認識龍捲風(Tornado)

認識龍捲風(Tornado)
中國文化大學大氣科學系劉清煌副教授

龍捲風是所有天氣系統中最暴烈的天氣現象，雖然其生命期僅有數分鐘至數十分鐘，但強度卻是最強的，任何時間及地點只要氣象條件適合均有可能發生龍捲風，由於其生命期短且在很短時間內即可形成，故發生龍捲風之大氣環境有其特殊之條件。

圖1：1998～2010台灣地區發生龍捲風/水龍捲位置分布圖，數字為發生之次數。

根據發生龍捲風地點之統計，世界上發生龍捲風最頻繁地區是位於美國中部，包含德克薩斯州、奧克拉荷馬州、內布拉斯加州及以東的地區，南來之墨西哥灣暖濕空氣與北來之乾冷空氣在此交會，乾冷空氣下沈、暖濕空氣上升，因此特別有利於劇烈對流系統的發生，大部分的超大胞（Supercell）均誕生於此地，這些超大胞以及劇烈對流天氣系統（如弓形回波、颮線）醞釀出強大的龍捲風（Kessler 1992, Doswell 2001）。此地之氣候條件相當有利於龍捲風的生成，其強度及直徑均大過其他地區之龍捲風，這個地方俗稱「龍捲風巷」（Tornado alley, Bluestein 1999），也被稱為「龍捲風的故鄉」。

以超大胞產生之龍捲風而言，龍捲風多半發生於超大胞下方兩陣風鋒面（gust fronts）交接點，此處乃超大胞最不穩定的地方，產生之龍捲風稱為超大胞龍捲風（Supercell tornado）（Wakimoto and Wilson 1989）。除超大胞易發生龍捲風外，伴隨強烈之界面（如鋒面）或強烈對流胞也有可能產生龍捲風，這類龍捲風稱之為非超大胞龍捲風（non-supercell tornado），其強度及大小均較超大胞龍捲風為弱且小，且生命期也較短，但仍會有強個案的發生，Wakimoto and Wilson（1989）研究非超大胞龍捲風之個案認為這類龍捲風是起源於低層的輻合區，於輻合區中由於水平風切之風切不穩定會產生一些小的渦旋，若積雲之上升氣流區與小渦旋耦合在一起，透過渦流管（vortex tube）之抽拉作用，使得小渦旋快速成長而形成龍捲風。非超大胞龍捲風雖然較弱，但其生成條件較容易滿足，因此發生之頻率與造成的災害也不容輕忽。目前科學家對龍捲風仍許多不理解之處，經由科學觀測實驗希望對龍捲風之生成環境及內部結構能有進一步的認知。

龍捲風發生在陸地上，亦稱為陸龍捲（landspout），若發生在水（海）上則稱為水龍捲（waterspout）。水龍捲較少伴隨超大胞，大多數出現於積雲對流系統，因此其強度、大小及生命期均不如大型的龍捲風。本文中提及之「龍捲」意指龍捲風（陸龍捲）及水龍捲，臺灣地區發生龍捲的機率不高且多數無明顯的災害（陳1995）。近年較明顯的個案有2003年6月11日高雄鳳山龍捲風、2007年4月18日台南安南龍捲風、2009年4月20日臺南白河龍捲風、2011年5月12日新北市新店龍捲風、2013年4月6日高雄大樹龍捲風、5月19日雲林古坑龍捲風、及6月25日臺南北門龍捲風，其中新店龍捲風為罕見的順時針旋轉龍捲風，而安南龍捲風持續約40分鐘且總路徑長約40公里，橫跨台南市及高雄市的四個區，是歷年來持續時間最久且路徑最長的案例（Liu and Chang 2007）。

圖2：鋒面前緣對流系統示意圖。A～D為對流胞，整體對流胞沿Y方向移動，而個別對流胞往X方向延伸。

劉（1996）指出台灣平均每年出現1.8至2次龍捲風，其中三分之二集中在台南縣市、高雄縣市及屏東之平原地帶，這個區域被氣象人員稱為「龍捲風巢」，此統計數字是陸上龍捲風被觀測到的個數，實際上可能還有更多未被觀測到的個案。除陸上龍捲風外，台灣近海附近也經常發生水龍捲，Liu and Chang (2007) 統計1998-2005龍捲（包括未延伸到地面的漏斗雲）個數顯示，每年約有3~4個個案被觀測到，但個數仍可能低估。隨著數位相機及照相手機的普遍對龍捲個案的紀錄較多，對數之統計也較為完整，Liu (2010)最新統計1998~2010年台灣地區發生龍捲個數，較確定的案例共有55次，平均每年約有4.2例，出現之地點也以西南部（台南、高雄及屏東）地區最多，其次是花、東海域，月份則以5~7月份較多，時間師大以15～18時較多，顯示水龍捲的發生與午後旺盛積雲對流有關。

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參考文獻

徐寶箴 1977：賽洛瑪颱風與龍捲風，氣象學報，23，9-15.

陳正改 1995：台灣地區氣象災害分析，台北師院學報第8期。

劉昭民 1996：台灣的氣象與氣候，常民文化。

劉清煌、張智昇 2004：2003年伴隨梅雨鋒面所發生之水龍捲及龍捲風，第八屆全國大氣科學學術研討會，桃園縣龍潭，2004年5月17日至20日。

劉清煌、蔡沛旻 2011:宜蘭南澳水龍捲之分析，大氣科學，39, 117-146.

Bluestein H. B., 1999: Tornado Alley – monster of the great plains, 180pp. Oxford University Press, Inc.

Brady, R. H., and E. Szoke, 1989: A case study of nonmesocyclone tornado development in northeast Colorado: Similarities to waterspout formation. Mon. Wea. Rev., 117, 843-856.

Doswell, C. A., 2001: Severe Convective Storms, 561pp. American Meteorological Society.

Golden, J. H., 1974a: The life cycle of Florida Keys’ waterspouts. I. J. Appl. Meteor., 13, 676–692.

——, 1974b: Scale-interaction implications for the waterspout life cycle. II. J. Appl. Meteor., 13, 693–709.

——, 1977: An assessment of waterspout frequencies along the U.S. East and Gulf Coasts. J. Appl. Meteor., 16, 231-236.

Kessler E., 1992: Thunderstorm Morphology and Dynamics, 411pp. University of Oklahoma Press.

Liu, C.-H., 2010: A waterspout observed under weak southwesterly flow near Kauhsiung on 7 July 2010. Third SoWMEX/TiMREX Science Workshop, 3-5 November 2010, Taipei, Taiwan.

——, and C.-S. Chang 2007: A study of 2007-04-17 Tainan tornado. Conf on Mesoscale Meteorology and Typhoon in East Asia (ICMCS-VI), 6-8 November, 2007, Taipei, Taiwan.

Schwiesow, R. L., 1981: Horizontal wind structures in waterspouts. J. Appl. Meteor., 20, 349–360.

Simpson, J., B. R. Morton, M. C. McCumber, and R. S. Penc, 1986: Observations and mechanisms of GATE waterspouts. J. Atmos. Sci., 43, 753–782.

——, G. Roff, B. R. Morton, K. Labas, G. Dietachmayer, M. McCumber, and R. Penc, 1991: A Great Salt Lake waterspout. Mon. Wea. Rev., 119, 2741–2770.

Wakimoto, R. M., H. V. Murphey, D. C. Dowell, H. B. Bluestein, 2003: The Kellerville Tornado during VORTEX: Damage survey and Doppler radar analyses. Mon. Wea. Rev., 131, 2197-2221.

——, and J. K. Lew, 1993: Observations of a Florida waterspout during CAPE. Wea. Forecasting, 8, 412–423.

——, and J. W. Wilson, 1989: Non-supercell tornadoes. Mon. Wea. Rev., 117, 1113-1140.