為能進一步解析凡那比颱風侵台期間豪雨發生之機制及了解台 灣地形所扮演之角色，本文使用WRF(Weather Research and
Forecasting)模式 3.1.1 版進行數值模擬研究，由於現有的觀測資料在 時間及空間解析度仍有不足，使用高解析度之WRF 模式，對於變化
Runge-Kutta Scheme，空間離散化為二至六階之參數，而側邊界條件
設定可應用於理想化或實際觀測之資料。
WRF 系統主要分為 WPS(WRF Pre-processiong System)及 WRF 模式兩大部分。其中WPS 又可分為三個部分，第一步為設定模擬的 範圍以及巢狀網格設定，使地形資料內插至設定的模式區域內；第二 步為匯入初始氣象資料，如風場、溫度、濕度等資訊，而模式初始場 可使用AVN 或是 GFS (Global Forecast System)等資料，最後一步將資 料內插至模式區域的網格中。此外，模式可與3DVAR
(three-dimensional variational data assimilation)、4DVAR (four-dimensional variational data assimilation)及 FDDA
(four-dimensional data assimilation)等資料同化系統配合使用，加入觀 測資料用以改進模式初始猜測場(first guess)，使其接近於實際大氣狀 態，進而改善模式模擬結果。模式具備一套物理參數化，其中包含積 雲參數化、邊界層參數化，輻射參數化等。另外，模式輸出後，可透 過RIP4、NCL、GrADs、NCAR Graphics 及 Vis5D 等繪圖軟體繪製各 種氣象場進行分析。
本研究使用三維變分資料同化(3DVAR)，資料同化於初始時間加 入觀測資料，並利用變分法之計算，得到合理大氣狀態之最佳估計值 作為模式初始分析場。
3.2 資料來源與模式設定
本研究提供於模式之初始場及邊界資料為美國國家環境預報中 心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)的全球預報模 式(Global Forecast System，GFS)分析場資料，由 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC 至 20 日 1800 UTC，每六小時一筆資料，其水平解析度為 0.5°× 0.5°，垂直解析共分為 26 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 10 hPa。使用 3DVAR 同化的觀測資料有地面綜觀資料(SYNOP)及探空資料(SOUND)，資料 分布如圖3.1 所示。
本模式之地圖投影使用藍伯特投影法，網格設定為三層巢狀網格 (圖 3.2)，中心經度為 120 °E，緯度為 25.5 °N，水平解析度 Domain 1(簡 稱D1)為 45 km，網格點數為 180×105，Domain 2(簡稱 D2)為 15 km，
網格點數為100×100，Domain 3(簡稱 D3)為 5 km，網格點數為 103×121，
垂直full-σ 座標一共分為 32 層，由底至頂之 σ 值分別為 1.000、0.968、
0.935、0.903、0.871、0.839、0.806、0.774、0.742、0.710、0.677、
0.645、0.613、0.581、0.548、0.516、0.484、0.452、0.419、0.387、
0.355、0.323、0.290、0.258、0.226、0.194、0.161、0.129、0.097、
0.065、0.032 及 0.000。此外，巢狀網格間採用雙向交互作用(two-way
interactive)的方式處理，將模擬結果由細網格回饋至粗網格，使解析 度較低之外層網格在積分過程中受內層較高解析之模擬結果所影 響。
3.3 WRF TC bogus 簡介
為了改善模式對於颱風強度模擬過於低估之情形，故本文使用 WRF Tropical Cyclone (TC) bogus 方法以達到增強颱風強度之目的，
WRF TC bogus 方法源自於 WRF 數值模式的前身 MM5 上的 TC bogus 駛流函數及速度位的邊界為0，然後利用 Sussessive Over Relaxation (SOR)法計算出區域內之流函數、無輻散風場、速度位及輻散風場。
接著利用地表及海平面壓力場移除伴隨高度變異量的地表及海平面 壓力擾動，即可得到背景流場的初始場資料。
植入渦旋部分則依據使用者給定的渦旋中心經、緯度，欲植入渦
旋之最大風速、最大風速半徑中心最大風速衰減率去做設定。以TC bogus 方法植入之渦旋具有以下特性：軸對稱渦旋、固定最大風速半 徑(Radius of maximum wind，RMW)、質量場和風場為非線性平衡、
渦旋中核心部分水氣飽和、Vmax_ratio=中心最大風速衰減率、渦漩 之切線風場來自於Rankine Vortex：
V r
，
0 1 為進一步分析的依據，四種微物理過程分別為WRF Single-Moment 5-class scheme (簡稱 WSM5)、Ferrier microphysics scheme、WRF Single-Moment 6-class scheme (簡稱 WSM6)及 Goddard microphysics scheme，而四種積雲參數法分別為 Kain-Fritsch scheme、Betts-Miller-Janjic scheme (簡稱 BMJ)、Grell-Devenyi ensemble scheme
及Grell 3d ensemble cumulus scheme。
經測試與分析後控制組(以下簡稱 CTL)之參數設定以微物理過 程Goddard Microphysics scheme、積雲參數法 Kain-Fritsch scheme 與 邊界層參數YSU(Yonsei University) PBL scheme 進行搭配，針對凡那 比颱風之模擬由於初始的環流強度偏弱，為改善此情形，因此本篇論 文的CTL 組進行 WRF TC bogus 的步驟，植入新的渦旋以增強颱風 的強度，渦旋設定之最大風速半徑(RMW)為 70 km、最大風速(Vmax)
為60 m s-1、Vmax_ratio 則為 0.8，初始時間為 2010 年 9 月 17 日 1800 UTC，並進行 72 小時之模擬。
為探討地形對於降雨的影響，另針對地形之部分進行三組不同地 形高度的測試(表 3.2)，其中 Extra Terrain(以下簡稱 ET)將台灣地區地
形高度增加為原來的1.3 倍，Half Terrain(以下簡稱 HT)為將台灣地形 高度減半，No Terrain(以下簡稱 NT)則將台灣地區地形移除，但仍保 留陸地資訊，並非變成海洋。這三組模擬設定皆與CTL 相同，僅有 台灣地區地形高度之差異，各組之地形高度如圖3.4 所示。