海洋-颱風交互作用 (Ocean–Typhoon Interactions)
海洋-颱風交互作用 (Ocean–Typhoon Interactions)
Putra, D. P. & Hsu, P. C.* (2025) Spatiotemporal Responses in Sea Surface Temperature and Chlorophyll Concentration to Typhoons Observed by Himawari Satellite and Multi-Satellite Reanalysis Datasets. Remote Sensing Applications: Society and Environment. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2025.101778
Nguyen, T. & Hsu, P. C.* (2025) Comprehensive Analysis of Marine Heatwaves and Ocean Thermal Structure Impact on Typhoon Intensification in the East China Sea. Journal of Marine Systems. 249, 104065 https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2025.104065
Nguyen, T. & Hsu, P. C.* (2025) Dual Effects of Marine Heatwaves on Typhoon Intensity and Associated Heat Dissipation. Remote Sensing. 17(6), 968 https://doi.org/10.3390/rs17060968
Hsu, P. C., & Ho, C. R. (2019). Typhoon-induced ocean subsurface variations from glider data in the Kuroshio region adjacent to Taiwan. Journal of Oceanography, 75(1), 1-21. https://doi.org/10.1007/s10872-018-0480-2
Hsu, P. C., Ho, C. R., Liang, S. J., & Kuo, N. J. (2013). Impacts of two types of El Niño and La Niña events on typhoon activity. Advances in Meteorology, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/632470
本研究利用多衛星資料集以及Himawari地球同步衛星之觀測資料,分析2015年7月至2023年12月期間,西北太平洋1,219筆颱風位置所造成的海表面溫度與葉綠素濃度的時空響應。透過比較颱風每日觀測值與其通過前5至7天的基準值,計算海表降溫(δSST)與葉綠素增幅(δChl)。結果揭示,沿著颱風移動路徑形成冷尾區,顯著降溫現象主要集中在颱風中心右側約1.25°以內。多衛星資料顯示 δSST 最低點出現在颱風通過後約兩天,而Himawari資料則顯示最低點約出現在通過後第五天。儘管時間上有所差異,兩者依颱風強度排序所得之降溫結果一致。四級颱風表現出最強降溫效應,在2.5°直徑範圍內平均降溫可達2–6%,於5°直徑範圍內則降至1–3%。在葉綠素方面,兩種資料皆顯示在颱風路徑右側具有相似的增強分布型態。然而最大 δChl 出現時間不同:多衛星資料顯示 δChl 峰值出現在颱風通過後3–4天,而Himawari觀測則多發生在颱風通過當日或翌日。當颱風強度達三級以上時,葉綠素濃度至少為通過前的兩倍,顯示颱風核心附近(2.5°直徑)具有更強烈的混合作用與營養鹽上湧。進一步分析颱風風速(U)與移動速度(Vp)之比值(U²Vp⁻¹)發現 ,數值越高時平均上呈現更顯著的降溫與葉綠素增強效應。然而其標準差較大,顯示其他因素如海洋背景條件及颱風之路徑位置亦會造成顯著影響。整體而言,本研究建議使用多衛星海面溫度資料集,因其結合微波觀測,可提供更廣且連續的海面溫度覆蓋,較能反映颱風期間海表實際狀況。至於葉綠素觀測,Himawari的完整逐時地球同步觀測更可能捕捉真實變化,而多衛星葉綠素資料雖具高空間完整性,但其仍是依賴插值技術重建。
本研究利用衛星觀測和高解析度再分析數據,調查1993年至2022年間在東海的颱風增強的潛在機制。研究分析了颱風周圍30和50節風速半徑內的海洋和大氣條件。在研究期間,共有91個穿越東海的颱風中,有30個發生強化。結果顯示,強化的颱風通常經歷相對較高的海表面溫度和較高的平均海洋熱含量,相比之下,未增強的颱風則較低。強化的颱風顯示出較低的垂直風切變和略高的相對濕度,有助於維持風暴結構並增強高層大氣水氣。然而,各颱風之間的變異性顯著。分析還顯示,這些有利的熱結構(特徵為高海洋熱含量)僅約有40%的概率能夠增強颱風強度。東海的混合層深度通常較淺,平均小於25公尺,且強化和未增強颱風之間的變化不大,這使得海洋層化特徵難以作為颱風增強的決定性因素。此外,海洋熱浪事件在颱風過程中對上層海洋熱力條件的影響有限,表明颱風因海洋熱浪而增強可能是特例,甚至有些颱風在遭遇此條件時可能減弱。本研究強調在東海複雜海洋環境中預測颱風強度變化的困難性,對於沿海災害管理仍構成挑戰。
根據1993至2023年共1027個經過西太平洋、東海和南海颱風的位置分析,結果顯示,海洋熱浪的等級在颱風經過後顯著減弱或消散,且颱風越強,消散效應越明顯。然而,海洋熱浪的存在並不必然增強颱風強度,在多達151個案例中,即使存在海洋熱浪,颱風仍然減弱。此外,本研究選取了三個經過不同區域的颱風——軒嵐諾(Hinnamnor, 2022)、瑪娃(Mawar, 2023)和小犬(Koinu, 2023)——作為案例研究,並利用衛星觀測與海洋再分析數據集,探討海洋熱浪對颱風強度的雙重影響及其消散機制。結果顯示,海洋熱浪透過提升海表溫度與海洋熱含量來增強颱風強度,同時也透過使混合層深度變淺來加強海洋分層,創造有利於颱風增強的環境。儘管海洋熱浪可能初期促進颱風增強,但颱風通過後會引發強烈的垂直混合作用與上升流,破壞海洋熱浪的結構並改變熱量分布,進而可能導致颱風強度波動。海洋熱浪對颱風強度的影響隨時間與空間變化,儘管颱風會導致熱量流失,但海洋熱浪仍可能維持颱風的強度。此外,海洋熱含量及上層100公尺平均溫度的變化在颱風內核區域(R50)比外核區域(R30)更顯著,顯示能量交換主要集中在內核區,而外核區則存在更廣泛的海氣交互作用。研究結果顯示,海洋熱浪可透過增強分層與提升海表溫度來促進颱風發展,但也因颱風引發的影響而極易快速消散,形成高度動態的雙向交互作用。
為了理解颱風對海洋次表層溫度及鹽度的影響,本研究利用水下滑翔機(glider)資料分析2010-2013年臺灣鄰近海域14個颱風案例,藉由高時間解析度的資料特性,我們成功捕捉到颱風對上層海洋的溫度及鹽度影響。我們觀察到基於垂直混合過程的熱泵效應(heat pump)導致颱風引起的海洋次表層升溫。此外,由於颱風伴隨著強降雨,向上層海洋引入了大量的淡水,稀釋了地表的鹽度。稀釋的鹽度伴隨著混合層的加深,通過垂直混合向下移動到地下,向表面和地下層提供淡水。而由於垂直混合,颱風前後上層海洋溫度變化最大位置發生在混合層的底部或比混合層更深。本研究發現颱風產生較高的持續風速可能會導致海面溫度大幅下降,但可能不會導致次表層增溫的程度。颱風前的上層海洋溫躍層厚度可能是決定次表層變暖幅度的重要因素。此一難得的資料樣本數據,得知颱風在台灣附近的黑潮地區通過會引起次表層升溫和鹽度降低的可能性。
颱風活動與聖嬰現象有密切相關,本研究利用HadISST(Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature data set )數據集探討兩類型聖嬰事件和反聖嬰事件期間的西北太平洋颱風活動。颱風的形成位置在聖嬰年(El Niño)間比在反聖嬰(La Niña) 年間更向東移動,而在非典型聖嬰(El Niño Modoki)時期則更東邊。 El Niño和El Niño Modoki年的颱風強度和運動距離都比La Niña年的強度要大。颱風的累積氣旋能量(ACE, Accumulated Cyclone Energy)與海洋聖嬰指數(ONI, Oceanic NIiño Index)指數高度相關,相關係數為0.79。 此外,西太平洋暖池的中心位置與颱風形成的位置密切相關,相關係數為0.95。