風眼中的小渦旋

2019年11月20日

自從成為了天文台社交媒體管理團隊的一員，我經常都需要留意在不同網上平台出現的天氣相關資訊，為天文台每天的帖文「選材」，以下想分享近期一次難忘的經歷。2019年9月颱風「塔巴」橫過東海時，有航機乘客在某網上討論區分享了一幀由飛機拍攝的相片，可清楚看到在照片中，遠和近各有一組螺旋形雲帶，非常壯觀 (圖1)。

圖1：從飛機上拍攝的螺旋形雲帶 (攝：唐振宇先生)

我和同事起初看到照片時，坦白說心底裡也是有點半信半疑，未敢肯定相片真偽。因為一般來說，成熟熱帶氣旋的對流雲團可發展至對流層頂 (在熱帶地區可達16,000米以上)，較一般民航機的巡航高度(約12,000米)更高，在民航機上難以一窺熱帶氣旋的全貌，因此圖1顯示的螺旋狀雲帶應不是整個颱風「塔巴」。

那照片中的螺旋雲帶究竟是甚麼呢? 本著科學求真精神，我們透過社交平台聯絡拍攝照片的唐先生，向他了解更多拍攝的相關資訊，包括確切的拍攝日期和時間、所乘航班的編號等。我們在此再衷心感謝唐先生不但爽快提供相關資料，同時亦慷慨傳來相片原檔供天文台用作公眾教育用途。

唐先生9月21日由日本飛往台北，相片拍攝時間約為香港時間下午2時35分。根據唐先生提供的航班編號，我們透過坊間的航班追蹤網站可以得知當時航機的大約位置，並與衛星雲圖作比較(圖2)。從圖中可見，當時「塔巴」中心附近的環流不算十分緊密，而在風暴中心位置附近則出現數個小渦旋，在颱風中心附近公轉(圖3)，其中兩個渦旋相信就是出現在相片中的兩個螺旋雲帶。由於這些雲帶是由較低的雲層組成，高度低於航機的巡航高度，因此可在飛機上欣賞到這壯麗的一幕。

圖2：2019年9月21日(香港時間下午2時35分)颱風「塔巴」的衛星雲圖，可見當時「塔巴」的中心附近有數個中尺度渦旋。右圖中橙色飛機圖示為唐先生（圖1拍攝者）當時所乘航機的大約位置，而橙色虛線則為航班的大約飛行路徑(鳴謝：日本氣象廳提供向日葵8號衛星圖像；航班追蹤網站這連結會以新視窗打開。Flightradar24.com 提供航機飛行位置資訊)

圖3：2019年9月21日(香港時間下午1時至3時30分)颱風「塔巴」的衛星雲圖動畫。(圖像來源：日本氣象廳向日葵8號衛星)

這些在颱風中心附近的低層小渦旋，在學術上亦稱為「中尺度渦旋」(mesovortices)，其實並不算罕見。上月(2019年10月)對日本本州造成嚴重破䃶的「海貝思」，當它橫過西北太平洋時於風眼附近亦曾出現這類中尺度渦旋(圖4)；而2003年大西洋的颶風Isabel，風眼更曾同時出現6個中尺度渦旋呢(圖5)!據科學文獻記載，中尺度渦旋可以在眼壁附近形成並移往風暴中心，這過程亦會將眼壁的「角動量」(angular momentum)帶到風眼中，有科學家相信這對熱帶氣旋的增強過程有關鍵作用。這些中尺度渦旋的詳細形成機制相當複雜，其中一個可能性是若颱風眼壁的氣流速度遠較風眼中心高，這速度差異會令大氣處於不穩定的狀態，若其他條件配合，眼壁內側附近便有機會「轉」出一些小渦旋來。［參考文獻1至4］

圖4：2019年10月10日(香港時間上午7時至下午1時30分)超強颱風「海貝思」的衛星雲圖動畫。(圖像來源：日本氣象廳向日葵8號衛星)

圖5：2003年9月12日(協調世界時13時15分)颶風Isabel的衛星雲圖，可見在風眼中的6個中尺度渦旋(正中心的小渦旋被另外5個包圍著)。(鳴謝：這連結會以新視窗打開。CIMSS / 美國國家海洋及大氣管理局 GOES-12衛星)

為了在天文台Facebook 分享這幀照片，我們花了不少力氣作資料搜集和核實，當看到帖文能引起公眾對天氣現象的關注實在感到欣慰。智能電話的普及令捕捉罕有天氣現象變得更方便，若大家有機會拍攝到壯麗的天氣照片希望跟他人分享，又或想欣賞其他市民的佳作，歡迎加入天文台的這連結會以新視窗打開。「社區天氣觀測計劃」(CWOS)Facebook群組，您分享的相片、影片更有機會出現在天文台的這連結會以新視窗打開。Facebook專頁和這連結會以新視窗打開。Instagram帳戶的帖文呢!


蔡子淳


參考文獻：
[1] Kossin, J. P., B. D. McNoldy, and W. H. Schubert, 2002: Vortical swirls in hurricane eye clouds. Mon. Wea. Rev., 130, 3144–3149.
[2] Montgomery, M. T., V. A. Vladimirov, and P. V. Denissenko, 2002: An experimental study on hurricane mesovortices. J. Fluid Mech., 471, 1–32.
[3] Kossin, J. P. and W. H. Schubert, 2001 Mesovortices, polygonal flow patterns, and rapid pressure
falls in hurricane-like vortices. J. Atmos. Sci. 58, 2196-2209.
[4] Kossin, J. P. and W. H. Schubert, 2004: Mesovortices in Hurricane Isabel. Bull. Amer. Meteor. Soc., 85, 151–153.