模式建置

在 WRF V3.8.1 之架構下，建置一高空間解析度之三層巢狀網格 設計，其水平解析度分別為 3 公里、500 公尺、250 公尺，垂直層數 為 61 層，最頂層為 10hPa，模擬範圍如圖 6.1 所示。林園雷達位處 台南與高雄交界，搭配其地理位置與其所背負之快速低層掃描任務 兩項特質，將最內層的模擬範圍聚焦於台灣西南部沿海地帶，而模 式中使用的物理參數包括 Morrison 雲微物理參數法、MYJ 邊界層參 數法、RRTMG 長波和短波輻射參數法，相關參數設定如表 6.1。目 前已建置一個高解析度模式，由於其最高水平解析度達 250 公尺，

對於模式中時間步長的設定相當要求，若時間步長設定為 6 秒，以 64 個 code 的計算資源模擬積分一小時，需計算時間約 180 分鐘。

圖 6.1 高解析度模式網格設定

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本項工作使用 WRFDA V3.9 之三維變分同化方法，雷達觀測資 料包括已內插至模式格點上之徑向風與回波。其中，在同化回波觀 測的部分，會先將觀測回波分為雨水、雪混和比的貢獻，再將此水 象資訊進行資料同化的步驟(Wang et al. 2013)。基於高解析度模式著 重於對流尺度之天氣系統，背景誤差改選擇以風場(U、V)做為控制 變數的 CV7，而非傳統用於描述熱力風關係之流函數（ψ）和勢函 數（χ）為控制變數的 CV5，以避免變數間轉換過程的問題，會使小 尺度的資訊容易被忽略(Sun et al. 2016)。

表 6.1 高解析度模式參數設定

因應高解析度網格重新設置規劃，必須重製一組水平解析度為 250 公尺之背景場誤差，並以此新的背景場誤差做單點測試，以了 解背景場誤差結構對於同化系統分析場的影響。首先給定一測試點 在風場東西分量（Ｕ）1 m/s 的觀測增量，同化後之分析增量如圖 6.2，由於 CV7 中各變數間並無相關，所以僅在風場有分析增量。另

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外再對溫度觀測增量做測試，圖 6.3 為同化 1℃觀測資量後的分析增 量結果，亦可看出只對溫度有分析增量，並不會對風場的分析增量 造成影響。

圖 6.2 風場單點測試於各變數之分析增量。由左至右、由上至下的變數分別為風 場的東西分量、風場的南北分量、垂直風場、溫度、壓力、雨水、雲水、及 水氣含量

圖 6.3 同圖 6.2 但給定觀測增量為溫度

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在高解析度的模式設定中，同化參數也必須根據不同的空間解 析度而有所調整。U 風場單點實驗在不同特徵長度調節因子

(LEN_SCALING)參數下所得到的分析增量(圖 6.4)，特徵長度調節因 子越大，在水平方向上的影響越大，設定特徵長度調節因子分別為 0.25、0.5、及 1.5，單一觀測點影響的水平範圍由直徑約 5 公里延伸 至 25 公里。變量尺度調節因子(VAR_SCALING)設定則會影響到分 析增量的極值大小(圖 6.5)，以 U 風場做單點測試，設定變量尺度調 節因子由 0.5 至 1.5，U 的分析增量則由 0.78m/s 增加至 0.82m/s。根 據此次實驗結果，以 LEN_SCALING 設定為 0.5，VAR_SCALING 設定為 1.5，作為後續的個案模擬的同化參數。

圖 6.4 U 風場之單點測試於不同特徵長度調節因子設定下之結果。由左至右之特 徵長度調節因子分別為 0.25、0.5、及 1.5

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圖 6.5 U 風場之單點測試於不同變量尺度調節因子設定下之結果。由左至右之變 量尺度調節因子分別為 0.5 及 1.5