研究內容概要：

幼時生長在台東，颱風不僅豐富了我童年的記憶，更是生活中密不可分的一部份。因此我對颱風懷有道不盡的綿密情感，謹以一首詩作為表達：

 

 

 

 

 

 

 

本著對大自然無窮奧妙的好奇，過去十年來個人持續專注於颱風研究。本人於美國麻省理工學院完成的博士論文(Wu and Emanuel 1993, 1994, JAS, 1995a, b, MWR)探討如何從位渦觀點瞭解颱風運動，不僅創先提出斜壓對颱風運動的影響，更首度量化評估颱風駛流與大尺度動力系統的關係。在普林斯頓大學地球物理流體動力實驗室（GFDL）的博士後研究期間，我有機會參與發展及使用著名的GFDL 颱風模式，特別是其初始化與參數化改進過程。另外我也利用GFDL颱風模式模擬探討颱風與環境的互動關係與回饋機制(Wu and Kurihara 1996, JAS; Wu et al. 2000, JMSJ; Wu 2001, MWR)。

1995年回到台灣大學之後，我著手建構颱風動力研究室(請見http://typhoon.as.ntu.edu.tw)，目標是要進行ㄧ流的颱風研究，個人之研究乃是以颱風之動力探討，模擬預報改進及四維同化研究為主軸，希望透過一系列的研究工作，一方面深入探索颱風學理，一方面則結合學術成果加以應用，有效改善颱風預報，寄望對於科學本質及社會民生皆能有具體貢獻與回饋。以下為我的研究重點：

 

研究重點及重要貢獻：
自1993年於國外發表第一篇期刊論文至今二十多年，總計已發表110篇SCI期刊論文，另外參與國際會議發表論文229篇，質與量兼具，無論是個人研究、領導國內研究、甚至是領導國際研究與實驗合作皆有突出成果、在國際相關領域發揮重要影響、在國際學術及預報作業領域相當活躍，並有實質具體貢獻。上述論文皆為大氣科學領域之主要期刊，並多數為美國氣象學會 (AMS) 及美國地球科學學會 (AGU) 最具代表性發表相關研究內涵的主要期刊。按Web of Science (Thompson Scientific) 統計，已被SCI期刊論文引用4486次，H number為36。按“Google Scholar”統計，已被其他論文引用7439次，H-Index為 44。按“Scopus”統計，已被其他論文引用4803次，H-Index為 37。

颱風路徑動力：
Wu and Emanuel (1993, 1994, JAS; 1995a, b, MWR）探討如何從位渦觀點瞭解颱風運動，不僅創先提出斜壓對颱風運動的影響，更首度以位渦度量化評估颱風駛流與大尺度動力系統的關係。另外吳教授以位渦診斷創新建立雙颱風交互作用之物理架構，以瞭解雙颱風互動的過程(Wu et al. 2003, MWR; Yang et al. 2008, MWR)。客觀及量化分析影響颱風路徑之主要大氣系統特性，透過位渦診斷分析得以瞭解影響颱風路徑及移動速度變化的物理機制，同時診斷各數值模式無法掌握颱風路徑的原因（即數值模式之預測偏差）。此研究對於即時颱風路徑分析與預測，以及颱風觀測策略提供有用的思路(Wu et al. 2004, 2009b, 2012b, MWR)。此系統亦為中央氣象局研發與分析團隊使用。

颱風與地形交互作用：
臺灣地形如何影響颱風路徑、強度、眼牆結構及風雨分布一直是吳教授主要研究專長與興趣，特別是利用觀測分析與數值模擬探討此議題 (Wu and Kuo 1999, BAMS; Wu 2001, MWR; Wu et al. 2002, Wea. & Forecasting; Galewsky et al. 2006, JGR; Jian and Wu 2008, MWR)。Wu and Kuo (1999, BAMS) 針對臺灣颱風研究的進展與挑戰發表具指標性的重要回顧論文，已獲124次SCI期刊論文的高度引用。Wu et al. (2003, GRL)使用高解析度的數值模擬，以瞭解地形對眼牆重新發展的影響及登陸颱風中Vortex Rossby waves的演變情形，此成果亦為 Nature 雜誌的 "news and views in brief" 所報導。Jian and Wu (2008, MWR)使用WRF模式探討2005年海棠颱風登陸臺灣前產生之特殊打轉移動路徑動力機制，特別是首次針對颱風與地形交互作用所引起的狹道效應(channel effect)提出完整的動力解釋。

Huang et al. (2011, MWR) 研究除了探討柯羅莎颱風 (Krosa; 2007) 登陸北臺灣前打轉運動之動力機制，更利用考慮較複雜、完整物理過程的模式進行一系列的理想模擬實驗，發現強颱在接近臺灣北部和中部時皆有顯著的南偏運動，而登陸不久後路徑又會迅速的向北偏轉，形成類似打轉的運動軌跡。不論是Krosa的個案分析或是理想實驗的結果，皆顯示颱風登陸前所發生的南偏運動與狹道效應有密切關係；此研究被2011年的UCAR magazine所引用報導。

Wu et al. (2009a, MWR)則提出颱風在登陸前後眼牆之收縮、破壞及再生成的演變動力過程及其對於颱風結構與強度的影響理論，透過數值模擬探討地形與下表面變化對於颱風眼牆演變的效應，並進一步釐清非絕熱作用在眼牆維持上所扮演之角色，亦針對正壓動力於詮釋眼牆不完整之處提出新的見解，此概念與最新眼牆動力理論所強調對流擾動發展角色一致（如Montgomery et al. 2008, 2009; Moon et al. 2010）。

Wu et al.（2015, JAS）探討台灣地形對颱風路徑之影響，提出颱風登陸後路徑往南偏折作用、機制，以及地形導致狹道效應的新見解。吳教授利用理想模擬敏感性實驗探討地形對於颱風路徑的影響，透過位渦診斷及動量分析，瞭解颱風接近地形時，路徑偏折大小、方向之差異與原因；並探討造成狹道效應之條件及可能原因。Huang and Wu (2018, JAS) 模擬理想地形對颱風路徑的影響，並利用位渦趨勢診斷詳細分析颱風的移動過程。發現當颱風距離地形較遠時，大尺度的環境流場受到地形影響而使颱風路徑南偏，並使颱風西側的低層風速增加。當颱風內核受到地形顯著影響時，渦旋西側的低層風速由於峽道效應而顯著增加，並且將動量向上傳至中層大氣。敏感性實驗的結果顯示當地形的高度愈高，愈有利垂直動量傳輸，增加颱風中層流場的不對稱。此外，不同的颱風初始位置也會對路徑的偏折造成影響。

颱風雙眼牆動力：
使用T-PARC實驗在辛樂克（Sinlaku）颱風期間所獲得前所未有的飛機觀測資料，進行EnKF資料同化與數值模擬研究分析，提出雙眼牆形成之新動力機制（Wu et al. 2012a, MWR 與 Huang et al. 2012, JAS)。Wu et al. (2012a, MWR) 使用Wu et al. (2010, JAS)發展之颱風初始化方法，並運用2008年T-PARC追風觀測資料（包括4趟C-130之完整穿越颱風中心觀測所得颱風內核的飛機觀測資料），進行辛樂克颱風之模擬。數值模擬結果有效掌握辛樂克的演變過程，包含其路徑、強度及結構的變化。其中特別受到矚目的研究議題為辛樂克之雙眼牆的形成及演變，此雙眼牆過程在此研究中被成功地模擬，並於第二部份研究中進行深入的動力分析，特別是發展出雙眼牆形成的關鍵新動力機制。

Huang et al. (2012, JAS)透過Wu et al. (2010)同化模擬辛樂克颱風的數值資料，此研究針對雙眼牆的形成進行一系列的動力分析，探討雙眼牆形成之關鍵動力機制。此研究檢驗邊界層內及附近的環流變化，發現在雙眼牆形成的區域偏離梯度風平衡之情況特別顯著，伴隨而來的主、次環流變化過程會進一步增強此不平衡之狀態，此持續的正回饋過程與雙眼牆之形成有密切關係。此研究提出一個全新的雙眼牆形成動力機制，即探討邊界層內及附近的入流與環流變化，及超梯度風不平衡動力所扮演雙眼牆形成的關鍵角色。此研究乃是雙眼牆動力的全新架構與熱門議題，國際上已有多個研究團隊(如UCLA、SUNY Albany、Univ. of Washington、Univ. of Miami、Pennsylvania State Univ.、Naval Postgraduate school、Center for Australian Weather and Climate Reseach、Nanjing Univ.、Peking Univ.) 廣泛引用此理論於後續研究中。

吳教授於颱風雙眼牆動力機制的研究成果，受邀於2015年大氣科學領域最新出版之大氣百科全書「Encyclopedia of Atmospheric Sciences. 2nd Edition」中撰寫其中有關雙眼牆形成的「Tropical Cyclones: Secondary Eyewall Formation」章節。且另在大氣科學領域重要最新專書「Dynamics and Predictability of Large-Scale High-Impact Weather and Climate Events」一書撰寫其中「Secondary Eyewall Formation in Tropical Cyclones」章節。

Wang et al. (2016, JAS) 在理想情境中模擬出雙眼牆結構，並從平衡與非平衡的觀點探討SEF的動力機制。切向風收支的結果顯示在邊界層內軸對稱平均的徑向平流與地表摩擦的加總會削弱切向風，而渦流（eddy）過程對於SEF有正面貢獻。代表軸對稱平衡動力的Sawyer-Eliassen診斷則顯示軸對稱的入流導致邊界層之上的切向風加速與SEF。

Huang et al. (2018, JAS) 是Huang et al. (2012) 的續作，透過動量收支分析詳加探討雙眼牆的形成機制。分析結果顯示在雙眼牆形成前的切向風趨勢的快速增加有約2/3由非梯度風趨勢所提供，再次凸顯非線性、非平衡動力過程對於雙眼牆形成的重要性。此外，此研究指出在SEF區域的不同垂直層中，導致平均切向風增加的過程有所不同：其一是在邊界入流層內由絕對渦度的平均徑向通量與邊界層參數化過程間的抵銷過程，其二是在邊界層頂的垂直平流過程。徑向風方程的診斷結果顯示在SEF前一天，正的非梯度力逐漸增加，使入流減速並導致SEF區域的邊界層輻合。本研究的收支分析提出新證據，進一步支持邊界層非平衡動力導致SEF的動力途徑。

颱風強度/大小變化：
颱風強度：控制颱風強度變化的主要物理機制為何，乃是目前颱風研究最重要的議題之一。

Wu and Cheng（1999, MWR）透過資料分析以瞭解環境風切、角動量通量、海表面溫度、外流層及位渦等因素了解影響颱風強度的重要因子。Wang and Wu (2004, MAP) 已發表一篇相關的回顧論文，並被廣為引用。Zeng et al. (2006, MWR) 則透過觀測上的研究來了解環境參數對於颱風強度所扮演的角色。

Wu et al. (2016, JAS) 探討對流潛熱釋放對於眼牆維持扮演重要角色，全新解釋為何颱風的環狀眼牆結構如何不受二維正壓不穩定結構影響而被破壞，釐清颱風眼牆結構基本動力過程。位渦收支分析指出潛熱加熱是主導過程，且大部分被平流項所抵消。Sawyer-Eliassen診斷顯示潛熱釋放透過驅使之次環流維持初始的渦度環結構。敏感性實驗進一步指出渦度趨勢的量值正比於潛熱加熱，顯示潛熱加熱對於眼牆渦度的維持與調整扮演重要角色。

Chen et al. (2018, JAS) 透過一系列敏感性實驗探討颱風的對流雲與層狀雲的加熱/冷卻率對於颱風強度與結構的發展。結果顯示缺乏對流加熱會使颱風減弱，颱風內核大小減小。若增加對流加熱，會產生較厚且多邊形的眼牆，颱風的強度發展則比起控制組來的和緩。若是將層狀雲的加熱移除，會颱風增強過程趨緩，最終達到中等強度。若將層狀雲加熱變為兩倍，對於颱風的發展過程沒有顯著影響。將層狀雲冷卻減半會使颱風經歷快速增強並形成緊密的內核結構。若將層狀雲的冷卻變為兩倍，則颱風會終止增強的過程並發展出類似雙眼牆的結構，伴隨著顯著的內核大小的擴張。將層狀雲的加熱與冷卻同時移除將會產生最強的颱風，其結構與強度類似於將層狀雲冷卻減半的實驗。當層狀雲的加熱與冷卻同時變為兩倍，颱風會先快速減弱，接著透過眼牆中上層的上衝流與低層的垂直連結使眼強對流再度活躍，但此時眼牆有較大的傾斜率。

在Chang and Wu (2016, JAS) 的工作中，詳細探究梅姬（2010）的快速增強（RI）過程。透過可解析對流尺度的全物理模式，模擬颱風經歷RI前後的階段。活躍的對流活動、逐漸增強的主環流與中層暖心的發展被視為RI的前兆。對流的潛熱驅動出的次環流將較大的動量往上傳送，加強中高層的主環流。慣性穩定度的增加不僅使加熱效率提升，同時還阻止暖心結構被通風效應破壞，使地面氣壓有效的下降。位溫收支的結果顯示與對流逸出有關的平均下沉運動是形塑中層暖心的主要過程。而增加的海表焓通量則是造成旺盛的對流的主要原因。此研究並指出弱至中等對流是RI肇始的主要角色，對流爆發則是扮演支持的角色。

WISHE機制在颱風發展所扮演的角色一直是颱風研究的重要議題。Cheng and Wu (2018, JAS) 設計數值實驗檢視SEF對於WISHE的敏感性。藉由限制海表風速在不同上限值以及不同的徑向區間已達到限制海表熱通量的目的。當SEF 區域附近與外側的熱通量被適度地限制時，外眼牆的形成時間延遲了，且內外眼牆都有所減弱。當熱通量被大量限制時，SEF並未發生。相反的，當限制熱通量的區域在颱風內核區時，對於外眼牆的影響則有限。這項研究指出WISHE機制對於SEF與颱風發展的重要性。

在Lee and Wu (2018, JAS) 的工作中，搭配不同的微物理參數化與邊界層參數化模擬梅姬（2010）的RI過程。模擬結果顯示使用WSM6微物理參數化與MN3邊界層參數化 (WSM6-MN3) 所得到的結果，與WDM6-MN3的模擬結果，是所有參數化組合實驗中颱風發展差異最大的兩組，並檢視這兩組實驗中的RI機制。RI發生前，WDM6-MN3的低層環境較乾、存在較強的下衝氣流，因此在RI期間WSM6-MN3的增強幅度比WDM6-MN3更為明顯。在兩個實驗中，可以在多邊形眼牆頂點位置的低層大氣中頻繁觀察到海表熱通量、位渦、絕對角動量徑向平流、慣性穩定度、超梯度風與對流爆發最大值的出現。WSM6-MN3在內核區有更多對流胞、更持久與厚實的多邊形眼牆、更強健的垂直結構。此研究指出多邊形眼牆的存在提供有利的條件使RI發生。

利用Himawari-8衛星資料，Lee et al. (2020, MWR) 統整西北太平洋2015年至2017年的30個經歷RI的颱風 (RI TCs)，其對流面積與颱風眼大小的日變化。藉由亮度溫度將對流區域區分成對流活躍區 (ACA)、混相區與非活躍區 (IACA)。ACA通常在下午至隔天早晨發展旺盛，而混相區與IACA則是在白天發展。30個RI TCs在RI階段至少有一個完整的ACA日變化。同時，更強的颱風在RMW內更容易出現連續的ACA與維持眼牆的對流雲。ACA的日變化會受到環境因素的影響，例如垂直風切、海洋熱含量、中尺度對流系統與地形等。此外，線性迴歸分析顯示當颱風在熱帶風暴階段時，RI會在一段較緩慢的增強階段後出現，加強主環流與眼牆的對流雲。當颱風眼出現在衛星影像上時，其大小會與對流活動的日循環呈現出相反的變化。

Cheng and Wu (2020, JAS) 透過限制不同程度的海表熱通量的敏感性實驗，探討WISHE機制對颱風RI的角色。WISHE的減少會使RI發生的時間延後，巔峰強度減弱。RI發生前，較多的WISHE將會導致低層大氣的相當位溫增加更快，導致更活躍的對流，也較快達到特定強度。在RI階段，較多的海表熱通量提供低層大氣對流不穩定度，導致活躍的對流發展。較大的慣性穩定度使颱風的增強更有效率，達到較強的巔峰強度、更顯著的暖心與高層對流的軸對稱化。此研究指出WISHE對於經歷RI的颱風的增強率所扮演的重要角色。

為了更近一步探究颱風外核的海表熱通量對颱風結構與RI過程的影響，Peng and Wu (2020, JAS) 設計不同的數值實驗，限制不同半徑區間的海表熱通量。當限制的範圍在半徑60至90公里時，颱風的強度會明顯減弱。然而當限制的範圍在半徑150公里以外時，在RI前更強的內核中高層上升運動與加熱效率使颱風反而經歷了更強的RI。雖然外核的海表熱通量被抑制，內核風速的增強可從海洋提取更多能量。外核低層更大的穩定度會導致深對流的聚合，伴隨內核位渦的產生與集中，使最強的風速侷限在其中。偏相關分析的結果進一步顯示內核對流與接續6小時強度變化之間的正相關，以及內外核對流之間的競爭關係。

在模式的理想情境中，Hu and Wu (2020, JAS) 以系集敏感性探討颱風增強的過程。透過不同變數與颱風未來增強率之間的偏相關分析，可以將颱風強度的因素移除以探討敏感因子。結果顯示在最大風速半徑（RMW）至三倍RMW之間、高度2公里以下（敏感區域）的相當位溫，與接下來2.5小時的颱風強度變化有最大的相關性。敏感區內更高的相當位溫與更強的上升氣流、眼牆中高層的垂直運動向內偏移有關，使加熱位置更靠近中心，更加有利於颱風增強。軌跡分析顯示敏感區域內的氣塊多來自邊界層入流與中層入流。活躍的外圍雨帶會增強中層入流，將更多的低相當位溫空氣帶入邊界層。驗證實驗的結果證實RMW至3倍RMW較高的相當位溫有利於颱風增強，而5倍RMW以外的高相當位溫則不利颱風增強。

Shen et al. (2021, JAS) 的研究探討颱風內不同半徑區間的海表熱通量對颱風大小的影響。透過敏感性實驗，WISHE機制在不同半徑區間有程度不一的削弱。實驗結果顯示當海表熱通量在整個模式範圍都被限制時，將會形成較小的颱風。颱風大小對於外核海表熱通量相較於內核更敏感。當內核的海表熱通量被限制時，減弱的雨帶與其伴隨的次環流減弱被限制在內核區，對於外核絕對角動量的向內輸送影響有限，因此對於颱風大小沒有明顯影響。然而，當外核的海表熱通量被限制時，減弱的雨帶與次環流使自外部向內輸送的絕對角動量明顯減少，形成較小的颱風。

Lee et al. (2021, JAS) 透過模式的理想數值實驗，探討在中等深層風切保持不變的情形下，低層風（LLF）風向對於颱風增強的影響。實驗結果顯示指向上風切左側的LLF成員（FI）與指向下風切右側的LLF成員（SI）相比，前者增強速率較快。FI的內核結構較早被建立、較早達到軸對稱化。而SI的內核結構則相對較弱且不對稱。FI 位於下風切側的海表熱通量的加強可以供給較高的能量給上風切左側的對流。藉由調整海表熱通量的分佈與眼牆對流，此研究提出新觀點指出LLF方向會對中等風切環境下的颱風的增強造成影響。

颱風降水機制探討：
對臺灣而言，由於時常受到颱風侵襲且地形複雜，降水機制與定量降水預報的探討仍是重大科學議題 (Wu et al. 2009b, MWR)。颱風所伴隨降水現象之機制與預報，是颱風研究之關鍵議題。以1996年賀伯颱風造成阿里山測站破紀錄之日降水量（1736 mm）為個案，Wu et al. (2002)是建構新的颱風初始化方法，以高解析度數值模式模擬颱風降雨及探討臺灣地形模式解析度角色的指標性研究論文。此研究工作開啟臺灣區域颱風降雨數值模擬議題，後續研究無不加以引用。

Wu et al. (2009c, MWR) 研究則為首次於SCI國際期刊發表探討秋颱降雨機制之論文，即秋季時巴士海峽上颱風（Typhoon Babs）與東北季風之共伴環流效應所導致的劇烈降雨特徵。透過數值實驗此研究特別釐清颱風環流、東北季風及臺灣地形三者對於降雨所扮演的相對角色。文中所列之降雨機制示意圖及概念，已為學者多所引用。

Wu et al. (2010, MWR) 藉由1999年之雙颱（Rachel及Paul颱風），探討去除Paul颱風環流及所處大尺度季風槽系統，對Rachel颱風路徑及降水現象所造成的影響。

Yen et al. (2011, TAO) 則創新運用EnKF同化方法 (Wu et al. 2010, JAS) 控制颱風之移動速度，定量探討2009年莫拉克颱風 (Morakot) 移速對颱風累積降水量所造成的影響。結果發現當颱風移速增加近一倍時，即颱風滯留陸地時間減少36%時，颱風通過臺灣期間的累積降水量減少約33％，此量化結果有效釐清莫拉克颱風移速對於颱風累積降水的角色，對於瞭解颱風降水機制有所助益，也有利於氣象實際作業單位之預報參考，並為颱風所帶來降雨總量與颱風移速之關係，提供清晰概念銓釋及啟發。此篇論文獲得中華民國氣象學會2012年”黃廈千博士學術論文獎”。再於 2016年獲得中華民國地球科學學會 (CGU) "2011 - 2015年被引用次數最多之論文獎 (Most Cited Article Award)".

另外吳教授以總編輯身份規畫並推動TAO於2011年發行 「Special issue on “Typhoon Morakot (2009): Observation, Modeling, and Forecasting”」，並在專刊中發表4篇研究成果。為推薦此TAO專刊至國際，以TAO總編輯身份發表”Typhoon Morakot (2009): A special issue in Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Science (TAO) Journal”於Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS)期刊(Wu 2012, BAMS)。Wu et al. (2013, MWR)結果顯示不同颱風路徑群所造成台灣地區不同降雨結果與地形效應。顯示台灣地形與颱風路徑預報對台灣地區颱風定量降水預報之重要性。吳教授在氣候與颱風降水研究方面，也有新的進展。

Wu et al. (2016)在Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS) 期刊發表。此篇研究進行過去台灣長期(1993~2013年)侵台颱風降水之雨量資料分析與統計研究，釐清台灣地區颱風降水之長期趨勢，以及由測站數多寡與測站高度及其區域分佈對降水資料統計之影響程度，亦探討雨量資料代表性與長期統計結果可信度之科學議題，對台灣地區探討相關颱風降水統計之方法產生主要影響，此研究成果亦對台灣極端劇烈降水與氣候變遷(climate change)間關係的瞭解有相當助益。

Chen et al. (2016, MWR) 探討梅姬（2010）在台灣東北部（宜蘭）所造成的遠距強降水事件的機制—包含颱風的外圍環流、亞洲季風與台灣地形之間的綜合影響。透過系集模擬，系集成員被依路徑或降雨預報分成不同群組，並比較之間的差異與原因。颱風外圍環流將水氣向北輸送，在台灣東部海岸形成潮濕的環境。同時，高相當位溫的颱風外圍環流與較低相當位溫的東北季風交會，導致宜蘭外海的低層鋒生。東北季風將水氣平流進宜蘭西南側，陡峭的山脈地形引發地形舉升，導致暴雨。此外，宜蘭地區的遠距降水不確定性可被歸因於幾個因素，包括颱風路徑、東北季風的強度與範圍、以及氣流與地形的交角。

Lin and Wu (2021, MWR) 探討卡努（2017）在台灣造成遠距降水的兩種模態：季風mode與地形mode。結果顯示鋒生與地形導致的舉升作用是導致台灣東北部強降雨的主要機制；而地形阻擋效應和颱風外圍環流之間的交互作用則導致台灣東南部強降雨。地形mode 的結果顯示，颱風外圍環流與台灣地形間的入流角和降雨的累積頻率有顯著關聯，而降雨累積頻率與颱風系集路徑有關。水氣移除與地形移除敏感性實驗則顯示台灣山區平均累積雨量會減少。此研究指出多個影響遠距降水的可能因子，而在卡努的個案中，地形舉升是主要機制。

Lin et al. (2020, JMSR) 使用ITOP (2010) 觀測實驗的資料以及系及卡爾曼濾波器的渦旋初始化方法產生的系集模擬探討台灣地形對於凡那比（2010）的路徑、強度與降雨不確定性的影響。結果顯示台灣地形的存在大大增加颱風登陸時的路徑與強度不確定性。當颱風離開台灣時，颱風中心南側持久的雨帶的緯度位置相當程度取決於颱風中心的緯度。雨帶位置的不確定性也影響台灣南部降雨的不確定性。當地形被提高，雨帶將在更南方發展。此研究指出與雨帶有關的環流與地形的交互作用是導致降雨不確定性的主因。

颱風與海氣交互作用（與林依依教授合作）：
Lin et al. (2005, MWR)使用海表面高度距平 (SSHA) 與一個簡單的海洋耦合模式（CHIPS），探討海洋暖渦旋在颱風強度改變的議題中所扮演的角色。研究結果顯示一個新的詮釋觀點（與過去學者所強調之Ocean heat content概念有所不同），即海洋暖渦抑制颱風引起海表面溫度冷卻反應之負回饋作用，即暖渦旋所伴隨之較厚混合層可有效降低颱風引發之海表面溫度冷卻作用，使梅米颱風得以發展至超級強烈颱風。此理論亦在2005年侵襲美國紐奧良地區的卡崔娜颶風中得到充分印證，並已為相關研討及文獻所引用。吳教授與林依依教授進一步探討海洋暖渦所扮演的強烈颱風加強作用角色(Wu et al. 2007a, JAS; Lin et al. 2008, MWR, 2009a, GRL, b, MWR, 2011, TAO)。

Wu et al. (2007a, JAS) 設計使用理想的颱風海洋耦合模式來探討海洋暖渦對颱風強度影響的問題。研究中藉由設計不同的海洋熱力結構來探討颱風與海洋的相互影響情形，清楚釐清各物理量對於颱風與海洋交互作用的影響，以及海洋暖渦結構所扮演的角色。為凸顯海洋熱力結構的角色，此研究創新提出一個有關ocean eddy feedback 的無因次參數，並藉由近一千五百組的數值實驗，界定出幾個重要物理參數（如颱風移速、海洋混合層厚度、海洋分層結構等）對於颱風與海洋交互作用的定量影響。

2010年夏天吳教授與物理海洋科學家、及美、日相關領域科學家合作，同步參與ITOP (Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific)的颱風海洋交互作用國際觀測實驗，結合臺灣追風團隊的ASTRA及美國的C130飛機共同進行颱風相關的大氣聯合觀測資料，加上臺灣海洋界、美、日等國許多船舶、浮標（buoy）等設備觀測颱風期間海洋方面的資料。此為針對海洋結構及海氣通量在颱風結構與強度扮演的角色所進行之國際觀測計畫，追風計畫亦為量測大氣環境資料重要的一環，透過豐富的資料蒐集，海洋與大氣的耦合作用，cold wake的形成與維持及其對颱風的反饋進行更深入的研究。D’Asaro et al ,2013 (BAMS)即運用ITOP實驗所獲得之珍貴海氣資料，探討並研究2010年梅姬颱風與海洋間的交互作用與機制，並且釐清在西北太平洋的海氣交互作用機制與大西洋的海氣交互作用異同。

Wu et al. (2016, JGR) 充分利用ITOP實驗期間的大氣及海洋觀測資料，特別是針對海表面冷卻區域的加強觀測資料，包含：投落送、海洋浮標、錨錠、海洋研究船資料等，結合大氣海洋耦合模式，綜整比較ITOP(The Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific)實測大氣及海洋資料，深入探討Megi颱風在南海較小OHC(Ocean Heat Content)區域的cold wake形成過程及對於Megi強度及動力回饋的影響，特別是穩定邊界層(stable boundary layer)引起內流加強，進而有利颱風發展的新動力回饋機制。此研究是颱風與海氣交互作用重要機制的最新科學研究探討議題。

颱風飛機觀測（追風計畫）（與林博雄教授合作）：
歷年來颱風屢屢造成臺灣地區重大災害，颱風研究的重要性不容小覷。國科會於2002年8月起提供相當經費（2008年起由中央氣象局後續支持經費），進行由吳俊傑教授所主持的「颱風重點研究」(National Priority Typhoon Research)。首要研究項目是以「全球衛星定位式投落送」(GPS Dropwindsonde)進行飛機觀測，名為侵台颱風之飛機偵察及投落送觀測實驗（Dropwindsonde Observation for Typhoon Surveillance near the TAiwan Region (DOTSTAR)），又名追風計畫。成功規劃及執行西北太平洋地區之策略性（標靶）颱風飛機觀測重大國際實驗，從2003年至2012年，颱風投落送觀測計畫已針對杜鵑等49個颱風完成64航次之飛機偵察及投落送觀測任務，總計在颱風上空飛行334小時、並成功投擲1051枚投落送。

在觀測的同時，這些寶貴的投落送資料皆即時進入中央氣象局及世界各國氣象單位之電腦預測系統中，協助預測颱風路徑及分析其周圍結構，如暴風半徑及雨帶結構等，並協助衛星資料之驗證。所獲得的飛機觀測資料對臺灣及世界主要氣象預報中心之電腦模式之颱風預報有具體改進。此先驅實驗亦成功建置國內使用飛機進行其他特殊天氣/氣候/大氣環境之重要觀測平台，例如：高空閃電（追電計畫）、西南氣流（追雨計畫）及空氣污染觀測實驗（追雲計畫）之平台，並圓滿完成世界氣象組織2008年國際聯合颱風觀測實驗（THORPEX-PARC）。此T-PARC實驗共針對如麗、辛樂克、哈格比、薔蜜等四個侵台颱風完成超過25架次國際聯合的飛機觀測，而追風計畫（DOTSTAR, Wu et al. 2005）2008年10次的任務中有多達6次參與國際的聯合飛機觀測。

2008年的T-PARC實驗期間，追風計畫以國內跨單位整合約50小時飛行時數，難能可貴地爭取到額外十倍（500小時）豐沛的國際合作飛機觀測資源。另外2010年8月至10月追風及海洋團隊與美、日科學家合作進行ITOP（Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific;颱風與海洋交互作用研究）國際實驗，取得颱風活動期間珍貴的大氣及海洋資料。因為這些前所未有的觀測資料的幫助，國、內外科學家得以在颱風路徑預報、颱風形成、結構演變、路徑偏轉及變性等相關研究有重大突破。(Wu et al. 2006, 2007b, c, JAS; Chou and Wu 2007, MWR; Wu et al. 2009b, d, MWR; Yamaguchi et al.2009, MWR; Chen et al. 2010, MWR; Chou et al. 2010, JGR; Wu et al. 2010, JAS; 2012b, MWR; Huang et al. 2012, JAS; Yen et al. 2011, TAO)。

Chou et al. (2011, MWR)亦探討DOTSTAR (2003-09) 及T-PARC (2008) 期間所獲得的投落送資料對颱風路徑預報的影響，結果凸顯T-PARC及DOTSTAR期間投落送資料對於NCEP模式模擬颱風路徑的重要助益。其中投落送資料改善NCEP模式-1到5天的路徑模擬結果，平均改善程度為10%－30%。Chou et al. (2010, JGR) 為第一篇以投落送資料系統性驗證颱風環境中QuikSCAT海面風場資料的論文，運用投落送資料高垂直解析度特性，此研究發展出全新的投落送海面風場估計值（W40），經由DOTSTAR超過400筆資料，得以找出針對不同風場大小流域、QuikSCAT海面風場的最新誤差統計特性。加上使用微波衛星資料，此研究提出QuikSCAT現有rain flag 不夠完整之修正建議。

Weissmann et al. (2011, MWR)針對T-PARC 期間所獲得的投落送資料，探討此珍貴資料對不同模式(ECMWR、JMA、NCEP、及WRF)模擬颱風路徑預報的影響，結果顯示T-PARC期間所獲得的投落送資料，對於上述所有模式之颱風模擬路徑均有相當程度的改善，其中對於NCEP及WRF模式之平均改善程度達20%－40%。

過去十年吳教授所率領之追風團隊與國內外各學術、作業單位完美合作，並在國科會及中央氣象局的支持與經費支援下，成功開創並完成許許多多的觀測任務與重大科學進展論文發表，目前追風研究團隊已完成在台灣追風任務的開創、技術研發及理論應用等階段性使命。2013年起，已完整將追風計畫相關標準作業流程、技術與理論移轉給中央氣象局相關團隊。吳教授亦協助日本研究團隊(Lee et al. 2021, JGR) 及香港天文台自2016年起，分別建置其颱風飛機觀測平台，並且成功合作進行臺日及臺港聯合颱風飛機觀測，對亞洲及全球颱風分析與預報有特別貢獻。

颱風策略性（標靶）觀測理論：
提出以共軛模式計算出颱風觀測之敏感區域的創新策略 (ADSSV, Adjoint-Derived Sensitivity Steering Vector; Wu et al. 2007c, JAS; 2009b, d, MWR; Chen et al. 2011, MWR; Majumdar et al. 2011, QJRMS)。 Wu et al. (2007c, JAS) 所創建的ADSSV乃是現有各種策略性觀測理論中最能直接反應颱風移動駛流的創新概念。巧妙利用矩陣原理與共軛模式特性，計算出駛流向量對於初始渦度場的敏感度，並以一簡單向量(ADSSV)呈現、為兼具數學與動力理論，且有助於實質策略性颱風觀測的重要工具。

ADSSV已被採用作為新一代國際（如美國國家海洋大氣總署所屬颶風研究中心）颱風飛機觀測之重要參考。並獲邀針對此颱風策略觀測專題於2006年聯合國世界氣象組織（WMO）於Costa Rica所舉辦的「第六屆國際颱風研討會」進行30分鐘的專題講演 (Wu 2006)。在分別由臺灣國科會、美國NSF及ONR經費支持下，領導國際相關研究團隊成員進行颱風觀測策略理論比較及資料同化研究(Wu et al. 2009b)，此為世界氣象組織於第六屆及第七屆國際颱風研討會後所宣示之重點議題之一。並於2009年美國氣象學會所發行Monthly Weather Review國際著名學術期刊中發表相關十數篇由吳教授所主導並衍生之國際性論文專刊（Special Collection on “Targeted Observations, Data Assimilation, and Tropical Cyclone Predictability”）。

Wu et al. (2009b, MWR)以MM5共軛模式敏感駛流向量（ADSSV）的觀點探討影響珊珊(2006) 颱風運動的敏感區域及大尺度系統，並進一步利用位渦診斷分析這些系統對於颱風駛流的貢獻，與ADSSV的敏感性結果作驗證。這是以位渦動力詮釋觀測策略理論的創新工作。提出以共軛模式計算出颱風觀測敏感區域之颱風觀測的創新策略理論（Wu et al. 2007c），以預先評估關鍵的敏感觀測位置，配合飛機航程及航管限制以決定投落送的最適當投落位置。目前已被採用作為新一代國際（如美國國家海洋大氣總 署所屬颶風研究中心）颱風飛機觀測之參考。

Wu et al. (2009c, MWR)為吳教授領導國際一流相關研究團隊成員進行颱風觀測策略理論比較之獨特研究，分別由臺灣國科會、美國NSF及ONR經費支持下所完成。此研究為國際合作，共有11作者，結合世界最先進作業中心與研究單位(NTU, NRL, JMA/MRI, NCEP, ECMWF, NOAA/HRD), Univ. of Miami)針對颱風之觀測策略理論進行系統性的分析與動力比較，已瞭解各式觀測策略理論方法之異同（包括JMA SV, NOGAPS SV, ECMWF SV, NTU ADSSV, ETKF, NCEP Variance）及其動力特徵，作為實質策略性觀測之重要指標。此論文於2009年9月的WMO 3rd THORPEX Science Workshop 的 “Session on Targeted observation” 為主持人兼引言人（Prof. Istvan Szunyogh and Dr. Rolf Langland）加以引述為有關觀測策略理論最新的指標成果。此論文同步於ECMWF Research Department以Technical Memoranda#582刊印於ECMWF。

吳教授並於2010年獲邀至法國位於南印度洋屬地的La Reunion參加四年一度的「Seventh WMO International Workshop on Tropical Cyclones」(IWTC-VII)，針對此議題擔任「Targeted Observation專題報告」主講人及session chair。並與 University of Miami 的Majumdar 教授合作(Majumdar et al. 2011, QJRMS)以系集技術的ETKF為研究工具，較以往不同的是，此研究提出一套新的ETKF計算方式，為凸顯颱風不對稱結構與環境流場對於影響颱風運動的重要性，並降低因颱風系集路徑預報誤差造成風場變異的貢獻，因此以Kurihara et al. (1993)濾除渦旋的方式將每個系集成員之颱風分量去除，再重新計算ETKF敏感性，針對幾項議題探討ETKF在熱帶氣旋環境下所呈現的特徵。

吳教授發展颱風EnKF資料同化方法 (Wu et al. 2010, JAS)，有別於過去同化傳統的觀測資料、虛擬渦旋資料，或是直接做資料取代的颱風初始化方案，本研究創新針對颱風渦旋設計嶄新特殊觀測算符，包含颱風中心位置、渦旋移速與海表面軸對稱風速，直接以EnKF的技術同化這些特殊觀測量，此方法等同於直接將颱風的路徑與軸對稱平均結構同化至模式中，同時並能夠兼顧大氣質量場與運動場間近乎平衡之關係。本研究提供一套有效的方法，可用來進行短時段的颱風初始化也可進行長時段的同化分析，也有應用於作業模式預報上的重要潛力。此方法已成功用來探討辛樂克颱風(2008)的雙眼牆形成之關鍵動力機制，在此研究上已有重大突破 (Wu et al. 2012a, MWR; Huang et al. 2012, JAS)。Wu et al. (2013, MWR)使用位渦診斷方法定量分析辛樂克颱風駛流場，結果顯示位於颱風東邊之太平洋高壓為導引辛樂克向西北移動的主要因子，另外也凸顯T-PARC期間DOTSTAR投落送資料對於NCEP GFS模式模擬颱風的重要助益。

在Yamaguchi et al. (2009, MWR) 的工作中，透過觀測系統實驗（OSE）探討透過投落送得到的觀測資料對於颱風路徑預報的有效性與敏感性。利用DOTSTAR觀測實驗中康森（2004）的投落送資料，設計四個數值實驗：無觀測資料同化、考慮全部觀測資料的同化、只同化由奇異向量所標示之敏感區域的觀測資料、以及同化敏感區域以外的觀測資料。模擬結果顯示第二三個實驗之中的颱風軌跡有向東北方移動，而第一與四個實驗則幾乎沒有移動。OSE的結果顯示 DOTSTAR的觀測對於康森颱風的路徑預報有正面影響，且僅考慮敏感區域內的觀測就足以模擬出颱風向東北的移動。Ito and Wu (2013) 創新設計TyPOS(Typhoon-Position-Oriented sensitivity analysis)颱風標靶敏感區分析法，透過由系集模擬的狀態變數與颱風位置之間的線性迴歸斜率所定義的敏感性，TyPOS訊號可定量反應出初始條件改變對颱風系集平均位置造成的改變，也可以用來客觀決定哪些觀測可有效改進系集路徑預報。

Weissmann et al. (2011, MWR)針對T-PARC 期間所獲得的投落送資料，探討此珍貴資料對不同模式(ECMWR、JMA、NCEP、及WRF)模擬颱風路徑預報的影響，結果顯示T-PARC期間所獲得的投落送資料對於上述所有模式之颱風模擬路徑均有相當程度的改善，其中對於NCEP及WRF模式之平均改善程度達20%－40%。根據“Web of Science”網站之JCR (Journal Citation Reports)，Weissmann et al. (2011, MWR)為2011及2012年高引用數論文(highly cited papers)。

颱風與氣候（變遷）：
(Wu et al. 2012, J. Climate) 使用區域大氣模式探討西北太平洋之熱帶氣旋特徵，顯示模擬中的熱帶氣旋不論在季節尺度或者年際變化上，皆存在相當大的變異度。也發現系集平均能夠提供較準確且合理的颱風個數之變化。另外也探討海溫距平及ENSO與颱風間的關係(Zhan et al,. 2011 J. Climate; Choi et al. 2011, A-PJAS; Choi et al. 2012, Clim. Dynam.)。有關颱風與氣候間之研究，乃是吳教授近年全新拓展的研究領域。Choi et al. (2011, Asia-Pac J. Atmos. Sci.)探討ENSO對登陸韓國颱風之影響，結果發現當Nino-3.4指數減少時，颱風登陸的路徑會略為偏北。而中性ENSO狀態時，許多颱風登陸韓國前，均因太平壓高壓西伸使得颱風先通過中國大陸陸地而強度減弱。

Zhan et al. (2011, J. Climate)探討西北太平洋颱風生成個數與東印度洋海溫距平之關係，結果發現當移除兩個東印度洋極端年的海溫距平 (1994年的最高值及1998年的最低值)之後，西北太平洋颱風生成的個數即回復正常氣候平均值，顯見兩者關係相當密切。此為呈現西北太平洋颱風與大尺度(印度洋)洋溫關聯之重要新貢獻論文。

Wu et al. 2012 (J. Climate).為了探討颱風模擬在氣候模式中的掌握能力以及不確定性，使用國際太平洋研究中心(International Pacific Research Center)區域大氣模式模擬西北太平洋之熱帶氣旋特徵，利用初始擾動探討四組系集成員之間的模擬差異。結果顯示即使側邊界與下邊界條件在四個系集模擬中完全相同，給予不同的初始擾動後，模式中的熱帶氣旋不論在季節尺度或者年際變化上，皆表現出相當顯著的變異度。除此之外也發現系集平均的結果能夠提供較準確且合理的颱風個數之變化。此研究反映現今颱風模擬在氣候模式中所遭遇的困難，並指出模式的內部動力過程對於颱風的生成有著關鍵的影響，而系集模擬的技術可有效的降低此種變異度帶來的不確定性，為未來颱風氣候研究的課題提供一個有用的參考。

Chih and Wu (2020, J. Climate) 統計1998年至2016年西北太平洋經歷RI的颱風與海洋上部熱力結構（UOHC）、海表溫（SST）之間的關係。統計結果顯示UOHC與SST在RI期間較非RI期間高，但經過高UOHC/SST區域的颱風不一定會經歷RI。颱風內核區的UOHC/SST因為颱風導致的海洋冷卻而降低，而在低緯區域，颱風所經之處的UOHC降低比SST下降更明顯。大部分的颱風RI期間都與更高的UOHC有關，但SST則不存在這種關係。此外，颱風在RI期間的增強率與UOHC 存在統計相關性，但與SST關係不大。在所選資料的期間，颱風經過的UOHC有顯著的增加趨勢。根據不同算法，經歷RI的颱風在過去這段時期會有不同趨勢。UOHC, SST與經歷RI的颱風比例在五種聖嬰類別的差別則沒有統計顯著性。