西北太平洋夏季ISO移行

4.3 西北太平洋夏季 ISO 移行

台灣位於東亞夏季季風區的海陸交接位置，深受亞洲季風之影響。

過去研究發現，夏季 ISO 訊號始於印度洋，並沿赤道向東發展並增強。

隨後訊號將轉為向北移動接近台灣以及中國大陸沿海一帶引發對流 以及降水(Lau and Chan 1986，Knutson and Weickmann 1987，Kawamura et.al.1996)，因此，模式對 ISO 北移機制的模擬能力將直接的影響 到台灣地區預報準確度。接下來本研究將集中於西北太平洋亞洲季風

區，來討論夏季 ISO 的北傳機制以及移行特性。

以 u850 EOF1 風場作為 Index，並搭配渦度場以及降水場做延遲 回歸(Lag Regression)。圖 4.9 為觀測資料 NCEP 渦度場以及 GPCP 降 水場-15 天到+20 天的 Lag regression 分析。在-15 天之前渦度場以 及降水場從孟加拉灣地區開始沿 10˚N 以 Kelvin wave 形式向東傳遞 發展，在-15 天時已經發展至南海地區以及菲律賓海一帶，再來的 10 天渦度及降水訊號分別在南海以及菲律賓海兩個地區持續加強，並且 維持著 Gill et.al(1980)所描述的環流-對流分布關係，直到第 0 天 所有訊號達到極大值。在第 0 天渦度大約以 12˚N 為分界，以北為逆 時針的氣旋式環流，以南則為順時針反氣旋式環流，同樣的分布在 Hsu and Weng (2001)研究中提到，此種配置將產生一條輸送帶持續 將印度洋、孟加拉灣以及南海地區海表面的水氣傳送到西北太平洋對 流區，並且在對流區的西北方造成不穩定，使得對流趨於往西北方不 穩定區塊發展移動。

從第 0 天後南海地區訊號開始轉為向北、西北方移行，這時南海 地區的渦度中心在+10 天移入大陸南方陸地造成快速的衰減，此現象 乃因為對流在登陸後缺乏海表面水氣提供的潛熱釋放來維持發展以 及陸地的摩擦效應與地形破壞低層對流結構所造成(Hsu and Weng 2001、Tsou et.al.2005)。菲律賓海上的訊號同樣的隨時間減弱，一

部分訊號向北移動到日本南方 30˚N 的位置，另一部分訊號則是向西 北方通過台灣後移入中國大陸。在+20 天正渦度與降水訊號都已經進 入陸地並且消散，10˚N~20˚N 位置取而代之的是負渦度以及乾燥區中 心，和第 0 天訊號呈相反的相位配置，與風場所見相當一致，可以得 到約 40 天一個完整周期的結果。

為更清楚的呈現訊號北傳狀況以及過程，我們將延遲回歸的 120

˚E~140˚E 的降水以及渦度訊號做平均，分析-20 天到+20 天訊號在緯 度上的移動。圖 4.10 為模式與觀測訊號北傳模擬情形。4.10(o)為 GPCP 降水以及 NCEP 渦度場的合成圖，從-20 天開始降水由赤道向北 傳遞，到第 0 天降水中心傳遞至 15˚N 的位置，隨後降水訊號繼續北 移減弱，+20 天訊號移至 30˚N 並且消散，渦度場的訊號位置維持在 降水中心北方約 5˚的距離，有利於降水向北傳遞。正渦度場從-15 天 大約 8˚N 的位置開始向北移動，同樣在第 0 天 20˚N 的位置產生最大 值，隨後持續北傳至 30˚N 後消散。負降水訊號中心從第 0 天的赤道 開始向北傳。正、負降水訊號之間間隔約 20 天，推算一個完整週期 為 40 天。負渦度訊號同樣維持在負降水訊號北方，從-5 天開始自赤 道向北傳，由正、負渦度之間的距離同樣估算出大約 40 天的波動週 期。

模式模擬結果在降水的北傳表現普遍較差，AGCM 僅有 MIROC 模

擬出北傳特性，但傳遞的過程以及中心位置仍然不佳。因 AGCM 大多 數模式無法模擬北傳過程，速度以及週期無法明確地估算，僅 MIROC-5 與觀測較為相近。CGCM 的中、高解析度模式 CMCC、MRI 以及 MIROC 三者有較明顯的北傳訊號，相對於 AGCM 均有改善，但部分模式訊號 傳遞過程仍不完整。低解析度模式 IPSL 在 CGCM 中有大幅度的改善，

明顯優於 AGCM 模擬。CGCM 總計四個模式能模擬出降水北傳訊號，並 且在速度上都與觀測相當接近。週期方面比起 AGCM，CGCM 有更多模 式(CMCC、MRI、MIROC、IPSL)能抓到半周期的訊號，且解析度高的模 式模擬普遍較好，低解析度模式僅 IPSL 模擬較佳。但 CMCC 與 IPSL 週期的時間長度較觀測短，與解析度的關係並不明顯。

渦度場的模擬普遍要比降水佳，無論 AGCM 或是 CGCM，大多數模 式都有清楚的北傳訊號。僅 AGCM 的 CNRM 以及 CGCM 的 GFDL 無法模擬 出此特性。模式的渦度中心在高解析度 AGCM 模式中略為偏北，CGCM 皆有改善，渦度中心移動到 20˚N 的位置，與觀測較為接近。低解析 度模式僅有 IPSL 有明顯改善北傳的模擬。渦度場的波動半週期在 AGCM 的 MIROC 以及 MPI 較清楚，能模擬出正渦度、負渦度交替，週 期界在在 30~40 天之間。加入海氣以及其他交互作用後的 CGCM，解 析度較高的中、高解析度模式多數能改善 ISO 週期模擬，如 CMCC、

MRI、MIROC 模擬 ISO 周期訊號較佳，能清楚看到正、負渦交替且週

期接近觀測的 40 天，低解析度的模式僅 IPSL 有明顯改善。

過去研究指出，CMIP-3 中大多數模式在模擬各種季內尺度波動 表現都不佳，這些波動在模式上的訊號強度普遍低於觀測且傳遞速度 過快、週期過短(Hayashi and Sumi 1986、Hayashi and Golder 1986、

Slingo et.al.1996)，且相當多的模式模擬結果甚至不足 1/2 觀測強 度(Lin.et.al 2005)，也因為訊號不明顯、無法再更進一步的研究其 細節。而在本研究中所看到，CMIP-5 模式在 ISO 的模擬相較過去有 相當大的改善，除了解析度較低的模式仍然訊號薄弱，其餘的模式都 已經有較好的季內振盪模擬能力(Hung et.al.2013)。雖然強度上各 模式表現不一，但訊號的位置、結構已經有相當大進步，印度洋、孟 加拉灣、南海以及西北太平洋這些主要的降水地區都有一定水準的掌 握。但 CMIP-5 的 AGCM 模式大多無法掌握降水的北傳特性，中、高解 析度 CGCM 多數能改善 ISO 降水北傳的模擬，低解析度模式則模擬結 果不一致。