研究動機

每逢七至十月，颱風（註1）會接二連三逼近甚至侵襲臺灣，為臺灣挾帶極其豐沛的雨量；然而2020年與往年相較，我國中央氣象局（Central Weather Bureau，以下簡稱CWB）僅針對一個颱風發布陸上颱風警報（如圖1），頻率遠低於每年平均（約三至四個），推測乃該年發生反聖嬰現象（La Niña）並對副熱帶高壓（subtropical high，以下簡稱副高）的強度以及勢力範圍產生影響，由於颱風通常沿著副高邊緣移動，副高發生改變後，進而讓颱風路徑偏離臺灣所致。

圖1. 2020年西北太平洋所有颱風的路徑集成圖
▍ 其中藍線為CWB未發布警報者（共18個）、綠線為CWB僅發布海上颱風警報的颱風（共4個）、紅線則為CWB發布海上陸上颱風警報的颱風（共1個）。

為此，本文將探討1981至2020年共40年間的熱帶氣旋旺季（即七至十月，以下將這四個月的平均值一併簡稱為JASO），聖嬰-南方振盪（El Niño-Southern Oscillation，以下簡稱ENSO）在不同相位（如表1）時的副高變化（含西緣處、勢力範圍、副高指數）與颱風路徑兩者間的相互關係及其機制。

使用資料及研究方法

由於副高屬於半永久性的大尺度系統，故此研究僅考慮副高對颱風路徑的影響，並將藤原效應（Fujiwhara Effect）、高空冷渦（cold core low）等空間及時間尺度較小的條件，以及不易受時間推移而出現變化的地形因素予以排除。研究中所使用的副高指數（subtropical high index）為該年JASO的500hPa等壓面平均重力位高度（geopotential height，註2），減去近40年來逐年JASO的氣候平均值，空間範圍取北緯15至25度、東經115至150度海域（Huang et al., 2018），資料採自NCEP/NCAR Reanalysis 1（註3）。一般來說，如果副高指數呈正值，表示副高在該年JASO比氣候平均強，反之則較弱；副高指數的絕對值愈小表示愈接近氣候平均值，絕對值愈大則愈極端。若須濾除全球暖化影響，則將同樣範圍的500hPa平均重力位高度，與北緯0度至北緯40度、西經180度至東經180度平均重力位高度相減，即可求出其偏差值（deviation）。

至於聖嬰（El Niño）或反聖嬰現象，發生期間則約一餘年，首年夏秋為發展期、首年冬季至次年初之間為成熟期、次年春夏則為衰退期，其中發展期則與上述熱帶氣旋旺季相當。聖嬰指數的定義方面，資料採自美國國家海洋及大氣總署所重建的海表面溫度（NOAA Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，以下簡稱SST），計算在Niño 3.4區域內（即北緯5度至南緯5度、西經120至170度）的SST距平（相較於同一區域的氣候平均值），經三個月滑動平均平滑過後，則可得出海洋聖嬰指數（oceanic Niño index，以下簡稱ONI）。若至少連續五筆ONI在絕對值0.5°C以上，即為聖嬰年或反聖嬰年（Lindsey, 2009）。

有關颱風路徑分類，資料採自區域專責氣象中心（Regional Specialized Meteorological Centre）所轄之東京颱風中心（Tokyo Typhoon Centre，通稱RSMC Tokyo）最佳路徑（best track，註4），從中篩選出強度達熱帶風暴（tropical storm，近中心十分鐘持續風速達35kts）且全程移動的西行分量大於東行分量的熱帶氣旋，並根據路徑分成TT、NT及ST三類——先將路徑進入臺灣本島海岸線向外延伸500km範圍以內的熱帶氣旋歸類為TT，再將其餘路徑分為NT及ST，其中NT通過北緯30度以北，而ST則須通過東經122度以西且未越過北緯19度以北（郭，2019）。

研究成果

研究過後發現，近40年間JASO副高勢力範圍有逐漸西伸的情況，面積亦顯著增廣（如圖2），副高指數的趨勢線則表現出上升的狀態。具體數據上，反聖嬰年的副高指數平均為3.14，大於聖嬰年的 -1.23，其中2020年之副高指數高達10.35，不僅超越反聖嬰年副高指數平均值，更已大於一個標準差（如圖3）；而在濾除全球暖化影響之後，其偏差值的趨勢線卻呈現下降的趨勢，有可能是受熱力機制影響，大氣層平均高度加厚，從而令副高隨之增強（如圖4）。

圖2. 1961年至2020年共60年間的JASO，太平洋500hPa等壓面重力位高度，其5880gpm等高線的位置。實線代表每20年的副高平均勢力範圍的分布狀況。顏色代表時間的先後順序，分別為綠色（1961年至1980年）、紅色（1981年至2000年）及藍色（2001年至2020年）。

圖3. 1981年至2020年共40年間的JASO副高指數時序圖。縱軸零值線代表此期間內500hPa平均重力位高度、紅點為聖嬰年、藍點為反聖嬰年、綠點則為正常年，標準差（σ）為6.88。大於一個標準差的值，以95% 信心區間執行student-t檢驗，p值為0.048（< 0.05），故達顯著水準。

圖4. 1981年至2020年共40年間的JASO副高指數（橘實線）與濾除全球暖化影響後所得出之偏差值（藍實線）時序圖，其中虛線則為上述各自之趨勢線。左側縱軸為偏差值、右側縱軸則為副高指數。

在副高勢力西緣處方面，近40年間JASO平均落在東經133度。其中聖嬰年平均落在東經135度，多分布於臺灣東部海面上；反聖嬰年平均則落在東經125度，均勻分布於臺灣本島及其東西兩側海面上，有4次個案（分別為1995年、2005年、2008年及2016年）於臺灣上空、有5次個案（分別為1983年、1998年、2010年、2017年及2020年）則伸進至中國內陸（如圖5、圖7）。若單論2020年此宗個案，更是落在東經108度（如圖6），顯見該年副高勢力異常強盛。分析上述副高指數及其勢力西緣處兩者之相關性，發現相關係數竟達 -0.9，呈高度負相關（如圖8），表示兩者關係甚為密切——當副高指數愈高時，勢力範圍向西伸；而副高指數越低時，勢力範圍向東退。

圖5. 1981年至2020年共40年間的JASO，500hPa平均重力位高度5880gpm等高線位置（黑色曲線）。其中(a)計算所有年份，(b)及(c)則僅分別計算聖嬰年及反聖嬰年。，500hPa平均重力位高度5880gpm等高線位置（黑色曲線）。其中(a)計算所有年份，(b)及(c)則僅分別計算聖嬰年及反聖嬰年。

圖6. 500hPa平均重力位高度5880gpm等高線位置。其中(a)僅計算2020年JASO期間，(b)則計算1981年至2020年共40年間的所有反聖嬰年JASO期間。

圖7. 1981年至2020年共40年間的JASO太平洋500hPa重力位高度5880gpm等高線西緣處空間分布圖。其中圓形表示正常年，三角形及方形則分別為聖嬰年及反聖嬰年。逐年ENSO相位如表1。

圖8. 1981年至2020年共40年間的JASO，副高指數（橘實線）及500hPa平均重力位高度5880gpm等高線西緣處經度（藍實線）時序圖，其中虛線則為上述各自之趨勢線。左側縱軸為副高指數、右側縱軸則為西緣處經度。

從各類颱風路徑的頻率統計來看（如表2），聖嬰年JASO以NT為最多，佔比高達48%（平均7.54個），與上述副高指數在聖嬰年時偏低、勢力向東退的情形相互呼應，從而令颱風大多往日韓一帶行進；反聖嬰年JASO則以TT為最多（平均5.93個），佔比則達42%，則反應出副高指數在反聖嬰年偏高、其勢力向西伸時，臺灣受颱風侵襲的機會較大。若單論2020年此宗個案，可發現到ST多達7個，遠多於平均反聖嬰年的數量，研判是JASO副高指數在該年相較反聖嬰年平均值高出許多，其勢力西緣處亦異常偏西，使得當年的颱風多往中南半島一帶侵襲。

淺談2020年副高異常偏強的成因，據觀察是當年JASO海洋大陸（Maritime Continent，註5）與印度洋熱帶海面的SST一度出現暖異常，該處垂直上升運動異常偏強，在經過大氣環流作用之下，於臺灣東部海面產生偏強的垂直沉降運動所致（Paek et al., 2016，如圖9）。

圖9. 2020年JASO海表面溫度距平（左）及垂直速度分布圖（右）。紅框範圍為海洋大陸。

結論

一、近40年間副高指數及其勢力西緣處兩者之相關性達 −0.9，呈高度負相關，表示兩者關係甚為密切—當副高指數愈高時，勢力範圍向西伸；而副高指數越低時，勢力範圍向東退。

二、反聖嬰年發展期的副高指數相較近40年間平均大，西緣處較西伸，颱風路徑以ST較多、NT較少；反之，聖嬰年發展期的副高指數相較近40年間平均小，西緣處較東退，颱風ST路徑較少、NT較多。

三、2020年副高異常偏強，ST路徑遠多於反聖嬰年平均值。研判是海洋大陸出現垂直上升運動，經大氣環流作用下，於西北太平洋產生沉降，使得副高指數在該年JASO相較反聖嬰年JASO平均值高出許多，其勢力西緣處亦異常偏西所致。

註釋

• 註1：如無特別強調，本文所指的「颱風」一概指強度達熱帶風暴（tropical storm，近中心十分鐘持續風速達35kts）的熱帶氣旋，而非由RSMC Tokyo所定義的近中心十分鐘持續風速達64kts以上。
• 註2：重力位高度相當於平均海平面以上某一氣壓面的高度。當單位質量的空氣在上升時，克服重力（g）的過程中作了9.8焦耳的功，其上升高度稱之為1gpm（重力位米）。重力位米（Z）和幾何米（z）兩者關係為 Z =gz÷9.8。
• 註3：再分析資料（reanalysis data）是一種融合觀測及電腦模式模擬的資料，格式整齊，使用方便，被廣泛應用在氣候分析上。
• 註4：最佳路徑（best track）是指在熱帶氣旋消亡之後，熱帶氣旋監測機關會再次定位其每六小時之中心位置，並重新評級每六小時之近中心最大風速、最低氣壓及各級風最大暴風半徑，以供氣象學界日後研究之用。
• 註5：「海洋大陸」（Maritime Continent）範圍包括菲律賓群島、馬來半島、婆羅洲、東印度群島、紐幾內亞及其上述島嶼之周邊海域。該地區由數千座大小不一的島嶼、多山的地形和許多淺海所組成。由於赤道東風為當地帶來溫暖的海水，大氣中富含充足的水份和熱力對流能量，被氣象學界認為是全球大氣環流系統的重要能量來源。

本研究為110學年度中國文化大學大氣科學系
畢業成果展作品
獲專業評分第一名、觀眾投票第一名
組員：林丹宇、江佳倫、陳鴻碩、李立言、吳明峯
指導老師：王嘉琪教授

參考文獻

本文引用格式：林丹宇、江佳倫、陳鴻碩、李立言、吳明峯、王嘉琪（2022）。聖嬰與反聖嬰期間，副高對於颱風路徑的影響探討。科學研習，61（6），80-87。