风眼中的小涡旋
2019年11月20日
自从成为了天文台社交媒体管理团队的一员，我经常都需要留意在不同网上平台出现的天气相关资讯，为天文台每天的帖文「选材」，以下想分享近期一次难忘的经历。2019年9月台风「塔巴」横过东海时，有航机乘客在某网上讨论区分享了一帧由飞机拍摄的相片，可清楚看到在照片中，远和近各有一组螺旋形云带，非常壮观 (图1)。
图1：从飞机上拍摄的螺旋形云带 (摄：唐振宇先生)
我和同事起初看到照片时，坦白说心底里也是有点半信半疑，未敢肯定相片真伪。因为一般来说，成熟热带气旋的对流云团可发展至对流层顶 (在热带地区可达16,000米以上)，较一般民航机的巡航高度(约12,000米)更高，在民航机上难以一窥热带气旋的全貌，因此图1显示的螺旋状云带应不是整个台风「塔巴」。
那照片中的螺旋云带究竟是甚么呢? 本著科学求真精神，我们透过社交平台联络拍摄照片的唐先生，向他了解更多拍摄的相关资讯，包括确切的拍摄日期和时间、所乘航班的编号等。我们在此再衷心感谢唐先生不但爽快提供相关资料，同时亦慷慨传来相片原档供天文台用作公众教育用途。
唐先生9月21日由日本飞往台北，相片拍摄时间约为香港时间下午2时35分。根据唐先生提供的航班编号，我们透过坊间的航班追踪网站可以得知当时航机的大约位置，并与卫星云图作比较(图2)。从图中可见，当时「塔巴」中心附近的环流不算十分紧密，而在风暴中心位置附近则出现数个小涡旋，在台风中心附近公转(图3)，其中两个涡旋相信就是出现在相片中的两个螺旋云带。由于这些云带是由较低的云层组成，高度低于航机的巡航高度，因此可在飞机上欣赏到这壮丽的一幕。
图2：2019年9月21日(香港时间下午2时35分)台风「塔巴」的卫星云图，可见当时「塔巴」的中心附近有数个中尺度涡旋。右图中橙色飞机图示为唐先生（图1拍摄者）当时所乘航机的大约位置，而橙色虚线则为航班的大约飞行路径(鸣谢：日本气象厅提供向日葵8号卫星图像；航班追踪网站Flightradar24.com 提供航机飞行位置资讯)
图3：2019年9月21日(香港时间下午1时至3时30分)台风「塔巴」的卫星云图动画。(图像来源：日本气象厅向日葵8号卫星)
这些在台风中心附近的低层小涡旋，在学术上亦称为「中尺度涡旋」(mesovortices)，其实并不算罕见。上月(2019年10月)对日本本州造成严重破䃶的「海贝思」，当它横过西北太平洋时于风眼附近亦曾出现这类中尺度涡旋(图4)；而2003年大西洋的飓风Isabel，风眼更曾同时出现6个中尺度涡旋呢(图5)!据科学文献记载，中尺度涡旋可以在眼壁附近形成并移往风暴中心，这过程亦会将眼壁的「角动量」(angular momentum)带到风眼中，有科学家相信这对热带气旋的增强过程有关键作用。这些中尺度涡旋的详细形成机制相当复杂，其中一个可能性是若台风眼壁的气流速度远较风眼中心高，这速度差异会令大气处于不稳定的状态，若其他条件配合，眼壁内侧附近便有机会「转」出一些小涡旋来。［参考文献1至4］
图4：2019年10月10日(香港时间上午7时至下午1时30分)超强台风「海贝思」的卫星云图动画。(图像来源：日本气象厅向日葵8号卫星)
图5：2003年9月12日(协调世界时13时15分)飓风Isabel的卫星云图，可见在风眼中的6个中尺度涡旋(正中心的小涡旋被另外5个包围著)。(鸣谢：CIMSS / 美国国家海洋及大气管理局 GOES-12卫星)
为了在天文台Facebook 分享这帧照片，我们花了不少力气作资料搜集和核实，当看到帖文能引起公众对天气现象的关注实在感到欣慰。智能电话的普及令捕捉罕有天气现象变得更方便，若大家有机会拍摄到壮丽的天气照片希望跟他人分享，又或想欣赏其他市民的佳作，欢迎加入天文台的「社区天气观测计划」(CWOS)Facebook群组，您分享的相片、影片更有机会出现在天文台的Facebook专页和Instagram帐户的帖文呢!
蔡子淳
参考文献：
[1] Kossin, J. P., B. D. McNoldy, and W. H. Schubert, 2002: Vortical swirls in hurricane eye clouds. Mon. Wea. Rev., 130, 3144–3149.
[2] Montgomery, M. T., V. A. Vladimirov, and P. V. Denissenko, 2002: An experimental study on hurricane mesovortices. J. Fluid Mech., 471, 1–32.
[3] Kossin, J. P. and W. H. Schubert, 2001 Mesovortices, polygonal flow patterns, and rapid pressure
falls in hurricane-like vortices. J. Atmos. Sci. 58, 2196-2209.
[4] Kossin, J. P. and W. H. Schubert, 2004: Mesovortices in Hurricane Isabel. Bull. Amer. Meteor. Soc., 85, 151–153.