氣候變遷下之雨量資料

本研究使用日本氣象廳 (Japan Meteorological Agency, JMA) 氣象研究所 (Meteorological Research Institute, MRI) 發 展 的 高 解 析 度 大 氣 環 流 模 式 MRI-JMA) 以及德國研究機構 Max Planck Institute (MPI) 發展的第五版大氣海 洋環流耦合模式 (Roeckner et al. 2006， ECHAM5-MPI) 所模擬出的氣候推估 結果。研究中採用MRI-JMA AGCM 高解析度模式及 ECHAM5-MPI 低解析度 模式 的模擬結果當作初始場及邊界條件來進行動力降尺度，兩組模式皆每 6 小時提供一筆三度空間的資料，資料包括風場、溫度場、濕度場及重力位 (或 是氣壓) 場。

MRI-JMA AGCM 係根據日本氣象廳原有用在天氣預報作業的數值模式 所發展而成，網格間距約20 公里左右。此模式採分段模擬現在 1979-2003，

近未來2015-2039 以及世紀末 2075-2099 三個時期的氣候推估。由 CMIP3 的 大氣海洋環流耦合模式 A1B 情境模擬的系集平均計算出海溫隨時間線性增 加的趨勢，再將現今海溫的變異加諸在隨時間線性增加的海溫上，用以驅動 高解析度大氣環流模式以進行未來大氣環流變化的推估。圖 2 為未來氣候推 估洋溫的示意圖。

ECHAM5 氣候模式係德國研究機構 MPI 發展的，由歐洲中期氣象預報中 心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF) 使用的天 氣預報模式所發展的第五版氣候模式，目前許多國家用來從事氣候的研究 (Connolley and Bracegirdle, 2007)。此模式亦參與 IPCC Fourth Assessment Report (IPCC AR4; IPCC, 2007)，當中的研究對於二氧化碳濃度變化的情境作 為氣候變遷推估之依據，本研究採用IPCC AR4 中 ECHAM5 的模擬推估結果 作為動力降尺度之基本場。因模式為一大氣海洋耦合模式，洋溫係由海洋模 組計算得之。此模式的大氣動力模組為一波譜模式，水平網格數目為192 × 96，

網格間距為1.875°，約為 180 公里。

計畫中採用美國大氣研究中心 (NCAR) 所主導發展的天氣研究與預報模 式系統(Weather Research and Forecasting modeling system，WRF 模式) 來進行 水平解析度為5 公里的動力降尺度工作。使用 Fita et al. (2009) 針對 WRF3.1.1 版稍加修改之CLWRF，將 IPCC AR4 中 A1B 情境的溫室氣體濃度改變的情 境納入輻射的計算，並輸出氣候分析常用的參數。模式每 3 個小時輸出一次 資料，而地面溫度及降水資料則為每個小時輸出一次。模式所使用的物理模 組包括：邊界層參數化採用 YSU scheme、微物理參數化採用 WSM 5-class graupel scheme、Kain-Fritsch 積雲參數化、近地表面過程的計算採用 Noah land surface module、輻射的計算則採用 CAM3 的短波及長波輻射參數化、表面層 的計算則用Monin-Obukhov surface layer scheme，動力降尺度垂直解析度為 36 層，水平網格點數為 380 × 400，模擬區域如圖 3 所示。動力降尺度執行三 個時期 (現在 1979-2003，近未來 2015-2039 以及 21 世紀末 2075-2099)各 25 年的氣候模擬，為了避免執行降尺度所導致太大的氣候偏移，而無法重現與 全球模式相同的大尺度環流特徵，此計畫採用波譜調整(spectral nudging)的方 法，以減少大尺度環流的氣候偏移。為了保留高解析度地形及地表使用對模 擬結果增加的價值，在此僅針對邊界層以上的風場、重力位以及溫度場做波 譜調整。ECHAM5 動力降尺度的執行是每積分一個月後重新啟動模式 (亦稱 冷啟動cold start) 以進行下個月的模擬。而 MRI 的動力降尺度則不重新啟動，

每個月的模擬接續上個月的結果進行著，不存在冷啟動造成資料不連續的問 題。

第三章 研究方法

圖 2 MRI-JMA AGCM 對未來氣候推估的模擬中洋溫計算的示意圖 (圖片取自 Kusunoki et al., 2011)

圖 3 粗線條黃色方框為臺灣地區 5 公里解析度的動力降尺度所模擬的範圍，

共計有380x400 個網格點，涵蓋範圍 1900x2000 平方公里