1.1 文獻回顧
西北太平洋為颱風好發區，全球每年約有80個颱風生成，28個出 現在西北太平洋和南海海域，而位在西北太平洋颱風主要移動路徑上 的台灣，平均每年會遭受3.7個颱風襲擊(Wu and Kuo, 1999)，當颱風 靠近台灣或登陸台灣時，往往會造成強風豪雨等嚴重的氣象災害，危 及人命安全與造成龐大的經濟損失。台灣是一個地形特殊的海島，南 北僅長300公里卻擁有高度近4000公尺的中央山脈與多座高度超過 3000公尺的山脈(圖1.1)，當颱風靠近或通過台灣時，水氣充足的颱風 環流常因地形的抬升作用在迎風面產生劇烈降水(Wu et al., 2002; Lee et al., 2006)，許多研究和颱風個案也顯示，強烈的地形降水主導颱風 期間台灣的降水分布。
本研究之颱風個案為 2009 年 (民國 98 年) 8 月的莫拉克颱風 (Morakot，TY0908，圖 1.2)。莫拉克颱風形成於西北太平洋的大尺度 (約 4000 公里)季風環流圈內，圈內另有柯尼(Goni)與艾陶(Etau)颱風 幾乎與莫拉克同時生成，前者位於南海海南島附近，後者位於莫拉克 颱風東側，環流圈南側的西南季風環流提供充足的水氣，形成一大範 圍對流帶，而莫拉克颱風正好在此大範圍對流帶的北側移行(例如：
Ge et al., 2010; Nguyen and Chen, 2011)；研究指出，莫拉克颱風發生
期間的大氣環流具有多重尺度特性，其中包括颱風渦旋、東南往西北 移動的 10-30 天擾動(低頻)的氣旋式環流、南往北移動的 40-50 天擾 動的氣旋式環流，在莫拉克侵台期間，10-30 天擾動的氣旋環流是大 尺度水氣輻合的主要來源，並建立由孟加拉灣至台灣地區的水氣傳送 帶，對莫拉克颱風持續提供充足的水氣(Hong et al. 2010; Ge et al.
2010)。
在Chien and Kuo ( 2011)的研究中顯示，莫拉克颱風登陸期間與 登陸之後的緩慢移行，是造成極端降雨的重要原因，並且分析出莫拉 克颱風的移動和其所在的大低壓帶與太平洋副熱帶高壓的位置有關，
而颱風轉向期間高層駛流場減弱，則與太平洋副熱帶高壓的減弱、短 波槽的接近和艾陶颱風的發展皆有關聯。
Wu et al.(2011); Liang et al.(2011)的研究指出，低頻氣旋式環流的 移近加強了莫拉克颱風登陸前後(8 月 6 日至 9 日)南側的西南氣流，
除了提供豐沛的水氣增加地形上的舉升降水，也導致莫拉克颱風的移 速減慢與轉向，並且在颱風持續北移後，加強的西南氣流並未隨之北 移，而有颱風較南側的降水較颱風中心附近為多的現象。
Wang et al.(2012)的研究指出，莫拉克颱風在離台時段，在台灣 海峽上移速極為緩慢，與其不對稱降水及颱風南到東南側對流大量的 潛熱釋放有關。除此之外，另有許多因素也都是共同作用，而對莫拉
克颱風的極端降雨有所貢獻，包括颱風擁有較強的外圍環流(Jou et al.
2010)、颱風登陸期間台灣西南近海的重覆新生雨帶(Chen et al. 2010;
Kuo et al. 2010; Chien and Kuo 2011)與台灣地形的舉升降水(Ge et al.
2010; Fang et al., 2011; Huang et al., 2011)等。這些現象都跟莫拉克的 大尺度環境背景或颱風路徑有一定的關係，也就是說，莫拉克颱風之 極端降水事件是源自許多複雜且非線性的交互作用，但在當時的背景 條件下，其路徑與侵台時段的緩慢移速，顯然為一非常重要的因素。
1.2 研究動機
莫拉克颱風在台灣造成過去50 年來最嚴重的氣象災害，包括 757 人 死 亡 與 超 過 新 台 幣 1100 億 的 經 濟 財 產 損 失 ( 國 科 會 , 2010;
Hendricks et al., 2011; Wang et al., 2012)。除了造成許多防洪設施受損、
潰堤，使得西南近海平原幾近完全淹水，山區也因超大豪雨導致大面 積的坡地坍塌與土石流，而小林村的不幸滅村事件，更是震撼整個台 灣社會。造成如此重大災情的原因，主要在其導致的極端雨量(2855 mm)而非強風破壞，這一方面凸顯台灣的特殊地形所導致的災害類型 相較西方(美國)甚為不同，另一方面也凸顯當極端降雨事件發生時，
準確降雨預報的重要性，而這正是本研究的焦點。如圖 1.1，莫拉克 颱風僅為一中度轉輕度颱風，卻在 8 月 7-9 日間帶來遠超過許多強烈
颱風之雨量，累積數值甚至與世界紀錄相去不遠，如同論文回顧中所 述，造成此極端降雨的一個關鍵因素，是它在8 月 8 日逐漸離開台灣 的過程中(0000-2400 UTC)，移速極為緩慢(平均低於 7km/h)所致，而 這段時間也是台灣中南部山區降雨最強的時段，故本研究將特別重視 模式在此時段之降雨預報結果。
如圖 1.3 所示，在降雨最多的區域(圖 1.3b 黑色虛線框)，平均降 雨強度在約8 月 7 日 1800 UTC 至 8 月 9 日 0600 UTC 超過 20 mm/h，
且在莫拉克離開台灣，移速極為緩慢期間(8 月 0600-1800 UTC)，降 雨強度更超過40 mm/h。令人震驚的小林村的事件即發生在 8 月 8 日 2200 UTC 左右(圖 1.3a)。
對於上述莫拉克颱風之極端降雨，大部分模式在即時預報中未能 適當預測。例如 Wu et. al (2010)利用 WRF(Weather Research and Forecast)模式與改變三種不同的參數化方法，從 8 月 6 日 0000 UTC 初始的結果顯示，四天(8 月 6 日 0000 至 10 日 0000 UTC)累積降水最 大值介於 1084 和 1365mm，也就是實際降水的 38%至 48%左右。美 國海軍實驗室 COAMPS-TC(Coupled Ocean/Atmosphere Mesoscale Prediction System for Tropical Cyclones)模式從 8 月 6 日 1200 UTC 初 始的即時預報也顯示，部分由於颱風在登陸期間與登陸後移速過快，
而對降雨有低估的現象(Hendricks et al., 2011)。中央氣象局(CWB)在
事件發生前，也同樣對降水有低估的現象(Yeh et al.,2010)，對此本文 將在第五章有更多討論。
本研究的探討重點為颱風的可預報度，因此，有下列問題產生：
(1)莫拉克所帶來的極端降雨能否有更佳的預測? (2)如果可以，前置時 間(lead-time)會是多久? (3)預報要如何再進步? (4)在沒有全球模式預 報誤差的情況下，最好的降雨預測與前置時間為何?最後一個問題雖 為假設性問題，但卻能幫助我們了解模式潛在的降水預報能力以及能 夠做到最佳的前置時間為何。
再者，降雨的預測對於防治、減少災害是非常重要的，雨量資料 可與其他水文或土壤模式作連結，在易發生淹水、土石流等地區，準 確的降水預報更顯重要；雖然如此，要準確預測出一個特定區域、時 間發生的極端降雨，仍是一項非常艱難的任務。
在本研究中使用的是雲解析風暴模式（Cloud-Resolving Storm Simluator；簡稱 CReSS），為一高解析度雲模式，利用模式結果，我 們將對莫拉克颱風的定量降水預報(QPFs)及前述問題作相關討論。
1.3 論文結構
本文共分為六章，第一章為前言，包含文獻回顧與研究動機，第 二章介紹資料來源與分析方法，以及本研究所使用日本名古屋大學的 雲解析風暴模式（CReSS），包含模式內部的方程式組與架構，與本
研究所使用初始與邊界條件、模式參數設定等等。第三章為個案概述，
包括颱風路徑與綜觀環境、雷達回波與降水分布。第四章為 CReSS 模式模擬結果，第五章為討論，包括颱風之可預報度、路徑誤差與原 因探討以及降水不對稱性探討。第六章則為總結。