這一點導致山竹為本港帶來的風力超過了當時離風暴中心更近的澳門及珠海等地。
 


 
本文研讀自香港天文台刊登之科研報告 Insights from Super Typhoon Mangkhut (1822) for wind engineering practices。3.1.1. 部份:Results from satellite images

剖析山竹的溶解層和大氣邊界層高度

研究人員利用位於深水埗及長洲設置的垂直風廓線掃瞄儀剖析山竹的溶解層和大氣邊界層高度,這些實測結果可以幫助學者評估或修正以往研究熱帶氣旋結構的理論,從而改善數值預報的運算模型。
 

垂直風廓線掃瞄圖一例
  
溶解層是指大氣中冰晶開始溶解成水滴的高度,亦即是雨水開始降下來的高度。觀測指出山竹16-17日時的溶解層大約在5000米高空,這個觀測結果與一般熱帶氣旋螺旋雨帶內之層狀雲降雨區結構特徵相似。
 
大氣邊界層中有梯度風,邊界層上為地轉風,所以邊界層也可理解為氣流輻合之厚度。觀察所得,顯示山竹登陸時的邊界層厚度明顯比她在海上時增加(在海上時是500米,在登陸時有2-3公里),這也和前人的研究結果吻合。另外亦有研究指出,颱風登陸後減弱速度與登陸時邊界層厚度有關。登陸時邊界層厚度超過2公里的颱風減弱速度會相對較慢,這可能與較強的低層輻合持續輸送水氣到風暴中心附近維持二類條件性不穩定有關。
 


 
本文研讀自香港天文台刊登之科研報告 Insights from Super Typhoon Mangkhut (1822) for wind engineering practices

比較山竹地面氣壓場與理論模式的差異


 
分析熱帶氣旋的地面氣壓分佈(下稱氣壓場)有助於預測熱帶氣旋吹襲時的風力及風暴潮威脅。在過去十年,氣象學界已確立了不少氣壓場模式,在此項研究中,學者選用了其中一個最常用的模式 Holland (1980) 去評估山竹的地面氣壓分佈。
 

 
公式 2a 為背景海平面氣壓 P0,ref 與熱帶氣旋範圍內某一位置的海平面氣壓 P0(r) 之差距。公式 2b 則是根據實測海平面氣壓及風力去計算出 P0(r)。在此項分析中,學者假設了山竹活躍期時的背景海平面氣壓為 1010 hPa。而 Holland 模式計算的結果未能準確反映山竹登陸後,距離風暴中心 400 公里外的氣壓場情況及距離風暴中心100公里內的氣壓場情況。
 
當山竹在呂宋以東海域,眼牆置換過程到達後期階段時,根據 Holland 氣壓模式所計算出來的最大風速半徑為 21.5-46.5 公里,而根據 Hence and Houze (2012b) 所作的統計指出,同類型熱帶氣旋的最大風速半徑平均為 20 公里,至於山竹在當時實際估計的最大風速半徑則為 40 公里,顯示氣壓模式的計算結果是低估了山竹的最大風速半徑的。研究相信氣壓模式並不適用於出現眼牆置換過程下的熱帶氣旋。
 
研究亦嘗試使用 Yasui et al. (2002) 及 Fang et al. (2018a) 所提出的氣壓模式計算山竹登陸前後的最大風速半徑,結果顯示 Yasui et al. (2002) 的模式較為合理,而 Fang et al. (2018a) 則未為理想。
   
小結此部份的研究結果,氣壓模式在計算熱帶氣旋氣壓場時仍存在相當限制。如果氣壓模式也是應用在數值預報計算上的話,我們可以說現階段而言,要推算或預測熱帶氣旋最大風速半徑(或風眼牆附近風力)及有眼牆置換運動的熱帶氣旋均有一定的難度。在實際操作時還需考慮統計模式和實測數據等資料。

追風人普查 2020 結果分析

2020年8月-9月期間,我們共收到 113 份問卷作出分析,其結果簡述如下。
 
年齡及性別
 

我們接觸到 99 男 7 女,顯示追風人仍然是以男性為大多數,這個比例和十多年前沒有太大分別。 不過主要年齡層分佈就較以往拉闊了,昔日可能主要是十幾二十歲的人追風,現在就 15-40 歲的人都有。我們相信這裡包含了兩代追風人,就是十多年前年少到現在長大了仍然追風的上一輩,和近年才開始追風的新一代追風人。
 
追風年資
 

*註1:「追風年資」欄位是人數計算
*註2:「追風狂熱度」及對「氣象科學」的了解,10分為滿分。
 
從上表所見,多數受訪者的追風年資都達8年以上 (2012年或以前),他們可算是上一代追風人。我們發現,追風狂熱度及氣象知識隨年資增加。追風狂熱度及自我知識評價的平均分,留待下一次普查作出比較,我們便會看到更有趣的意義。
 
追風原因

上圖的排序其實是十年前調查的排名,因此可以看到相比起十年前,更多的人因為「預測成功的滿足感」而追風,相對來說較少人因為「刺激」而追風,但感受大自然威力和讚嘆熱帶氣旋千變萬化的人仍然是佔過半數,反映追風人是欣賞和敬畏大自然的一族。
 
追風行為

我們以「當八號風球懸掛後你最想做的第一件事是什麼?」這問題去了解追風人會做些什麼去「追風」。
  

 
同樣,上圖的排序其實是十年前調查的排名。以往追風自然是外出追,用風速計在最當風處務求測出最高風力,這也與上一題的「刺激」感相關。十年後,更多的人轉為在室內隔空追風了。通過與人討論,瀏覽官方及非官方媒體的消息,不單與人分享風暴消息,也自行預測風暴動向。
 
我們又以「我會在什麼階段開始留意一個熱帶氣旋的動向?」去了解風迷們的「追風週期」:
 

 
結果顯示風迷們比以前更有「遠見」,在最早的時候我們依賴香港天文台的預報,一個熱帶氣旋的追風週期可能由香港天文台發出船舶熱帶氣旋警告開始。到互聯網普及後,風迷就開始轉向看重美國聯合颱風警報中心的預報,當時大家由熱帶擾動的階段開始留意一個熱帶氣旋。及至近這十年數值預報興起並普及,風迷們相當依賴數值預報,熱帶擾動尚未形成已經開始留意它,一個熱帶氣旋的追風週期可能長達 14 天以上。
 
以上的統計有兩點筆者是覺得有趣的:
 
一、以前最少人上天文台網頁,現在變成最多人上天文台網頁,可見這十年內天文台網頁大幅進步,加上數值預報的掘起,它們變成追風人追風的重點工具。
 
二、雖然TG及Whatsapp等實時通訊軟體大行其道,討論區和聊天室本應在這時代昔微,不過統計結果卻顯示後者仍然是追風人交流不可或缺的重要平台。
 
叫人深刻的打風模式
 
我們嘗試把不同襲港的熱帶氣旋分成幾種模式,看看那一類型的風暴為到風迷帶來最深刻的感覺。
 

 
結果和十年前差不多,叫人最深刻的都是那些來勢凶凶的熱帶氣旋,山竹絕對是代表作。其次是路徑飄忽的熱帶氣旋,代表作如韋恩或瑪姬一類回馬槍的風暴,叫喜歡預測風暴動向的風迷讚嘆不已。
 
那麼這些風暴帶來的深刻感覺又是什麼呢?
  

 
從以上統計所見,「覺得興奮、期待和愉快」的人佔了絕大比數,其次才是憂慮的感受。或許我們會覺得風迷有這樣的感受是心理變態,妄故生命危險,事實上,也有很多風迷因為這種矛盾而隱藏了自己的感受,也許在風迷圈子中討論和交流時發表「盼風」言論才稍為流露了一絲絲的這種感覺。一般而言風迷們解釋這種興奮和期待是出於一種被動欣賞大自然威力的渴望。不過隨著近年襲港風暴的破壞力較十年前強勁,例如天鴿的風暴潮和山竹的衝擊使大家對於打風的憂慮感較以前增加了,雖然沒有取代興奮期待的感覺,但從統計中看見風迷由出外追風轉為網上追風,由親身感受風力變成享受預測的樂趣,可見風迷們的危機意識其實相對十年前是提高了不少。
 
預報評分
 
我們嘗試就以下題目邀請受訪者進行評分(滿分為10分),並自由發表意見:
 

 
結果顯示,大家給予香港天文台及民辦網站的評分相當接近,相比起十年前,我們可以說是香港天文台的評分追上了民辦網站。若果加上我們在「追風行為」這部份的分析,我們更可以說風迷對香港天文台預報的信賴和滿意程度已經超過了民辦網站。如果看看風迷的評價,我們大概可以知道他們滿意的原因是因為香港天文台明顯進步,而民辦網站則原地踏步。
 
以下節錄一些較具代表性的評價:
 

    「新台長上任後掛波風格感覺較以前嚴謹,有以前岑台長上任前的味道。民辦氣象網站亦較為參差,部分網站提供的資訊過於簡單,甚至只提及掛波時間。」
     
    「不少民辦網站相關帖文質素參差,無法看得出已運用/正確運用氣象知識」
     
    「香港天文台比以前提高了不少透明度」

 
至於對媒體的評分則明顯較低,而評價亦不佳:
 

    「因windy近年流行,經常有媒體以一次半次的數值預報,並以搶眼標題,報導多天後的天氣,以吸引民眾注意。但實際預報變數極大,參考價值低」
     
    「媒體太多標題黨,往往冇認真了解個熱帶氣旋,就胡亂/誇張報導。」

 
最後,我們亦邀請風迷就香港人對熱帶氣旋的科普認識程度進行評分,得出平均分 4.1 分,亦是不合格。這方面似乎和十年前的看法相若,香港在氣象科普方面仍有待努力加強教育。