杜風 45 期 特別報導

前言

颱風是自然界最具破壞力的天氣系統，也是影響台灣最重要的災變天氣，颱風對台灣的影響在於：

(1) 豪雨成災，直接間接的經濟、交通建設、農業災害、社會安定、水利、土木建築、坡地等破壞造成災害。近40年來颱風所造成之平均年損失高達174億元，約為國民生產毛額之0.33%。

(2) 「颱風假」或受影響的民生經濟活動，在侵台前乃至離台後，可以對經濟面及社會面之重大衝擊，「颱風假」每日的經濟影響可以達上百億元。

(3) 颱風豐沛的雨量也是珍貴的水資源，是水文收支以及區域水文循環的關鍵核心問題，沒有颱風雨量則臺灣必然缺水乾旱。

颱風氣象預報以及水文的應用，對臺灣減災作業以及民生經濟活動十分的重要，氣象預報準確與防災減災措施，也影響人民對政府施政的信心。「防災準備」過與不及都會耗損經濟，而過多的警報也會產生「狼來了」導致對警訊麻木的反效果，合理的防災措施可以避免浪費社會資源。

2009年8月4日凌晨02時在台灣恆春鵝鑾鼻東方1,500公里海面生成的莫拉克（Morakot）颱風（如圖1），為臺灣地區帶來巨大的災害。莫拉克颱風在8月6日至9日侵襲台灣長達64小時，並在中南部造成超大豪雨、雨量多處超過2,000毫米；洪水導致南部地區145個鄉鎮市淹水、山區也因為超大豪雨導致大面積坡地坍塌與土石流、共計1,690個災害點位。全台中南部縣市皆有受災，死亡620人、失蹤80人、並造成經濟損失高達164億元。而莫拉克造成的小林村全村被土石流所掩埋的悲劇（如圖2）、最後估計死亡與失蹤人數也高達461人。有鑑於莫拉克颱風帶來的超大豪雨與罕見的大規模災害，我們必須了解造成這種極端天氣現象的原因、並期許能改善降雨預報技術、結合水文應用以達到減災的目的。此外、氣候變遷是否對於極端天氣事件有所影響，也是值得我們關注的問題。

本文將整理近期有關莫拉克颱風的新研究成果，希望大家對氣候變遷與莫拉克颱風間的關係有更深入的瞭解。

（圖1）莫拉克颱風紅外線色調強化雲圖（0530 UTC 7 August 2009），圖中可以看到三個颱風，其中莫拉克颱風的範圍非常大。白色點線為CloudSat雷達衛星的剖面軌跡。其剖面回波圖（0526 UTC to 0530 UTC）顯示颱風當中的深對流高達17、18公里。右上圖為颱風路徑位置圖。藍色線為美國JTWC路徑資料、紅色線為CWB路徑資料，每一個點為每六個小時的位置。在登陸台灣後，點變得非常密集，顯示颱風在登陸後速度變得很慢。（引自Chien and Kuo, 2011 JGR論文）

（圖2）小林村在莫拉克颱風前後之對照圖，估計死亡與失蹤人數高達461人。

莫拉克豪雨成災

在2009年8月6日到8月9日期間，莫拉克颱風侵襲台灣長達64小時，長時間的影響，也伴隨著豐沛的降水。一般而言，大氣中形成降雨過程的時間短，水氣蒸發過程的時間長，因此若無特別條件或水氣來源，局部區域的水氣因下雨而耗盡時，雨就停止，例如一般夏季午後雷雨，下雨時間二至三個小時就停止。長時間的降水需要許多因素組合而成，大氣需有不穩度存在，也需要持續的外力抬升空氣以釋放不穩度，長時間降雨更需要水氣持續的補充。臺灣的山區地形，和氣象風場作用，是空氣抬舉與產生降雨的重要因子。我們以（圖3）說明莫拉克颱風的長時間降雨，以（圖4）說明颱風與季風的共伴效應：

1. 莫拉克颱風大而弱、且移速緩慢，因此影響臺灣時間長，產生大的累積雨量。依據莫拉克颱風科學小組報告指出：『莫拉克颱風暴風圈影響台灣期間，由於環境駛流減弱與受地形影響，颱風移動速度減慢甚至接近滯留，延長颱風影響台灣陸地的時間，造成長延時的豪大雨，是形成破紀錄累積雨量的重要原因』，所以颱風範圍大以及移動速度慢是兩個大關鍵。
   
   

   （圖3）右圖為莫拉克颱風侵台期間近地表風場，圖中紅色箭頭分別標示颱風環流（西北風）、西南季風（西南風）以及颱風和西南季風輻合所產生的西風，對流系統不斷地在西風輻合帶上產生。左上圖為莫拉克颱風侵台期間的雷達回波圖，顯示位於輻合帶上的東西走向對流系統，以及西南季風受南部地形抬升作用，形成的南北走向對流系統。由於颱風移速緩慢，使這兩雨帶滯留約33小時、產生豪大雨。左下圖為大範圍西南季風的水氣通量圖（深色代表大的水氣通量），顯示大規模西南季風由孟加拉灣延伸南海，源源不絕提供水氣。

   
   
2. 莫拉克颱風發生於大尺度西南季風顯著的時間，圖3的地面風場（圖3右小圖）清楚顯示颱風環流（西北風）、夏季風（西南風）與西南季風共伴形成輻合帶（西風），由於莫拉克颱風的慢行，此種風場配置型態長時間維持，輻合帶上激發對流產生長時間（33小時）的降雨，此外臺灣地形對於空氣抬舉亦扮演重要角色，西南季風在台灣南部地形受到抬升作用，也在南部山區山坡處產生豪雨。圖3雷達雨量圖（圖3左上小圖）顯示前述過程產生的東西走向與南北走向的兩條雨帶，東西走向的中尺度對流系統位於中南部延伸至臺灣海峽上，而南北走向雨帶位於中南部山坡地形區域。由於颱風緩慢的移速，使這兩雨帶近似滯留，豪雨成災。
3. 這種長時間的中尺度對流系統，除了需要有氣流輻合持續的外力強迫，還需要大量水氣的供給才可以長時間的降雨，西南季風提供了降雨所需求的水氣，莫拉克颱風侵台時間，剛好是西南季風最顯著時，西南季風由孟加拉灣延伸南海，源源不絕傳送水氣至台灣（圖3左下小圖）。
   
4. 季風與颱風的交互作用（如圖4），是我們區域颱風的特色。九、十月颱風會與東北季風共伴、產生豪雨；這種情形下，颱風位於南方菲律賓呂宋島附近，離開台灣有一段距離，但颱風環流與東北季風的輻合，會在台灣東北部產生豪大雨，有名的例子如2010年的梅姬颱風，豪雨重創蘇花公路，以及1987年10月25日的琳恩颱風，豪雨重創台北市。除了常聽到的這些東北季風共伴現象外，在七、八月期間，西南季風會由孟加拉灣延伸南海，源源不絕傳送水氣至台灣，和位於臺灣北部或北部海面的颱風環流共伴形成輻合帶，西南風也提供水氣產生豪雨。過去十年，如敏督利（2004）、海棠（2005）、卡玫基（2008）等颱風也與莫拉克颱風類似，是颱風與西南季風共伴的範例。莫拉克颱風是少數中心離開臺灣（中心位於北部海面），但仍持續降雨產生豪雨的颱風。

氣候變遷與颱風

莫拉克颱風是否和全球暖化有關係？在過去一段時間，媒體不斷以莫拉克颱風為例提醒大家重視氣候變遷議題，但把颱風與全球暖化做連結討論時，應以科學的角度嚴謹的檢視其合理性，聯合國政府間氣候變遷委員會（IPCC）就認為：不應將特定單一個案歸因於全球暖化。事實上，大氣運動是非線性的，相關性與因果關係並不直接，因此若不界定暖化對颱風影響的科學理論，任何兩件事都可以宣稱有相關性，這樣的討論其實沒有意義。以下，我們討論台灣過去數十年颱風的變化，以及目前科學家對全球暖化理論推測的颱風變化關係。

過去氣候變遷與颱風的討論重點在於空氣溫度增加會使水氣變多。理論的猜測為全球暖化會導致海水溫度上升，當氣溫每上升一度，大氣中的水氣含量會增加百分之七，增加的水氣含量可能導致颱風的強度變強，從而增加強降雨。以台灣而言，我們針對過去33年（1977-2009）西行侵台颱風的雨量進行分析，探討移行速度及颱風登陸前強度對臺灣陸地總降雨量的影響（如圖5），分析結果顯示，移速慢才是颱風累積降雨量大的主要因素，強度強的颱風累積雨量不一定特別多，這一點和前述莫拉克颱風的分析結果是一致的。此外，分析結果也顯示了颱風降雨年代際的變化、也就是大約十年或數十年的氣候型態變化，例如最近16年台灣颱風降雨明顯比早期17年的颱風降雨更強、颱風平均移動速度也較慢。

（圖5）1977年至2009年西行侵台颱風登陸期間總降雨量與移行速度及登陸前颱風強度關係圖，圖中圈圈大小代表降雨量多寡，縱軸為颱風強度，橫軸為颱風移行速度。深色代表近年期間的結果（1994-2009），圖中顯示移速慢才是颱風累積降雨量大的主要因素，強度強的颱風累積雨量不一定特別多。此外圖也顯示颱風降雨年代際的變化，最近16年比早期17年的颱風降雨更強、平均移速也有所不同。（引自Chien and Kuo, 2011 JGR論文）

颱風平均強度的變化，有年際、年代際以至於百年際的變化。西北太平洋颱風平均強度的年際變化，受到聖嬰與反聖嬰現象影響，在聖嬰年因為颱風生成區域東移，所以颱風生成後，有較長時間於海上，因此平均強度較強；反而言之，反聖嬰年時期因颱風生成區接近大陸，生成後短時間就受到陸地影響，因此平均強度較弱。颱風平均強度變化和區域性的降雨與災害則不一定相關，反聖嬰年颱風平均強度較弱，但是因為生成區靠近臺灣與華南，所以反聖嬰年的秋天，臺灣及華南有較多颱風災害。除年際的變化外，西北太平洋的颱風路徑也有年代際的異動；例如過去一、二十年往台灣的颱風數目約略增加，但是往南海方向的颱風數目則是減少；更早三、四十年前期間，往台灣的颱風數目較少，但是往南海的颱風數目則較多。此年代際變化，也可能是造成台灣近十來年來颱風雨量較多的部分原因。颱風路徑改變乃至於移速變化的物理原因及年代際訊號，則有待更多研究了解。這些結果都說明台灣颱風降雨的變化與全球暖化過去的預期（颱風變強所以降雨變多）並不相符。

目前已知溫室氣體排放造成氣溫上昇，百年來全球增溫0.74度，下個世紀預測增溫2-3度，地球暖化將會帶來環境的改變和嚴重威脅；然而模式估計變化的量仍具爭議性、只有定性的部份比較可靠，此外目前氣候模式仍無法合理模擬年代際變化，更遑論中尺度、颱風的極端降雨過程。針對極端降雨、颱風與氣候變化，聯合國氣象組織WMO專家小組2010年初達成共識：未來一百年後，氣候模式顯示弱颱風（如2009年的莫拉克颱風）將會減少、強颱風（如2008年的薔蜜颱風）將會增加15%、降雨增加20%，且西太平洋可能增加比其他地區多；但類似聖嬰現象的海溫分佈，又可能使颱風生成位置偏東（中太平洋）；這些預測，目前仍無法驗證正確與否。此外，WMO專家小組2010年也同意目前颱風的觀測資料，並沒有顯示全球暖化有影響颱風的跡象。

另外，台灣師大地理系沈淑敏老師去年所發表針對小林村附近楠梓仙溪進行的研究，比對歷史上楠梓仙溪的河道範圍與現今楠梓仙溪河道位置（如圖6），她們的研究顯示日據時代地圖及二次大戰後的航照圖是相互吻合，在1948年的紀錄中河道的範圍要比2009年莫拉克颱風淹水範圍還要來的寬廣。這項研究所代表的意義是指出莫拉克颱風所造成淹水的區域，在60年之前本應是河道的位置。如果河道寬廣的改變反應降雨量的變化，這樣的地理資訊顯示臺灣南部劇烈的降雨可能也有年代際的變化，也就是在六十多年前，或許如同最近的十五、六年近似，都有較多激烈天氣與豪雨，此部分推測需要更多研究。

（圖6）楠梓仙溪旗山至杉林間莫拉克颱風洪水範圍與1948年河道範圍之疊合比較圖。1948年的河道圖乃依據日據時代地圖及二次大戰後的航照圖繪製而成。左圖顯示，在上游近杉林地區1948年的河道範圍比莫拉克颱風溢淹範圍差不多，但在下游近旗山地區範圍則大許多。1948年的河道約為1999年當地河道的六倍寬。（翁毓穗、沈淑敏、莊永忠, 2010）

關於全球暖化影響劇烈天氣的推測，暖化具有導致小雨減少和乾旱的趨勢，但是對於劇烈天氣的變化則不是很清楚。最近的資料顯示劇烈天氣受到年代際變化明顯的影響，海溫增高有可能是最近十幾年內強降雨變得比較多的原因。海水溫度的變多變少有明顯的年代際訊號，不完全只受到大氣暖化影響。其實，海溫的年代際變動往往大於受到大氣暖化的影響，這是因為海溫與氣溫不同，海水的比熱較大且受到海水環流的影響，而海水內部溫鹽環流的運動時間可長達數十、數百、千年，所以海溫有明顯的年代際變化，進而影響到劇烈天氣。但是現有資料太短，也增加了海溫與劇烈天氣長期預測的困難。此外，局部地區的變化差異是最難的問題之一。總而言之，劇烈天氣可能因氣候變遷而增加，但確切證據仍待發掘。

結語

莫拉克颱風很弱，依照氣象局的颱風強度分類為中度颱風，但依照美國颶風分級（Saffir-Simpson Hurricane Scale）僅為最弱的第一級的颱風（Category one）。但是由於其環流範圍大、移速又慢，同時和西南氣流共伴的作用，颱風、季風與地形交互作用產生長時間中尺度的降雨現象、進而在中南部豪雨成災。莫拉克颱風的豪雨原因，以及臺灣地區颱風研究顯示，台灣的颱風降雨年代際變化，和全球暖化的理論猜想並不一致；在台灣，慢行的弱颱風、季風的共伴往往是造成颱風豪雨的主因。

面對如此劇烈的天氣變化，如何改善數十公里小區域的定量降水預報，更長時間48小時與72小時之路徑預報，以及數週到季節的颱風展望，是現在面臨的挑戰。我們應持續進行颱風降雨預報技術之研發、結合觀測、理論、降水預報模式與水文防災防洪模式，發展與整合關鍵的重點技術。針對颱風路徑預報與雨量預報的不確定性，加上大氣非線性系統的複雜度，統計系集預報技術，及其應用也將會是未來的工作重點。結合改善的預報技術及國內防救災措施，期能降低災害損失。