使用分析場之模擬結果

本節首先將呈現CReSS 使用分析場之模擬結果，由於 FNL 分析 場資料是加入了所有可用的觀測資料後同化而成，能更真實地反映當 時的綜觀場及大氣狀態，故可視為幾無誤差的情況；而使用此種分析 場當作初始及邊界條件之模擬，由於不含全球模式可能的預報誤差，

在預報作業上來說，也可看作為一可達到的最佳預報。但當然，此類 模擬結果仍包含觀測、模式數值方法與參數化等誤差，但相對於全球 模式的預報誤差而言，誤差甚小。如同2.4 節所述，本模擬是使用 NCEP FNL 分析場資料當作初始與邊界條件，水平格點設定為

832x660，水平解析度為 3 km，共五組不同初始時間的模擬，分別為 S3A、S4A、S5A、S5B、S6A，每組皆模擬至 8 月 11 日 0000 UTC；

以下將依颱風路徑與強度、颱風降水特徵、降水分布與技術得分作為 模擬結果的呈現。

4.1.1 颱風路徑與強度

圖4.1a 為 NCEP FNL 分析場本身與五個不同初始時間的模擬路徑、

以及JTWC 之最佳路徑。分析場與模擬路徑是使用 850 hPa、700 hPa 氣壓場與氣流線之環流中心定位。由 JTWC 的最佳路徑顯示，莫拉克 颱風在8 月 7 日 1800 UTC 登陸台灣，在接近 8 月 8 日 0600 UTC 左

右出海，之後在8 月 9 日 1200 UTC 登陸中國大陸，而模擬則在約 8 月7 日 1800 UTC 到 8 月 8 日 0000 UTC 左右登陸台灣，在約 8 月 8 日0600 UTC 到 8 月 8 日 1200 UTC 左右出海，而後在 8 月 9 日 1200 UTC 登陸中國大陸，整體而言，不同初始時間的模擬路徑非常類似，

與JTWC 最佳路徑和分析場本身路徑相較，除了模擬路徑在登陸台灣 之後稍微偏北，而與CWB 路徑(圖 1.2)較相似外，其餘包括登陸台灣、

出海以及登陸中國大陸的時間皆非常接近，從路徑誤差(圖 4.1b)可以 看到，所有模擬的路徑誤差都在 160 公里以內。圖 4.2a 最佳路徑估 計(JTWC 與 CWB)、FNL 分析場本身與五組模擬的颱風中心氣壓，

可以看到，模擬的中心氣壓隨著颱風的發展持續降低，最低中心氣壓 約發生在8 月 7 日 1200 UTC 到 8 月 8 日 0600 UTC 之間不等，此時 的中心氣壓也與觀測之估計值接近，之後隨著颱風強度減弱中心氣壓 上升，相較於 FNL 分析場本身，模擬的颱風強度較強，在颱風位於 台灣海峽期間相差最大(8 月 8 日 0600 UTC 到 8 月 9 日 1200 UTC)，

中心氣壓最多可以差到 10 hPa 以上，部份原因來自模式解析度較高 所致，雖然如此，與觀測的中心最低壓954 hPa 仍有一段差距，除了 顯示模擬的颱風強度需要一段時間發展，也與初始及邊界條件的颱風 強度有關，此外，模式下邊界之週平均海溫資料顯示(圖未示)，颱風 經過之區域為相對暖的海面(約 20-25°N、120-140°E)，此與颱風強度

發展仍有一定關聯。近中心的最大風速如圖4.2b 所示(FNL 分析場與 模擬為取颱風中心 400 公里內之最大風速)，同樣地，模擬中的颱風 可將 FNL 分析場中的渦旋強度再提高，最大風速的最大差距超過 5 m/s，在 8 月 7 日 1800 UTC 到 8 月 8 日 0600 UTC 間有最大值，也是 最接近觀測的時候，之後最大風速隨著颱風強度減弱而下降。

4.1.2 颱風降水特徵

         在莫拉克颱風科學報告中，陳等（2010）利用雷達回波將莫拉克 颱風的降水特徵分為 5 個不同階段；本篇論文參考其方法，將模擬 的颱風降水分成 4 個時期，分別為(a)模擬初始時間至 8 月 7 日 0000 UTC 颱風西行期間，(b) 8 月 7 日 0000 UTC 至 8 日 0000 UTC 颱 風登陸前與登陸期間，(c) 8 月 8 日 0000 UTC 至 9 日 0000 UTC 颱 風出海與在台灣海峽移行期間，以及(d) 8 月 9 日 0000UTC 至 10 日 0000 UTC 颱風北移與登陸大陸期間。由圖 4.1a 可知五組模擬路徑極 為接近，分析降水強度和可降水粒子混和比最大值的結果，其降水特 徵和雨帶變化也非常相似，故本節僅呈現S3A(初始時間 8 月 3 日 0000 UTC)之結果。

(a)颱風西行期間

從模擬初始時間至 8 月 7 日 0000 UTC 為各組模擬之颱風西行時

期，首先由區域較大的MTSAT 紅外線雲圖(圖 4.4)可以看出，在颱風 西行期間，颱風環流雲系大致集中在颱風中心附近，且南側雲系分布 廣闊、發展旺盛；使用TRMM 之降水強度與模擬(S3A)每小時降水強 度(圖 4.4 和圖 4.5 )相比，由於兩者解析度差異頗大(TRMM 為 0.25°×0.25°經緯度，模擬為 3km x 3km)，TRMM 所呈現的降水分布 範圍較大，主要集中在南側，而模式在 8 月 5 日 0000 UTC 之前，

降水主要位於颱風中心300 公里內的西側與南側，對流胞並以逆時鐘 方向繞著颱風中心旋轉，從8 月 5 日 0000 UTC 到 8 月 7 日 0000 UTC，

颱風中心南側約500~700 公里處有明顯雨帶生成，且分布範圍快速增 大，而原本位於颱風中心較近之對流，亦在此時有明顯的增長。

(b)颱風登陸前與登陸期間

8 月 7 日 0000 UTC 至 8 月 8 日 0000 UTC 為颱風登陸前與登 陸時期，使用模擬之總降水粒子混和比最大值與 CWB 的雷達回波圖 (圖 4.6 和圖 3.6)作比較，皆可看出颱風降水系統特殊的不對稱結構。

模擬中，前述之近颱風中心對流雨帶和南側較遠之雨帶在約 8 月 7 日0000 至 1200 UTC 漸漸靠近(如圖 4.6a-c )，形成颱風南側廣大的降 水區，南側雨帶包括從眼牆到半徑約400 公里左右的對流雨帶，和更 南側之外圍雨帶。如圖 4.6d 所示，模擬在眼牆附近的對流很弱，而 介於眼牆跟外圍雨帶間的對流雨帶則包含了許多東西走向的對流胞，

隨颱風環流呈逆鐘向移行，南側的外圍雨帶則隨時間往東北延伸，與 觀測有很大的一致性。

(c)颱風出海與在台灣海峽移行期間

8 月 8 日 0000 UTC 至 9 日 0000 UTC 為颱風出海與在台灣海 峽移行時期，此階段颱風出海並往北北西緩慢移動(Wang et al. 2012)。

模擬如圖4.6e-i 所示，颱風南側持續有東西走向的雨帶生成，而從雷 達回波圖(圖 3.6e-g)可以看到，除了東西向的對流雨帶，中央山脈南 側有平行於山脈地形之強回波帶，此現象在模擬中也可清楚看見(圖 4.6e-g )。而隨著颱風中心往北，對流雨帶和外圍雨帶跟著北移對台灣 造成影響(圖 4.6h-i)。此外，颱風北側雨帶在此階段漸漸生成，大部 分由東側對流旋轉移入，而此時之颱風眼牆區也較為清晰可見(圖 4.6h-i )。

(d)颱風北移與登陸大陸期間

8 月 9 日 0000 UTC 至 10 日 0000 UTC 為颱風北移與登陸大陸 時期，模擬和觀測如圖 4.6i-k 和圖 3.6i-l 所示，此時期颱風持續北移，

颱風南側對流雨帶和外圍雨帶也隨之北移，台灣西南部原東西走向之 雨帶轉為東北-西南走向，颱風中心登陸福建後，模擬與雷達之環流 雨帶減弱，集中於颱風西南側，8 月 9 日 0600 UTC 至 8 月 9 日 1200

UTC，觀測有一強回波從台灣中部往北部移動(圖 3.6k)，模擬在此處 則稍弱，而在西南部則較觀測為強(圖 4.6j)。8 月 9 日 1800 UTC 之 後，模擬與觀測皆可看到在台灣西南部有另一波的雨帶移入(圖 4.6k 和圖3.6i)。

4.1.3 降水分布與技術得分

本節呈現的是使用分析場五個模擬的降水分布和技術得分，比較 觀測與模擬的逐日24 h累積雨量(圖4.7和圖4.8-4.12)可以看到，五組模 擬均有相當不錯的表現，不論在量值的大小或空間分布型態上，都和 觀測相去不遠。詳細比較則可顯示，模式在8月7日的降雨模擬稍有不 足，而8月8日因路徑稍偏北的情況在中部山區則雨量略高於觀測，在 8月9日亦在雲嘉平地一帶雨量高於觀測，此外，在中央山脈南段靠近 恆春半島的山脊附近，模式有過度模擬雨量的情形，此現象在WRF 等其他中尺度模式亦可見到(Nguyen and Chen, 2011; Wang et al.

2012)。由於此處之偏遠山區其實甚缺雨量站之實測資料，故無法確 認模式是否真為過度模擬。在模擬中累積四天的降水如圖4.8g-圖 4.12g所示，可以看到與觀測(圖4.7h)相似，而在中央山脈南側有超過 3000mm的雨量，甚至稍微高過觀測，此處仍如前述，在山區甚缺雨 量站實測資料的情況下，無法確認模式是否真為過度模擬。整體來說，

由於使用分析場作為初始及邊界條件之五個模擬，颱風的路徑(包括8 月7日和8日的速度減慢)及雨帶都有成功地模擬到，故在台灣的降水 分布及累積雨量與觀測皆非常相近。

本研究所使用的傳統評估較驗方法如同 2.2 節所示，呈現的 QPF 技術得分項目值，包括預兆得分 (TS)、偏倚得分 (BS)、命中率 (POD) 和錯報率 (FAR)。降水的門檻值從 0.05 mm 到 1000 mm，以每 24 h 累積做計算。由於本個案屬於極端降水之類型，本文中將著重在降水 最多的天數(8 月 7 日和 8 日)之中到高降水門檻值(50-1000 mm)的表 現。從圖4.13a 至圖 4.16a 可以看出，模擬在 8 月 6 日 0000 UTC 之前 的TS 均偏低，這是由於颱風尚未接近台灣，降水屬於局地對流降水 而與颱風無直接關係；隨著颱風接近到登陸台灣，從 8 月 6 日至 10 日，TS 有顯著的提升，並且在 8 月 7 日與 8 日達到高峰(圖 4.13a-圖 4.16a)，在門檻值為 0.05~25 mm、50-100 mm、250mm、500 mm，分 別有 0.8-1.0、0.6-0.9、≧0.5、≧0.2 的表現，為相當少見之高得分；

而POD 與 TS 一樣，隨著門檻值的提升(雨區減小)得分慢慢下降，在 同樣的時段裡，基本上POD≧TS(F－H≧0)，而五組模擬皆顯示，POD 與TS 同樣在降水最多的 8 月 7 日與 8 日有最好的得分表現(8 日更高 一些)，相反地，FAR 隨著門檻值的提升而增加，在 8 月 7 日與 8 日 所最小，所有門檻值皆低於 0.6；在 BS 方面，五組模擬在 8 月 6 日

至9 日的所有門檻值得分皆非常接近 1，此外，在 S3A、S4A 這兩組 模擬的8 月 7 日(前者為 96-120 h, 後者為 72-96 h)，TS 在 1000 mm(最 高門檻值)的表現為完美的 1(圖 4.13 與圖 4.14a)，顯示當最高門檻值 設定與累積雨量最大值接近時，由於降水區域過小，或是能算入的測 站過少，最高門檻值的得分結果可能較不具代表性。

總的而言，使用分析場的五個模擬，TS、BS 與 POD 在 8 月 6 日颱風接近台灣後都表現相當良好，由其是在降水最多的8 月 8 日和 次多的8 月 7 日；如此高的技術得分大致可歸納兩個原因，一為颱風 影響台灣時在地形上形成大量的降水，二為莫拉克颱風造成全台灣幾 乎皆有降水，這讓模式在較低門檻值有相對高的機會命中；此外，我 們較為關切的中至高門檻值在同一組模擬中不同時段的得分表現差 異非常大，顯示當在評估此類極端降水事件時，計算一段時間的技術 得分(包含降水較少時段)可能掩蓋模式在降水最多時段表現良好之 事實(如 8 月 8 日)，此在災害的預報及防治上非常關鍵。

總的而言，使用分析場的五個模擬，TS、BS 與 POD 在 8 月 6 日颱風接近台灣後都表現相當良好，由其是在降水最多的8 月 8 日和 次多的8 月 7 日；如此高的技術得分大致可歸納兩個原因，一為颱風 影響台灣時在地形上形成大量的降水，二為莫拉克颱風造成全台灣幾 乎皆有降水，這讓模式在較低門檻值有相對高的機會命中；此外，我 們較為關切的中至高門檻值在同一組模擬中不同時段的得分表現差 異非常大，顯示當在評估此類極端降水事件時，計算一段時間的技術 得分(包含降水較少時段)可能掩蓋模式在降水最多時段表現良好之 事實(如 8 月 8 日)，此在災害的預報及防治上非常關鍵。