第二章、 資料來源與研究方法
2.2.1 數值模式簡介
本研究使用模式為WRF（Weather Research and Forecast model）， 為美國 NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration ）、
NCAR（National Centers for Environmental Research）、NRL（Naval Research Laboratory）以及 ESRL（Earth System Research）等單位共同 開發出的中尺度數值天氣預報系統，可模擬天氣尺度從數公尺至數千 公里，同時也可以加入觀測資料或分析場來模擬天氣個案，在時間尺 度上可模擬數小時內至數月份天氣系統，可調整物理參數化，不同的 積雲對流參數化、微物理參數化、邊界層參數化或長短波輻射參數化 等，可模擬出天氣系統不同的物理特性（Schwarz et al., 2009；Stensrud, 2007）。
2.2.2 模式設定
本研究使用 WRF3.6.1 版的數值模式，模式初始場資料與邊界條 件的資料取自美國環境預報中心（National Centers for Environmental, NCEP）全球預報系統（Global Forecast System ,GFS）最終（Final, FNL）
的再分析資料。資料格式為六小時一筆，空間解析度為 1°×1°。本研 究使用兩層巢狀網格(nested grid)，大網格解析度 9km×9km ，網格數
2250×1800 ，小網格解析度 3km×3km ，網格數 354×282（圖 2-1），垂直方向有 30 層，分別對應由 1000hPa 至 50hPa 高度，下邊界 使用衛星觀測資料三日合成的海表溫度(AVHRR Pathfinder 海表面溫 度)。模式物理參數化設定如下：微物理方法（Microphysical
parameterization）使用 Lin et al. scheme （Chen and Sun, 2002）；積 雲參數化（Cumulus parameterization）使用 Kain-Fritsch scheme
（Kain 2004；Kain and Fritsch 1990,1993）；邊界層參數法
（Boundary layer parameterization）使用 YSU scheme（Hong and Pan,1996）；長波輻射參數法（long-wave radiation scheme） 使用 RRTM scheme （Mlawer et al., 1997）；短波輻射參數法（short-wave radiation scheme）使用 Dudhia scheme（Dudia,1989）。模式結果是每 三小時輸出一筆。
2.3 入侵南海黑潮的判定
本研究欲藉由衛星等資料探討黑潮套流入侵南海後，對區域大氣 有何影響，首先需界定黑潮入侵的判斷標準。黑潮在呂宋海峽區域有 多種不同形式的路徑（Caruso et al., 2006；Hu et al., 2006）。Nan et al.
（2011）將呂宋海峽內黑潮路徑分三種，第一種是部分的黑潮支流會 流入北南海，稱 leaking（圖 2.2c）。第二種是入侵北南海後，在呂宋 海峽北部呈順時鐘迴轉後形成套流，稱 looping（圖 2.2a）。最後一種
為leaping（圖 2.2b），不入侵南海，從菲律賓東岸流經呂宋海峽東部，
繼續往北流至臺灣東岸。根據 Nan et al.（2011a）研究指出第一種 leaking 的路徑雖可藉由海面高度計看出黑潮路徑（圖 2.3a）。但海表 溫度資料無法顯示出黑潮及南海表層水的差別（圖 2.3b）。因本研究 生時，呂宋海峽內有明顯的東西向地轉流速。根據 Liang et al.（2003）
研究中的統計結果，本研究篩選方法為在呂宋海峽內（120.125°E，
速，研究發現入侵南海的黑潮套流南端的位置約 21.4°N，再由台灣南 端東流出南海，與本研究篩選結果一致。
由 AVISO 地轉流速篩選出的黑潮套流入侵南海事件將在後續章 節詳細分析由衛星觀測資料所顯示出的空間變化，最後以WRF 數值 模式驗證結果，並探討是否與衛星觀測資料有一致的特徵。另外，也 以兩組理想實驗做定性分析，對照有無黑潮套流入侵的差異。
第三章、研究結果
根據第二章所定義的入侵南海的黑潮套流計出 2000-2009 年平均 各月份入侵南海黑潮套流的總天數（圖 3.1），結果顯示套流發生時間 主要集中在 11 月至 4 月，我們推測可能因夏季的西南季風不利於黑 潮入侵（Wang and Chern, 1988；Shaw, 1991）。此外，因本研究探討黑 潮海表溫變動是否會對區域大氣造成影響，而黑潮在暖夏季海表面溫
複雜，其分布不一定與海溫相關。
布不均勻而增加的問題複雜度，本研究僅篩選出吹拂東風的事件作進
3.11b）。在臺灣與菲律賓之間近海表風速值相對周圍高（圖 3.11c）。
地方（圖3.13c）。
氣系統影響易帶來降雨，導致在模式結果不只在臺灣西南外海有明顯
擬出在臺灣西南外海的風速與降雨率有比較弱的現象（圖 3.16），風
增加約0.3 mm/hr。大氣垂直運動沿著北緯 22 度分析經向變化（東經 119 度至 120.5 度），對照組的上升速度在低層相對實驗組增強，增強 約0.05 m/s（圖 3.23a）。低層大氣的垂直風切差異看出臺灣東部外海 對照組明顯較強，而臺灣西南外海對照組垂直風切明顯較弱，減弱約 0.001 s-1（圖3.23b）。
綜上結果，衛星觀測資料分析顯示在風向為東風時，黑潮入侵可 能造成臺灣西南外海區域上的天氣影響，與數值模式結果符合，然而 模式中近海表風速與降雨率值皆偏高。另外進行兩個理想實驗顯示在 臺灣西南外海，在同樣大氣環境下，當海表溫較高時，風速及降雨率 有增加的現象，大氣垂直運動中低層垂直上升速度較強，且臺灣西南 外海垂直風切相對周圍環境較弱。經由衛星觀測資料分析和數值模式 結果皆顯示，黑潮使海表溫使區域大氣變化，因黑潮入侵使臺灣西南 外海區域海表溫比平均氣候高，也有近海表風速與降雨率增加的現象。
表示黑潮的海表面溫度分布對區域大氣是有影響力的。
第四章、結論與未來工作
增強地表風速（Wallace et al., 1989；Heys et al., 1989）；另一種機制是 氣壓梯度調整:低層大氣因較高溫的海表溫，增加低層邊界層的大氣 溫度，使海平面大氣壓力降低，氣壓梯度力進而驅動風場（Lindzen and Nigam., 1987）。有學者認為在不同季節和區域海洋對大氣主要的影響
機制不同（Minobe et al., 2010；Kelly et al., 2010）。冬季時期台灣東部 外海黑潮藉透過可感熱通量和蒸發，對低層大氣有加熱的效應，同時 增加大氣的垂直上升運動。春季時期海溫梯度（SST gradients）影響 低層大氣而產生環流場的變異（anomalous circulation），其風場和水氣 輻合，配合鋒面抬舉作用，產生對流以致降雨增加（Fang et al., 2013）；
所以對於黑潮入侵南海對區域天氣影響的確認，還需要更廣泛的研究，
未來也可加長研究的時間範圍，並做定量分析與討論，以增加對黑潮 套流對呂宋海峽區域天氣影響的了解。
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圖2.1 數值模式巢狀網格設計。
圖2.2 Nan et al.（2011）提出呂宋海峽區域黑潮路徑主要分為三種。
（a）套流，looping，（b）不入侵，leaping，（c）部分之流，leaking，
顏色代表海平面高度（cm），箭頭表示地轉流流速（cm/s），
圖2.3 部分黑潮支流入侵南海示意圖。（a）海面高度與海流分布，
顏色代表海平面高度（cm），箭頭表示地轉流流速（cm/s），（b）海 表面溫度（°C）。
(a)
(b)
圖2.4 研究區域範圍示意圖，東經 118 度至 123 度，北緯 18 度至 23 度。
圖2.5 入侵南海黑潮套流的平均海面高度與海流分布，顏色代表海 平面高度，箭頭表示地轉流流速。
圖3.1 2000 至 2009 年衛星測高儀資料統計出各月黑潮套流的總 天數。
圖3.2 2000 年至 2009 年 1 至 12 月平均海表面溫度。
圖3.3 2000 至 2009 年 11 至 4 月所有黑潮套流事件合成圖。（a）
黑潮的海表面高度與海流分布，顏色代表海平面高度（cm），箭頭 表示地轉流流速，（b）海表面溫度（°C），（c）近海表風速（m/s），
（d）降雨率（mm/hr）。
(a)
(c)
(b)
(d)
圖3.4 2000 至 2009 年 11 至 4 月氣候平均場。（a）黑潮的海表面 高度，（b）海表面溫度（°C），（c）近海表風速（m/s）。
(a) (b)
(c)
圖3.5 2000 至 2009 年 11 至 4 月所有黑潮套流事件異常值合成 圖。（a）海表面高度異常（cm），（b）海表面溫度異常（°C），（c）
近海表風速異常（m/s）。
(b)
(c)
(a)
圖3.6 2000 至 2009 年所有黑潮套流事件之風花圖。
圖3.7 2000 年至 2009 年 11 至 4 月平均近海表面風場合成圖，
（a）所有黑潮套流事件近海表風場，（b）所有東風黑潮套流事件近 海表風場，顏色代表風速（m/s），箭頭表示風向。
(a)
(b)
圖3.8 2000 至 2009 年 11 至 4 月所有黑潮套流東風事件合成圖。
（a）黑潮套流的海面高度與海流分布，色階代表海平面高度，箭頭 表示地轉流流速，（b）海表面溫度（°C），（c）近海表風速（m/s），
（d）降雨率（mm/hr）。
(a) (b)
(c) (d)
圖3.9 2000 至 2009 年 11 至 4 月所有黑潮套流東風事件異常值合 成圖。（a）海表面高度異常（cm）（b）海表面溫度異常（°C），
（c）近海表風速異常（m/s）。
(a) (b)
(c)
圖3.10 2000 至 2009 年 11 至 4 月所有黑潮套流事件合成與東風事 件合成比較，（a）和（c）海表面溫度異常（°C），（b）和（d）近海 表風速異常（m/s）。
(a)
(b)
(c)
(d)
圖3.11 黑潮套流顯著個案。（a）黑潮套流的海面高度與海流分 布，顏色代表海平面高度，箭頭表示地轉流流速，（b）海表面溫度
（°C），（c）近海表風速異常（m/s），（d）降雨率（mm/hr）。
（°C），（c）近海表風速異常（m/s），（d）降雨率（mm/hr）。