數值模擬氣象資料解析

前述的研究是以中央氣象局的測站進行氣象資料解析，由於測站觀測點有 限，台灣山地的分佈範圍相當廣大，少數的測站代表性仍不夠全面。本章節藉由 數值模擬分析，利用現有氣象資料及電腦的預測，來進行相關山區氣象資料的模 擬與解析。

3-5.1 WRF 數值模式介紹

WRF模式（Weather Research and Forecast model）是一種中尺度數值天氣預 報系統，主要是設計用於執行預報作業與大氣研究工作。WRF的特點具備複合 動力核心，包含三維資料同化（3DVAR）及平行計算與系統擴充性的軟體架構，

可從數公尺到上千公里的尺度廣泛的應用。WRF是由美國國家大氣研究中心、

國家環境預報中心及預報系統實驗室、空軍氣象局、海軍研究實驗室、奧克拉荷 馬大學及聯邦航空管理局等單位共同合作努力開發的成果。WRF可以讓研究人 員運用模擬計算的方式來反應真實資料或是理論參數，提供一套在計算上具有高 度彈性及高效率的氣象資料預報模式。

WRF模式可支援多重巢狀網格的高解析設計，方便使用者模擬、分析各種 多尺度天氣現象。同時WRF模式的設計也支援大量的平行運算功能，讓使用者 可以縮短模擬時間，爭取時效，進而建立線上即時預報系統。另外WRF亦包含 了真實經緯網格地形，主要為全球30秒(0.9 km)地形資料，再經由內插至模式網 格之中。垂直座標採用追隨地勢靜力氣壓座標，即η座標，又稱為質量垂直座標，

並由數個不同的理想化程式組成，其中包含真實資料的模擬、數值內插程式…

等，主要特性有：

1.採用完全可壓縮非靜力方程及靜力選項。

2.完整的科氏力及曲率項。

3.支援one-way、two-way nesting。

4.四種積雲參數化法模組，用來處理次網格尺度對流及淺層雲的影響，並描述由 於無法解析的上升、下降氣流及雲外的補償作用的垂直通量，提供氣柱上雲和降 雨的趨勢。在理論上，積雲參數化法只適用於解析度大於10 km的網格上。

5.七種微物理參數化法模組，用來明確的處理水氣、雨、雪、雲冰、雲水、過冷 水及霰等水相產生、消散及混合過程。

6.三種邊界層參數化法(Yonsi University scheme、Mellor-Yamada-Janjic scheme及 MRF scheme)，由混合完全的邊界層及穩定層來決定通量剖面，並以此提供整個 大氣氣柱的溫度、濕度及水平動量的趨勢。

7.四種短波輻射(Dudhia scheme、Goddard shortwave、GFDL shortwave及CAM scheme)、三種長波輻射(RRTM scheme、GFDL scheme及CAM scheme)。

8.三種地表過程(5-layer thermal diffusion、Noah LSM 及RUC scheme)。

9.二種擴散方式(Simple diffusion及Full diffusion)。

以上均可供研究或預報作業使用者依自身研究需求，調整、組合模式參數化 法內容，經由各參數化法間的相互作用，進而模擬或預報複合天氣尺度的複雜天 氣系統。亦為WRF模式最主要的核心部分。後處理繪圖工具(Post-processing graphics tools)，則以RIP4、GrADS為主，WRF模式系統流程圖可參考圖3-10所示。

圖3-10. WRF 模式系統流程圖

3-5.2 台灣地區氣象數值模擬

本研究的主要目的是將全球網格分布的分析場資料，透過數值模式的物理 運算過程，獲得台灣地區高解析度的氣象資料，提供所需的預測。實驗設計可區 分為：

1. 模式使用之初始場資料：採用美國國家環境預報中心（NCEP）所公開的 6 小時的FNL全球分析場資料(1°×1°解析度)，提供WRF模式模擬時的基本場及 邊界場資料，透過降尺度方式，獲得高解析之氣象因子。

2. 模 擬 空 間 及 時 間 設 計 ： 模 式 模 擬 範 圍 為 台 灣 地 區 （ 118.0°E-124.0°E ，

20.5°N-26.5°N），水平網格解析度為 5km，網格點數為 261×274。垂直座標為

圖3-11 WRF數值模擬CDH26分佈圖（℃.hr，模擬期間 2006 年）

圖3-12 WRF 數值模擬溫度高於 26℃小時數分佈圖（hr，2006 年）

圖3-13 WRF數值模擬CDH28分佈圖（℃.hr，模擬期間 2006 年）

圖3-14 WRF 數值模擬溫度高於 28℃小時數分佈圖（hr，2006 年）

圖3-15 WRF數值模擬CDH30分佈圖（℃.hr，模擬期間 2006 年）

圖3-16 WRF 數值模擬溫度高於 30℃小時數分佈圖（hr，2006 年）

圖3-17 WRF數值模擬HDH18分佈圖（℃.hr，模擬期間 2006 年）

圖3-18 WRF 數值模擬溫度低於 18℃小時數分佈圖（hr，2006 年）