黑潮（Kuroshio）為北太平洋的西方邊界流（Western Boundary Current），源自北赤道流（North Equatorial Current, NEC），其流經菲 律賓東岸時，分為南北兩支流，其中向北為黑潮。黑潮往北流經過呂 宋海峽（Luzon Strait），再沿著臺灣東岸往東北前進，流經日本東岸 時向東偏轉最後與北太平洋洋流匯合。黑潮在臺灣東岸的傳輸量約 15.4 至 24.3sv（Liang et.al, 2003），表層最大流速約為 1.5m/s。黑潮擁 有高溫、高鹽與高傳輸量等特性，將低緯地區的暖海水帶往中緯地區，
在中緯度地區氣候熱平衡過程中扮演重要角色（Tang et.al, 2000）。
呂宋海峽是連接西北太平洋與南海的唯一深水通道，當黑潮流經 呂宋海峽時，有時會入侵北南海，引起向西傳輸的海水溫鹽通量。此 現象最早由 Wyrtki（1961）發現，指出冬季盛行的東北季風會引起呂 宋海峽的表層黑潮水向西傳輸入侵北南海，此現象後經許多學者經由 船舶觀測、漂流浮球資料、衛星觀測數據和數值模擬分析證實（Levitus, 1982；Wang and Chern, 1987a；Shaw, 1991）。此外，有研究指出夏季 也會有入侵南海的現象發生（Yuan et al., 2014）。 黑潮在呂宋海峽入 侵南海的機制受到地形、風場及上游黑潮變動等影響有時間與空間變 異的特性。Stommel and Aros（1960）指出黑潮入侵南海是因為受到 地形摩擦與 β 效應影響，限制黑潮在呂宋海峽南端的北向流速而使海
流向西流入南海；Farris and Wimbush（1996）認為需要在足夠的風應
也經由模式證實確實有黑潮套流（loop current）的存在（Chern et al., 2010；Sheu et al., 2010）。Farris and Wimbush (1996）依據衛星影像資 料的海表面溫度，發現東北季風期間黑潮在呂宋海峽會有順時鐘的套
連結的介面，許多研究已指出海表面溫度變化對區域大氣造成顯著影 響，Chelton et al.（2001）透過衛星資料分析 1999 年 7 月至 10 月的 全球範圍，在東太平洋熱帶地區證實海表面溫度和風速有正相關，在 暖（冷）海水上空相對風應力強（弱）。在越南附近海域受到夏季西 南季風與地形交互作用的影響，而出現湧升流現象，呈絲狀的冷海表 面溫度（cold filaments），經衛星觀測與數值模式研究，近海表風速在 海表面溫度較冷的區域相對減弱（Xie et al., 2007; Zheng, 2016）。
Wallace et al.（1989）提出海表面溫度與近海表面風速之間的關係是 正相關，在暖海表面溫度區域，由於垂直混合機制，造成低層大氣較
（Minobe et al., 2008）。Kuwano-Yashida et al.（2010）經由數值模式 指出墨西哥灣流的高海表面溫度，透過海表面蒸發率和大氣低層的水 汽通量輻合，造成顯著的對流性降雨。
關於黑潮變動所引起的區域性天氣變化亦有許多相關研究證實 Tokinaga et al.（2009）用現場觀測資料和衛星觀測資料分析 2000 年
至 2006 年黑潮延伸區（Kuroshio Extension）冬季暖海水可能因釋放 較多潛熱通量和可感熱通量，使暖海水上空的雲頂高度比周圍環境相 對高。Xie et al.（2002）由衛星資料及數值模式發現 2001 年在黃海
（Yellow Sea）與東海（East China Sea）區域，發現黑潮與兩側冷海 水形成明顯的海表面溫度梯度，使得近海表風速有增強與水氣量增多 的現象。Xu et al.（2011）用數值模擬東海地區 2006 年 4 至 6 月將黑 潮海表面溫度移除（增強）後，對流降雨減弱（增強），佐證黑潮的海 表面溫度會影響區域大氣。Nonaka et al.（2003）針對 1992 年至 1999 年四月到六月的黑潮延伸區，使用衛星觀測資料發現黑潮位置的變動，
會影響海表面溫度及近海表風速，海表面溫度異常值的區域增溫（降 溫）時，近海表風速異常值也有增強（減弱）的現象。Chow et al.（2015）
使用衛星觀測分析 1998 至 2011 年的臺灣東北外海，當黑潮入侵東海
的海溫變化，其動力機制與入侵型態等已有許多相關研究，然而黑潮 入侵是否可帶來區域性的天氣變化仍不明確，期望可以對台灣在呂宋 海峽區域的天氣預報帶來助益，值得進一步探討。本研究利用衛星觀 測資料與數值模式分析，探討是否會因為黑潮入侵南海形成套流，使 得呂宋海峽區域性天氣有明顯的變動與特性?本研究選取黑潮入侵事 件，選取案例，並針對個案探討，希望能進一步了解黑潮對呂宋海峽 的區域性天氣變化。
以下研究內容分為四個章節，第二章講述本研究所使用到的衛星 觀測資料來源，數值模式介紹與此模式實驗設定，同時定義黑潮入侵 南海的現象。第三章討論衛星觀測資料與數值模式模擬的結果和比對，
第四章結論，總結本論文研究的結果，最後參考文獻。
第二章、資料與研究方法
AVISO （ Archiving Validation and Interpretation of Satellite Data in Oceanography）結合 Topex/Poseidon、ERS-1、ERS-2、Jason-1、Jason-2 與 Envisat 等衛星資料，利用衛星高度計（altimeter）雷達發射微波，量測碰到海水面回波的時間差，推算衛星到海面的距離，再經過大地 水準面(geoid)校正得知，絕對動力高度資料，資料時間範圍 1993 年 至 今 ， 空 間 解 析 度 0.25°x0.25° 。 資 料 來 源 網 址 為 https://www.aviso.altimetry.fr/en/data/ 。
2.1.2 近海表面風場
QuikSCAT（Quick Scatterometer）為太陽同步衛星，是主動式遙 測，自美國航空及太空總署（National Aeronautics and Space
Administration， NASA）1996 年 6 月發射，離地表高度距離約 800 Atmospheric Administration ， NOAA）繞極軌道衛星之高解析輻射計
（Advanced Very High Resolution Radiometer，AVHRR），利用被動方 式接收可見光、反射紅外光和熱紅外光輻射光譜，來提供雲頂和海表 面 的 資 料 ， 再 經 由 NASA 和 NOAA 聯合研究出的演算法 (The NOAA/NASA AVHRR Oceans Pathfinder Program) 算出海表溫度資料，
本研究使用 AVHRR Pathfinder V5.2，資料時間範圍為 1981 年 11 月 至2012 年 12 月，涵蓋範圍全球海洋，資料空間解析度為 4 公里，我 們使用夜間海表面溫度資料，降低白天太陽輻射干擾。資料來源網址 為https://www.nodc.noaa.gov/SatelliteData/pathfinder4km/。
2.1.4 降水
SSM/I（Special Sensor Microwave/Imager）為美國 1987 年 6 月 發射 DMSP-F8（Defense Meteorological Satellite Program，DMSP）太 陽同步衛星中所裝載的微波觀測儀器，SSM/I 輻射儀包含 19.3GHz、
22.2 GHz、37.0 GHz 及 85.5 GHz 等四個微波頻率，而後陸續發射 F-10～F-15 號衛星，在近陸地 25 公里內缺乏資料，資料的降水大小介 於0 mm/hr~25 mm/hr，資料時間範圍從 1987 年七月至今，空間解析 度為0.25°×0.25°。下載資料網址為 http://www.remss.com/missions/ssmi。
2.1.5 垂直運動
部分大氣資料取自歐洲中期天氣預報中心（European Center for Medium Range Weather Forcast， ECMWF）提供的再分析資料(ERA-Interim)，包含表層海平面氣壓、反照率及熱能等資料，大氣垂直層方
本研究以數值實驗來進一步使觀測資料所顯示的海氣交互作用得 到動力上的驗證，以下介紹模式及其設定。
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）。