第二章 研究方法與使用資料
2.1 模式介紹
本研究所使用 Weather Research and Forecasting(WRF)區域氣 候模式，版本為 WRF V3.0.1 版。WRF 模式為新一代中尺度數值天氣 預報系統，主要由美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)、美國國家海洋大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)所轄之國家環境 預報中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)、
空軍氣象聯隊(Air Force Weather Agency, AFWA)、海軍研究實驗室 (Naval Research Laboratory)及聯邦航空總署(Federal Aviation Administration, FAA)等許多單位共同研發與改良，其具有可移植、 σ座標，時間積分採用 3 階 Runge-Kutta scheme，空間離散化為 2 至 6 階之參數，邊界條件可選擇使用實際觀測資料或是理想化資料，
模擬應用範圍可由數公尺至數千公里之廣。
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2.2 資料介紹
2.2.1 大尺度環境場資料
本研究大尺度環境場使用美國國家環境預報中心(NCEP)
NCEP/DOE AMIP II Reanalysis(NCEP Reanalysis-2)之重分析資料 (Reanalysis)(Kanamitsu et al., 2002)，包含海平面氣壓場、溫度 場、水平風場、垂直速度場、濕度場及高度場等多項參數。其水平網 格解析度為 2.5°Ⅹ2.5°，垂直採等壓座標共分十七層，分別為 1000、
925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100、70、
50、30、20 及 10hPa，使用時間為 1981-2010 年之月平均資料。
全球海表面溫度資料採用美國國家海洋與大氣總署(NOAA)所發 展之 Extended Reconstructed Sea Surface Temperature(ERSST)第 三版(v3b)(Smith and Reynolds 2004)，水平網格解析度為 2°Ⅹ2°，
使用時間為 1951-2010 年。
2.2.2 颱風觀測資料
本研究所使用的颱風歷史資料為聯合颱風警報中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)之最佳軌跡資料，每六小時一筆，
一天共四筆。使用時間為 1951-2010 年之 6-11 月。本研究僅挑選強 度達到熱帶風暴(Tropical Storm)以上之個案(即風速達到 17ms-1以 上之個案)進行分析及比較，並將風速第一次達到 25kt 作為其生成點
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(Lee et al. 2008)。本文將上述定義之個案統稱為颱風(Typhoon)。
2.2.3 模式初始場及邊界資料
本研究使用於模式之初始場及邊界資料為美國國家環境預報中 心(NCEP)的全球資料同化中心(Global Data Assimilation System, GDAS)分析場資料(NCEP FNL(Final) Operational Global Analysis Data)，其中包含海平面氣壓、海表面溫度、風場、大氣溫度、地表 溫度、土壤覆蓋、冰層、地表反照率等數十種參數。水平網格解析度 為 1°Ⅹ1°，垂直氣壓分層共二十六層，分別為 1000、970、950、925、
900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、400、350、
300、250、200、150、100、70、50、30、20 及 10hPa。本研究之實 驗使用時間為 2000-2010 年，每年的 6 月 1 日 0000UTC 至 12 月 1 日 0000UTC，時間解析度為每六小時一筆，一天共四筆。
2.3 模式參數設定
本研究模式參數之設定主要有微物理過程、積雲參數、地表參數、
土壤參數、邊界參數以及輻射參數等，以下依序介紹。
微物理過程使用 WSM5 scheme(Hong et al. 2004; Hong and Lim 2006)，經修改後容許冰的沉降，對於水氣、雲及降水等微物理過程 在此參數中包含了水氣、降水、降雪、雲水與雲冰等共五種粒子，因
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而當中允許過冷水存在且降雪過程在緩慢融化時可有冰雪共存。
積雲參數法經由各網格點上之氣象資訊以參數化方式計算次網 格內的水氣變化，以解析次網格之對流或淺雲等。在此選用 WRF3.0.1 版新加入的 New Grell scheme(Grell and Devenyi 2002)，其容許 沉降效應影響相鄰之網格點，並允許積雲附近有下沉作用。
地表參數法主要影響近地表與邊界層附近摩擦效應、熱通量與水 氣通量之計算，本研究所選用的 Similarity theory 使用穩定方程式 (Paulson 1970; Dyer and Hicks 1970; Webb 1970)計算各通量之係 數，其包含熱通量與水氣通量在不同性質表面之傳播速度。
土壤參數法使用 5-layer thermal diffusion，其土壤分層厚度 分別為 1、2、4、8、16 公分，地表及土壤溫度、土壤剖面濕度等相 關資料隨積分時間輸入，並且包含輻射、可感熱通量與潛熱通量等能 量收支，同時也允許覆雪存在，但覆雪隨時間改變。
邊界層參數法的重要性在於其影響擾動動量通量在整層大氣之 垂直次網格間的傳送，而不僅只於大氣邊界層而已。在此使用之參數 法為 Yonsei University (YSU) PBL(Hong et al. 2006)，依性質不 同將近地面之大氣環境分為混合層與穩定層以決定邊界層之溫度、濕 度及雲帶垂直分佈的情況。
輻射參數分為長波與短波兩種，長波輻射參數使用 Rapid
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Radiative Transfer Model (RRTM) Longwave(Mlawer et al. 1997)；
短波輻射參數使用 MM5 (Dudhia) Shortwave(Dudhia 1989)。向上長 波主要有地表熱輻射，參數依地表性質而有所不同；向下長波為雲及 氣體熱輻射，其內包含水氣、臭氧、二氧化碳及雲厚等。短波參數計 算空氣散射與水氣吸收(Lacis and Hansen 1974)，並考慮雲頂及不 同性質地表之反照率。 簡稱為 NWP(圖 2.1a)；第二種網格區域中心位於(175°E，20°N)，範 圍包含(105°E-120°W，5°S-45°N)，其主要涵蓋整個北太平洋及東亞
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- 11 - et al. (1997, 2003)與 Knutson et al. (2007)發展之客觀規則方 法並配合 Walsh et al. (2007)所提出不同解析度下適用之條件尋找
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義為氣旋中心。
檢視每個氣旋個案在其氣旋中心 8°經緯度內是否存在暖心結 構，而暖心結構之定義為 500hPa 與 300hPa 之氣溫平均值於 氣旋中心 5°經緯度半徑內需有下降，以及 200hPa 與 1000hPa 高度場需有差值。
(二)追蹤颱風軌跡：對所有時間及網格點上之氣旋個案，利用以 下過程建立同一颱風個案之軌跡。
1. 對於任何一個氣旋個案檢視距其中心 300km 的範圍內，於 下一個時間點是否存在任何氣旋個案。
2. 若無任何氣旋個案存在，則軌跡追蹤過程停止。若有超過 一個以上的氣旋存在，則以距離最近且位於西北側之個案 做為下一個時間點氣旋中心所在位置。
3. 颱風軌跡追蹤需持續超過 36 小時，且模式最低層風速在 氣旋中心半徑 5°經緯度內需大於 17ms-1，並在其生命史中 至少維持 36 小時(不需連續)。
4. 颱風軌跡之生成點必需滿足暖心條件，且於颱風生命史中 滿足暖心條件時間比例需達到 80%以上。
通過上述條件判定及挑選後即可視為完整的颱風個案。
- 13 - Niño-Southern Oscillation, ENSO)和西北太平洋地區颱風的生成及活動 有著密切的關係(e.g., Chen and Weng et al. 1988; Chan 2000; Wang and Chan 2002; Chen and Wang et al. 2006; Camargo and Sobel 2005)，
而近期的研究則指出東印度洋(East Indian Ocean, EIO)海表面溫度 (Sea Surface Temperature, SST)變化可能是另一個影響此地區颱風 發展的重要現象(Zhan et al. 2011a; Zhan et al. 2011b)。
為初步了解海溫與颱風數量的關係，分別計算 1981-2010 年各季 節海溫與颱風總數年際變化的空間相關分佈(圖 3.1(a)-(e))，其中 藍色(紅色)陰影代表通過 95%信賴度統計顯著性檢定呈現負(正)相關 的區域。在傳統上，用於定義 ENSO 事件的 Niño3.4(120°-170°W，
5°S-5°N)區域內，從前一年冬季至當年秋季皆無陰影覆蓋，表示颱風 季前與台風當季 Niño3.4 SST 的年際變化與西北太平洋颱風總數並無 顯著的相關性，僅在颱風季後之冬季 Niño3.4 SST 的中太平洋區域有 部分區塊呈現正相關性。而在北印度洋地區各季節皆有藍色陰影籠罩，