從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。
　

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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

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。
　

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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

　
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。

熱帶風暴獅子山（LIONROCK，國際編號 2117）今日在香港西南面 500 公里外掠過，並已於海南島登陸。香港天文台卻於今日早上 6 時 40 分發出八號東南烈風或暴風信號。獅子山成為 1961 年以來距離香港最遠發出 8 號風球的熱帶氣旋。另外，獅子山亦為自 1993 年熱帶氣旋黛蒂以來，首個直接發出3號信號，並最終令本港需要發出8號信號的熱帶氣旋。再者，香港天文台亦極罕有地當一個熱帶氣旋即將登陸及遠離時還改發 8 號風球。
　
在下午 4 時，熱帶風暴獅子山集結在香港之西南偏西約 530 公里，即在北緯 19.8 度，東經 109.8 度附近，預料向西北偏北緩慢移動，橫過海南島，移入北部灣。估計獅子山的中心最高持續風力為時速 80 公里，陣風可達時速 110 公里，中心附近最低海平面氣壓約為 990 hPa。

衛星可見光/雷達及風場混合影像

　
根據衛星資料所作出的實時分析顯示，獅子山受地型影響顯著減弱，低層環流中心部份外露，與之相關的對流變得鬆散。但值得留意的是，獅子山的環流及大風區影響範圍相當廣闊，亦可從動畫影像中看到在獅子山東面較遠處持續有一條結實的雲雨帶，該雨帶是為本港帶來驚人雨量及大風的主要原因。這條雨帶並非單純由東北季候風及獅子山共同作用便能形成，我們稍後會進一步探討其成因。
　

低層風場分析

多普勒雷達影像

這個八號風球達標嗎？：本港境內之東南風自午夜起增強，反映本港風力情況的香港風力指數（HKWI）達至時速 35 至 40 公里的強勁水平，當大雨影響時更曾一度錄得超過時速 45 公里的強烈水平；即表示市區普遍吹強風，而離岸及高地如長洲及塔門便持續錄得烈風風力，西南部高地更持續錄得暴風風力。另外，本港雨勢持續，由午夜至今本港廣泛地區平均錄得 30 至 40 毫米的降雨紀錄；其中港島中西區錄得超過 70 毫米的降雨紀錄（獅子山兩天為本港帶來的累績雨量已普遍超過 300 毫米，部份地區更超過 500 毫米！）。另外本港也受到風暴潮影響，部份地區如尖鼻咀昨晚就錄得達 3.03 米的最高潮水位數。雖然獅子山的帶來的普遍風力僅偶爾達相當於八號風球之強烈水平（風力指數級別），但其雨量及風暴潮所帶來的破壞卻超出預期。綜合風力、雨量及風暴潮情況所計算出來的熱帶氣旋破壞指數目前是 1.66，這個數值高於過去 10 年香港在八號烈風信號下的平均破壞指 1.21。
　

香港風力指數 HKWI 趨勢

今日至下午三時為止之累積雨量分佈

遠距離亦有惡劣天氣的原因：正如前文提到，獅子山東面的結實雲雨帶是為本港帶來驚人雨量及大風的主因。一般熱帶氣旋的螺旋雨帶快速移動，很難會為同一區域持續帶來大雨。而熱帶氣旋與東北季候風帶來的大風亦僅限低層，而且僅熱帶風暴及如此薄弱的反氣旋所引起的氣壓梯亦沒可能帶來強風或以上風力。但分析高層輻散時，便會留意到香港南面上空有反氣旋式輻散流場及微弱垂直風切變環境。
　

高層風場及垂直風切變分佈

　
而分析中層風場時我們便發現這個氣壓梯度是一個大型低壓系統與正在增強西伸的副熱帶高壓脊間的協同效應。

中層駛流分析

　
換句話說，雖然獅子山本身強度僅為熱帶風暴級數，但由於它本身位於季風槽的背景，使它擁有特別廣闊的低壓渦度結構。加上它是和副熱帶高氣壓的大尺度系統互相作用，因此其中間的氣壓梯也相對深厚。另一方面，南海的高空輻散和垂直風切變環境正為該雲雨帶帶來持續消長發展的必要條件，該雲雨帶基本上相當於一支低空急流所誘生成的中尺度暴雨天氣系統，正是典型春季出現為香港帶來特大暴雨及狂風的天氣系統。

• 2021年熱帶氣旋共23個，明顯低於平均值*的28個。
• 達到颱風級數的7個，明顯低於平均值*的13個。
• 熱帶氣旋平均強度為時速119公里，明顯低於平均值*的130公里。
• 熱帶氣旋總活躍日數為233日，明顯高於平均*的156日，也是自2001年以來活躍日數最多的紀錄。
• 風季活躍指數3.05，這是自2001年以來熱帶氣旋活動最頻繁的一年。
• 影響本港的熱帶氣旋共8個，其中曾出現兩個熱帶氣旋同時影響本港而需要發出熱帶氣旋警告，並有獅子山和圓規先後為本港帶來八號風球。

* 平均值乃過去21年數據統計
　
總結而言，2021年西北太平洋熱帶氣旋生成數量少，強度亦偏低，但個別熱帶氣旋平均壽命特別長，所以計算出來的風季活躍指數創新高，意味西北太平洋長時間有熱帶氣旋活動。值得留意的是2021年初及末均出現拉尼娜現象，在這情況下，由於太平洋副熱帶高氣壓偏西，所以熱帶氣旋上空輻散較弱，難以達至較大強度，但相對而然他們可以作較長途的旅行，生命週期亦相對延長。
　
本年度比較突出的熱帶氣旋是獅子山 (國際編號 2117) 。獅子山雖然在香港西南面 500 公里外掠過，並已於海南島登陸。但香港天文台卻仍然發出八號東南烈風或暴風信號。獅子山成為 1961 年以來距離香港最遠發出 8 號風球的熱帶氣旋。另外，獅子山亦為自 1993 年熱帶氣旋黛蒂以來，首個直接發出3 號信號，並最終令本港需要發出 8 號信號的熱帶氣旋。再者，香港天文台亦極罕有地當一個熱帶氣旋即將登陸及遠離時還改發 8 號風球。
　

　
另外還有熱帶氣旋雷伊 (國際編號 2022) 。風暴在12月20日以熱帶風暴強度進入本港 800 公里範圍內，雖然迅速減弱，但基於系統進一步靠近本港，所以香港天文台在上午11時20分發出一號戒備信號，這是繼1974年颱風艾瑪後第二次在12月發出熱帶氣旋警告，而且這也是有紀錄以來最遲生效的熱帶氣旋警告
　

截止 2022 年 7 月 28 日為止，西北太平洋在七月份僅出現兩個熱帶氣旋（暹芭和艾利，不計算日本氣象廳及台灣所定性的兩個熱帶低氣壓），遠低於七月份平均 5.5 個熱帶氣旋的數目。究竟是什麼原因導致今年七月西北太平洋熱帶氣旋活動稀少呢？這個情況會在今年風季餘下時間持續嗎？
　
以本站過去二十年的熱帶氣旋數據進行分析，可見過去曾經出現七月份西北太平洋熱帶氣旋活動稀少(只有２—３個熱帶氣旋形成) 的年份分別是 2003、2010 及 2013 年，其中只有 2010 年與一次強拉尼娜活動有關。
　

　
而根據最新 ENSO 的分析，今年也正在發生一次中等程度的拉尼娜現象。
　

　
從未經過深入分析而作出的直觀結論來說，拉尼娜的出現不一定導致風季初期（七月) 熱帶氣旋活動稀少，但卻似乎有一定關係，即拉尼娜出現會提高風季初期（七月) 熱帶氣旋活動減少的機率。
　
另一方面，七月熱帶氣旋活動稀少的年份，僅接的八月份熱帶氣旋活動會回復至接近正常水平，甚至稍為高於平均之上，這聯想到的是馬登－朱利安振盪 (MJO) 的季間週期變化，如果那一年七月正值是一個乾週期影響著西北太平洋，則八月會有相應一個濕週期影響著西北太平洋。在乾週期影響下，副高偏強，熱帶副合帶轉弱，熱帶氣旋減少，濕週期則相反。今年的情況似乎也相似，參看未來半個月的 MJO 預測，可見目前西北太平洋正受著一個頗強的乾週期影響，而這個週期會在八月初轉弱，並且一個濕週期會在八月中移至南中國海，預期季風槽屆時會在南海變得活躍，熱帶氣旋活動亦會相應增加。
　

　
至於七月份熱帶氣旋活動稀少的原因，引述香港天文台指七月中下旬香港持續出現酷熱天氣的原因，乃是「西北太平洋副熱帶高壓脊在7月中至下旬異常強盛，並覆蓋華南」，這一點從七月份長波輻射距平分析中亦可以看見，華南及中國西南部有正距平，表示該區雲量較少，應該和副高在該區偏強有關，不過西北太平洋卻是負距平。
　

　
這反映從較長期（數週或數月計)的角度看，太平洋副熱帶高氣壓可能不是特別強，而卻是位置異常，在以上分析來看，今年七月副熱帶高氣壓可能是位置異常偏西，比較符合拉利娜現象的特徵。而副高偏西所帶來的影響則是南亞夏季季風轉弱，西北太平洋季風槽活動變得不明顯。從北半球熱平衡及大氣能量循環的角度說，七月份熱位能未能如往常一樣通過熱帶氣旋釋放，取而代之的是，只能以零星小型的中高層擾動運送至中緯度地區。
　
最後，我們直觀而簡單地根據 MJO 活動及過去四次相近情況的統計而作出預測，今年八月份西北太平洋之熱帶氣旋活動會活躍過來，可能會有 5-8 個熱帶氣旋形成，如果是拉尼娜現象持續而導至熱帶氣旋較多在南中國海及菲律賓附近生成，則說不定八月中後期可能有 1-2 個熱帶氣旋會對本港構成威脅呢！

　
8月30日下午4時30分至傍晚6時，筆者乘飛機自台北飛返香港，途經蘇拉北面之高層輻散雲系和風暴與東北季候風交介之切變區域，不同高度之雲種豐富多變。
　
筆者對雲分類的認識並不深，也沒太多辦別經驗，以下如有錯誤歡迎來訊指正（可經面書 Fans Page 來訊），我會作出修正。
　
首先以下這張攝在下午 4時44 分，剛起飛不久在台灣海峽北端，飛機高度約 2700 米之對流層低層，可以看到高層反氣旋帶來之卷層雲，部份可能是蘇拉的北流輻散。
　

　
這時向下觀察台灣海峽有非常多的白頭浪，在蘇拉及東北季候風的氣壓梯度及台灣海峽的風洞效應下，該區低層已普遍吹東北烈風。
　

　
7分鐘後（下午4時51分），飛機飛至台中以西海域上空，高度約 7000 米。該處似乎混合著卷層雲（高層）和高積雲（中層）兩種雲，可見光衛星雲圖動畫上看那些高積雲正流向蘇拉，可能是東北季候風與蘇拉中層輻合氣流交匯產生之中層雲系。
　

　
下午5時26分，飛機位置在汕頭以南海域，蘇拉中心西北方約 300 公里處。飛機飛至 9500 米（對流層高層下部）。向下觀看是大量的高積雲，這些積雲的大小比先前小得多，而且排列緊密。根據可見光衛星雲圖動畫分析，它們可能是蘇拉最前沿的外圍環流部份，但並不是基本環流結構。
　

　
下午5時46分，飛機大約抵達香港島上空，高度 3300 米，剛好在一大堆層積雲的上空。這些層積雲的出現與蘇拉無關，反而顯示當時香港天氣受到一股微弱的東北季候風主導，大氣較為穩定。
　

　
下午5時54分，飛機即將降落，高度 950 米，剛穿越廣闊的層積雲帶，抬頭看層積雲底，夕陽隱若在雲間滲透，帶點逆光效果。
　

自1946年有紀錄以來，只有13個秋末熱帶氣旋需要香港發出熱帶氣旋警告，11月需要發出8號或以上風球僅得兩次。熱帶氣旋尼格於2022年11月影響香港是罕見事件晚秋颱襲港的經典案例，本文將予以探討。

尼格的預報挑戰

10月26日早上，尼格在馬尼拉以東約1，390公里的北太平洋西部上形成。10月27日，尼格形成於太平洋馬紹爾群島一帶，為熱帶風暴等級。10月28-29日，尼格加強為強烈熱帶風暴，橫過菲律賓。10月30日，尼格進入南海北部。10月31日，尼格增強為颱風。11月1日，當時預測尼格將於11月2至4日之間最接近香港，預料尼格受低層東北季候風引導，將向西北偏西後急轉西南移動，預計在香港以南介乎150至250公里之間掠過。11月2日，尼格採取比先前預計更偏北的路徑移動靠近香港。雖然尼格進一步接近本港，但受東北季候風所帶來的強垂直風切變及乾冷空氣使尼格迅速減弱，香港轉吹北風，大部份地區有較多的地型阻擋，香港境內之風力普遍緩和至清勁程度，僅離岸及高地受強風或烈風影響。11月3日，尼格轉向西北移動，最終在香港天文台南面約40公里掠過。隨著尼格掠過香港以南水域，在其與東北季候風的共同影響下，香港晚間風勢顯著增強，吹強風至烈風，南部離岸及高地風力更達暴風程度。11月4日至5日，尼格進一步減弱為熱帶低氣壓，移離華南地區。總的來說，尼格的路徑預測由起初在香港南面150至250公里間掠過，變成可能在香港東面陸，到最後變成在香港南面水域近距離掠過。

尼格會否為本港帶來烈風之評估

尼格接近本港時已減弱不少，在預測上如何估計香港會否受烈風影響？而事實上，尼格又為何能在東北季候風的強勢下仍能在香港附近登陸呢？

氣象觀測數據顯示，儘管尼格在偏冷的海洋表層水溫和乾冷的東北季風影響下顯得很弱，但它在接近地面邊界層時仍保持相當強度，給香港帶來烈風至強風級的風力，導致香港自1972年以來再次發布烈風或暴風信號。根據飛行紀錄，政府飛行服務隊曾於11月1及2日各派出一架次挑戰者605定翼機進行「下投式探空任務」，共動員6位機組人員，並根據天文台提供的資料在所需的地點收集氣象數據，亦拍下尼格風眼照片。

兩次探空所收集的數據對熱帶氣旋尼格的強度和結構提供以下分析:

1. 第一次探測在11月1日早上顯示，靠近中心的探空風速高達每小時60節，證實當時尼格仍屬於強烈熱帶風暴級別。並且在靠近中心有深層對流和熱核特徵。低層有局部超梯度風特徵(低空急流)，表示尼格中心附近具備一定強度。
2. 第二次探測在11月2日凌晨顯示，儘管衛星影像上尼格顯得較弱，但靠近中心的探空風速仍高達每小時50節，意味著尼格當時仍處於強烈熱帶風下限強度。資料亦顯示對流轉弱，熱核變淺，只在邊界層(900 hPa以下)內依稀可見。

總的來說，兩次探測的結果表明尼格整體正在減弱，但邊界層內的對流活動仍可維持，使尼格保持相當強度，足以威脅南中國海岸地區。這可能歸因於南中國海北部海溫相對較高(約攝氏26度)，能保持邊界層內對流活動，維持了尼格的一定強度。

數值預報對尼格預測之分歧

一、進入南中國海前

全球預報模型整體準確預測熱帶氣旋尼格的形成和西移趨勢，但後來預測尼格會繞過台灣轉向東北，錯誤地預測會影響日本，可能是錯誤估計西風槽活動比較強會使副高東退並帶來尼格轉向。

二、進入南中國海後

ECMWF 的集合預報預報路徑仍非常分散，難以為公眾提供提前注意的信息。 即使尼格接近南中國海岸線時，ECMWF 的集合預測預報路徑依然非常分散，表明尼格可能影響整個南中國海岸和海南島。到登陸前24小時，ECMWF 的決定性預報仍未預測尼格將登陸珠江口西部，而日本氣象廳 (JMA) 的全球模式在45小時前已準確預測這一點。預報預報路徑和強度變化方面，JMA 的短期(24小時)預報表現比較出色，對熱帶氣旋預警服務至關重要。ECMWF 的集合預報整體處於一個合理狀態，但個別模型仍提供有用信息，需要結合多個數值預報數據源一併考慮。

熱帶氣旋尼格屬晚秋颱，熱帶氣旋與東北季風之間的互動複雜多變，容易令預報預報路徑變得不確定，而集合預報預報路徑非常分散主要可能因為較冷的東北季風和冷海水使尼格存在強度變化，尼格實際上可能受不同高度的引導氣流影響，在不同強度下會出現不一樣的預報路徑，但模型難以精確模擬。再者，秋末熱帶氣旋數據例證較少，這也使得模式難以學習。

 

參考材料

1.  A Rare Tropical Cyclone Necessitating the Issuance of Gale or Storm Wind Warning Signal in Hong Kong in Late Autumn in 2022—Severe Tropical Storm Nalgae
   by Pak-Wai Chan 1,*ORCID,Chun-Wing Choy 1ORCID,Betty Mak 1 andJunyi He 2
2. 香港01: 風眼結構照首曝光　飛行服務隊定翼機探空助天文台追風
   
3. 香港熱帶氣旋追擊站 – 尼格活躍時的預測及分析
   
4. 香港天文台 – 尼格的報告