利用都卜勒雷達觀測與三維變分法進行颱風風場最佳化

本研究之目的乃應用雷達觀測資料與三維變分法,進行颱風三維風場之最佳化分析。三維變分最佳分析法之代價函數中包含有:(1)都卜勒風速限制條件;(2)背景場風速限制條件;(3)GBVTD風場限制條件;(4)連續方程限制條件;(5)拉普拉斯平滑項限制條件。其中所使用之資料包含(1)雷達都卜勒風速觀測資料;(2)利用模式模擬風場或是雙傅立葉級數套配風場作為背景場;(3)GBVTD反演之擬三維風場。其中背景場風速則利用MM5數值模式所模擬的風場資料,或是利用傅立葉級數對模式模擬風場進行套配而得;而GBVTD風場限制條件所使用之資料為利用GBVTD法分析都卜勒觀測風速反演而得之擬三維風場。而各項限制條件之權重係數定義方法為先決定各項之正規化係數,再根據雷達觀測特性將都卜勒風速限制條件與背景場風速限制條件之權重係數進行空間變化設定。 本研究先利用MM5模式模擬1996年賀伯颱風案例之資料進行OSSE分析,以了解各限制條件對結果之影響,並驗證本研究所應用之三維變分最佳分析法。再以2004年納坦颱風之實際觀測資料進行風場最佳化分析。而利用納坦颱風實際觀測資料進行風場最佳化分析之實驗中,同時利用了五分山與花蓮雷達之都卜勒風速觀測資料進行分析。上述之結果顯示,本研究使用三維變分法,並利用雷達都卜勒風速觀測資料進行颱風風場之最佳化分析,結果顯示若使用單雷達資料分析時,配合適當之限制條件與權重係數之設定,可得良好之分析結果,其中水平速度之分析結果較垂直速度為佳;若使用雙雷達資料分析時,風場分析結果較單雷達資料分析有更顯著之改進,且可減少因初始猜測不同,所造成之局部最小值差異情況。

作者:鍾德霖