單氣候因子降尺度氣象合成結果比較

一、 850hPa 渦度之單氣候因子降尺度合成資料比較

依據歷史資料分析氣候因子與降雨量間的相關係數(如表 5.1-3 所示)，以氣候因子 11 之相關性最高，其為 850hPa 下的渦度，以下 先以該因子進行本模式(NPDM)與 SDSM 模式之成果展示。圖 5.3-1 至 5.3-3 分別為不同分群架構之各月統計特性分佈圖，圖上分別畫出 檢定年份與驗證年份之歷史資料與合成資料之統計特性，統計項目包 含平均值與標準偏差。綜合來講，在檢定年份中，NPDM 合成資料均 較SDSM 合成資料貼近歷史資料，尤其以標準偏差更為明顯，SDSM 合成資料之標準偏差在豐水期時都有偏低的趨勢。綜觀年、季與月不 同分群架構，跟隨分群群數的增加，無論是 NPDM 或 SDSM 之合成 資料均可以進一步符合歷史資料之統計特性，因此建議後續可直接以 月分群架構進行探討。在驗證年份中，雖然驗證年份之歷史資料並未 納入分析，但是無論是 SDSM 模式或 NPDM 模式均可呈現出大致之 豐枯趨勢。

0

0

0

表 5.3-1 為月分群架構下之降雨發生機率與平均年降雨量分析資 料表，在檢定年份之降雨機率上，兩模式均有不錯之表現，然在驗證 年份上 NPDM 合成資料較 SDSM 合成資料更近似歷史資料。此外，

在檢定年份的平均年降雨量上，NPDM 和 SDSM 之合成資料皆略約 高估一成，在驗證年份上，NPDM 合成資料之平均年降雨量比 SDSM 合成資料更接近於歷史資料。

圖5.3-4 至 5.3-7 分別為月架構下不同月份之 850hPa 渦度與降雨 量之散佈圖，圖5.3-8 至 5.3-11 為不同月份之降雨量組體圖，其中以 一月與九月分別代表枯水月與豐水月，在檢定年份上，兩模式均可掌 握歷史資料之分佈特性，在驗證年份上，豐水月之散佈圖與組體圖差 異較大，其原因應是驗證年份與檢定年份上之歷史資料即有差異，因 此合成上較難以符合驗證年份之歷史資料。

所示，可以得知單氣候因子NPDM 與 SDSM 模式皆會隨著模式 架構從年、季節到月而更接近於真實雨量的月平均值及月標準差分 佈，也可以突顯出單氣候因子NPDM 模式於各架構的豐水期(5 到 10 月)模擬結果有越趨近於歷史雨量的分佈，其中又以月標準差最為明 顯，其他單氣候因子的結果也是一致的。

表5.3-1 月分群架構下之降雨發生機率與平均年降雨量資料表 歷史資料 NPDM 資料 SDSM 資料

降雨發生機率 51% 51% 50%

檢

定 平均年降雨量 2195(mm/yr) 2336(mm/yr) 2358(mm/yr)

降雨發生機率 47% 48% 43%

驗

證 平均年降雨量 2238(mm/yr) 2275(mm/yr) 2106(mm/yr)

0

0

0

SDSM NPDM obs

圖 5.3-8 月分群架構下一月份之降雨量組體圖(檢定)

0

SDSM NPDM obs

圖 5.3-9 月分群架構下九月份之降雨量組體圖(檢定)

SDSM NPDM obs

圖5.3-10 月分群架構下一月份之降雨量組體圖(驗證)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

650.25~300

300~100

100~50

50~30

30~10

10~5

5~2

2 ~0.505

0.505~0.257

0.257~0.01

0.01~ 0

降雨量區間

比數

SDSM NPDM obs

圖5.3-11 月分群架構下九月份之降雨量組體圖(驗證)

二、 不同氣候因子相關係數絕對值與降尺度合成資料成果之比較 NCEP 再分析資料共包含 26 個氣候因子，850hPa 渦度(氣候因子 11)雖然其與集水區降雨量之相關係數最高，但其他因子亦可能有不 錯之合成效果。本研究首先分別應用 26 個氣候因子檢定 NPDM 模 式，並計算各自之各月平均值與標準偏差，以及與歷史資料統計特性 之四個 RMSE，將四個 RMSE 以三種權重情境分別計算對應之 WAR，表 5.3-2 為月分群架構下不同情境之 WAR 資料表。其次將各 因子之 WAR 與表 5.1-3 之月尺度相關係數絕對值同時繪於圖面上，

圖 5.3-12 至 5.3-14 分別為月分群架構不同權重情境下之相關係數與 WAR 散佈圖。

圖上除了前述之點位外，另外也畫出其趨勢線，趨勢線顯示當氣 候因子與降雨量之相關係數絕對值與模式WAR 有一定之相關性，當 相關係數絕對值越大時，模式 WAR 有可能會變小。因此由於 WAR 數值之大小代表模式合成效果之優劣，WAR 數值越小代表合成效果 越好，雖然該變化關係從圖面顯示並非絕對，但在尚未進行模式檢定 前，可以作為挑選氣候因子之依據。

觀察第 5.1 節表 5.1-3 所述之相關係數列，若以月時間尺度之相 關係數絕對值高於0.8 為門檻，僅有 5 個氣候因子符合標準，分別為 因子 1、3、6、11 與 25，其含意分別為平均海平面壓力、500hPa 緯

向風速、500hPa 風向、850hPa 渦度與表面絕對濕度(如表 5.3-3 所示)，

本研究後續將藉由這些相關性較高之氣候因子，探討本 NPDM 模式 與SDSM 模式之合成差異，另外也會作為雙氣候因子模式中的基礎。

表5.3-2 月分群架構下各氣候因子之NPDM模式WAR表

代號 因子名稱 權重情境一 權重情境二 權重情境三

因子1 平均海平面壓力 4.64 3.93 5.36 因子2 500 hPa 氣流強度 4.80 4.05 5.55 因子3 500 hPa 緯向風速 4.01 3.57 4.45 因子4 500 hPa 經向風速 4.15 3.65 4.65 因子5 500 hPa 渦度 4.60 3.97 5.24 因子6 500 hPa 風向 4.02 3.42 4.62 因子7 500 hPa 散度 5.01 4.44 5.59 因子8 850 hPa 氣流強度 5.83 5.08 6.59 因子9 850 hPa 緯向風速 4.39 3.75 5.03 因子10 850 hPa 經向風速 4.66 4.11 5.22 因子11 850 hPa 渦度 4.49 3.82 5.16 因子12 850 hPa 風向 4.16 3.55 4.76 因子13 850 hPa 散度 5.55 4.81 6.29 因子14 500 hPa 重力位高度 4.27 3.74 4.80 因子15 850 hPa 重力位高度 4.00 3.45 4.54 因子16 表面氣流強度 4.74 4.09 5.39 因子17 表面緯向風速 4.54 3.99 5.10 因子18 表面經向風速 5.59 4.74 6.44 因子19 表面渦度 4.76 4.14 5.39 因子20 表面風向 5.71 5.14 6.28 因子21 表面散度 5.28 4.48 6.09 因子22 500 hPa 相對溼度 3.95 3.49 4.40 因子23 850 hPa 相對溼度 4.32 3.76 4.89 因子24 鄰近表面相對溼度 4.43 3.93 4.93 因子25 表面絕對溼度 4.17 3.57 4.77 因子26 ^高度2m 平均溫度 4.79 4.25 5.34

表5.3-3 相關係數絕對值前五大之氣候因子

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

相關係數絕對值

WAR

月分群架構 趨勢線

圖5.3-14 月分群架構下各氣候因子相關係數對 WAR 散佈圖(情境三)

三、 不同氣候因子之單氣候因子降尺度合成資料比較

在此本研究以前述選定之五個氣候因子進行 NPDM 模式與 SDSM 模式之合成效果比較，將分別以三種不同權重情境來呈現，研 究數據如表5.3-2 與圖 5.3-15 至 5.3-17 所示。

從圖面上來看，以不同因子 WAR 進行排序，可得知「500 hPa 緯向風速」與「500 hPa 風向」及「表面絕對濕度」的合成效果於三 種情境中皆有不錯的表現，因此顯示出『風速、風向與濕度』為影響 石門水庫集水區降雨量的關鍵因素。

圖面顯示依據五個不同氣候因子所建立之 SDSM 合成資料與 NPDM 合成資料之 WAR，在數值大小上，NPDM 之 WAR 普遍比 SDSM 之 WAR 為小，由於 WAR 數值代表合成資料與歷史資料之統 計特性差異，數值越小顯示統計特性差異越小，因此可以了解NPDM 模式之合成效果優於SDSM 模式。

表5.3-4 相關係數絕對值前五大之氣候因子模式WAR比較表

權重情境一 權重情境二 權重情境三

因子 NPDM SDSM NPDM SDSM NPDM SDSM

500hPa 緯向風速 3.83 9.56 3.40 9.35 4.25 9.77

500hPa 風向 3.84 9.05 3.26 9.10 4.41 9.01

表面絕對濕度 4.00 6.09 3.41 5.97 4.58 6.20

850hPa 渦度 4.31 5.70 3.65 5.67 4.96 5.73

平均海平面壓力 4.45 7.76 3.76 7.57 5.15 7.96

0 2 4 6 8 10 12

500hPa緯向風速 500hPa風向 表面絕對濕度 850hPa渦度 平均海平面壓力 氣候因子

WAR值

NPDM SDSM

圖5.3-15 不同氣候因子不同降尺度模式之 WAR 比較圖(權重情境一)

0 2 4 6 8 10 12

500hPa風向 500hPa緯向風速 表面絕對濕度 850hPa渦度 平均海平面壓力 氣候因子

WAR值

NPDM SDSM

圖5.3-16 不同氣候因子不同降尺度模式之 WAR 比較圖(權重情境二)

0 2 4 6 8 10 12

500hPa緯向風速 500hPa風向 表面絕對濕度 850hPa渦度 平均海平面壓力 氣候因子

WAR值

NPDM SDSM

圖5.3-17 不同氣候因子不同降尺度模式之 WAR 比較圖(權重情境三)