氣象資料

3-3-2 大氣垂直剖面氣象參數之量測（台中市環境保護局，2005）⁽⁴⁸⁾ 本研究採用 VAISALA 公司之探空量測系統，以繫留之方式搭配測

（3）訊號處理器

（4）電腦主機控制系統。

以下分別介紹：

（1). 探空氣球及偵測器

氣球及偵測器依量測項目不同而有不同選擇，本研究使用 其 PTU+GPS 偵測器（RS80-15G）（PTU, pressure –temperature -humidity；GPS, global positioning system），此型偵測 器可量測壓力、溫度、相對溼度。

（2). 地面接收天線

包括 UHF 及 GPS 天線，另外 LOCAL VLF & LORAN-C 天線 則是配合 VLF 及 LORAN-C 系列之偵測器使用。

（3). 訊號處理器

訊號處理器上接天線，下接電腦主機控制系統，其最重要 的功能是將無線電電壓訊號轉換成數位值，並將相關數據即 時送往工作主機進行相關之控制及加值計算。

（4). 電腦主機控制系統

電 腦 主 機 接 收 來 自 訊 號 處 理 機 之 數 據 ， 其 內 建 置 有 DigiCORA 加值及控制軟體，能即時監控整個系統之操作現 況，並加值產生相關之氣象資料。圖 3-3 及表 3-8 為此探空 系統之構造示意圖以及準確度表。

圖 3-3 無線電氣象探空儀之示意圖(RS 80-15G, Vaisala)

表 3-8 無線電氣象探空儀之精確度

量測項目 相關特性

量測範圍 1060hpa~3hpa(mb)

解析度 0.1hpa

壓力

準確度 0.5hpa

量測範圍 +60^oC~-90 ^oC 解析度 0.1 ^oC 溫度

準確度 0.2 ^oC 量測範圍 0~100％

解析度 1％

相對溼度

準確度 2％

量測範圍 1~360 ^o

風向 解析度 1 ^o

量測範圍 0~180m/s

風速 解析度 0.1m/s

以上氣象參數之採樣頻率為 0.5~1.0S，垂直解析度為 2~10m

使用 VAISALA 之 PTU+GPS 組合偵測器，在使用前無需進行 任何校正，在進行大氣垂直剖面量測時，是將偵測器繫於探空專 用之氣球下，此氣球可填裝氫氣（H2）或氦氣（He），氣球的大 小 是 依 偵 測 器 的 型 式 而 定 。 氣 球 上 昇 的 速 度 控 制 在 大 約 300m/min，溫度、壓力、相對溼度等氣象參數在大氣垂直方向上 之解析度約 10~20m，視氣球上昇的速度而定。在氣球逐漸上昇的 過程中，繫於氣球下方的偵測器每 0.5~1.0sec 將最新的壓力、

相對溼度及衛星定位資料，利用內建於偵測器內部的無線電發報 器，將相關資料傳送至地面，再利用地面天線接受來自偵測器的 訊號。要接收 PTU+GPS 組合偵測器訊號必須包括一個 UHF 的接收 天線及一個 GPS 之接收天線，此二天線連接至訊號處理器，此處 理器將無線電波轉換成數位資料，再將壓力、溫度、相對溼度及 衛星定位資料傳至含有 VAISALA DigiCORA 軟體之電腦控制系 統，配合軟體的分析，可即時顯示及監控各種量測現況。

（二）測風氣球觀測法

測風氣球觀測近地層之風速與風向是利用經緯儀追蹤測風 氣球之軌跡，利用氣球軌跡線反推垂直剖面之風速與方向。此 方法將經緯儀(theodolite)在腳架固定後進行儀器水平和地磁 北方位訂正程序，觀測者在經緯儀目視追蹤測風汽球(Pibal Balloon)之過程，不得晃動經緯儀本體，進而影響儀器水平點 設定。經緯儀銜接之數位紀錄器功能設定後，等待汽球充灌。

淨重 W(g)的測風汽球在充灌氦氣約達 60cm 直徑時停止充灌，繫 綁氣嘴後使用拉力計測量其浮力 L(g)。然後根據英國氣象局的 經驗公式，計算求得該汽球上升速度 W(m/min.)

W = 150 * L1/2/ (L+B)1/3

汽球升空之同時啟動經緯儀 start 按鈕，並旋轉經緯儀左右 兩側的方位轉盤與仰角轉盤，透過接目鏡和轉盤微調，隨時將汽 球定位在光學鏡頭的十字中心點。紀錄器每隔固定時間間距會自 動下載經緯儀之方位角(Ai)和仰角(Ei)。經緯儀內定警報器也會 在設定的時間間距倒數 3 秒鐘連續發生三次聲響，提醒觀測員儘 速將汽球定位在鏡頭中心點；如果觀測員無法即時定位汽球，應 按下 miss 按鈕以利事後資料分析區別。

測 風 汽 球 計 算 低 層 大 氣 風 場 的 方 法 係 假 設 氣 球 上 升 速 度 W(unit: m/min.)在觀測過程為一常數，每一筆數據的組成是：

(Ti,Ai,Ei)；Ti 是時間(unit: second)，Ai 和 Ei 分別是方位角 和仰角(unit: degree)。我們假設兩筆資料之間△T (=Ti+1-Ti) 的汽球飄移為一直線，經由平面三角函數關係計算出來的風場東 西分量(u)和風場南北分量(v)，則是這一時間間距的平均數值，

汽球高度 Zi (unit: m)則由 Wi 和 Ti 相乘得之：

u = Z ⁱ+1× cot E ⁱ+1 × sin A ⁱ+1 – Z ⁱ× cot E ⁱ × sin A ⁱ v = Z i+1× cot E i+1 × cos A i+1 – Z i× cot E i × cos A i

本研究使用之氣球浮力為 30 g，觀測之時間步階為 10 秒。

3-3-3 氣象場分析

本研究所使用的數值模式為美國國家大氣研究中心與美國 賓 州 州 立 大 學 所 發 展 的 第 五 代 中 尺 度 模 式 （ 簡 稱 MM5 ， Fifth-Generation NCAR / Penn State Mesoscale Model），此 模式使用經過中尺度運動特性簡化的原始方程，追隨地勢座標，

多重的巢狀網格（nested domain），目前屬於三維空間的非靜 力中尺度模式。

過去在許多模擬研究中使用 MM5 進行模擬都有不錯的結果，

其研究的範疇包括颱風、鋒面系統、中尺度對流系統、海陸風和 山谷風的局部環流等，而本研究所要探討的主題偏重在中部地區 綜觀環境風場與海陸環流風場之模擬，故在考慮欲研究的天氣系 統尺度和特性之後，選擇使用 MM5 作為研究的主要工具。

圖 3-4 垂直採樣探測儀器

第四章 結果與討論