災變天氣資料庫資應用— 以大陸沙塵暴對台灣空氣品質之
影響為例
曾鴻陽
1蕭玲鳳
2朱良斌
31. 中國文化大學大氣科學系
2. 中國文化大學地學研究所博士班
3. 中國文化大學地學研究所大氣組碩士班
摘要：
台灣地區因氣象因素所導致可推估的損失達 新台幣 160 億元/年，因此國內各大學及研究單 位不遺餘力地投入相關研究。其中台灣地區災 害天氣資料庫之建立，為從事災害天氣發生原 因分析研究的基本素材。本文即在說明此一個 專屬於台灣災害天氣的網站式資料庫之建立 及其架構，並以造成台灣地區空氣品質劣化的 個案為例，說明如何利用此資料庫進行個案挑 選與隨後的分析應用研究。 中文關鍵字：災變天氣、資料庫、沙塵暴一、前言
台灣地區因所處自然地理環境之故，天 然災害時有發生。統計資料顯示每年因氣象條 件所導致的直、間接損失達新台幣 160 億元， 相當於國民生產總毛額的 0.42%，不僅對生命 財產構成嚴重威脅，也對經濟發展形成重大衝 擊。因此國內各大學及研究單位就積極投入防 災相關方面的研究，同時國家型防災計劃也投 資了相當大的人力、財力及物力支持相關的減 災、防災研究計畫。有系統的整合防災研究成 果，將其落實於實際防災工作體系雖致為關 鍵，然加強與防災相關的基礎研究為其最根本 的基石之一。台灣地區災害天氣資料庫之建 立，即為從事災害天氣發生原因分析研究的基 本素材。 目前國內對這些災害天氣系統已有相當 多的研究，且對災害天氣相關氣象資料庫之整 合也具成效。如防災國家型中心的颱風資料庫 （李，2001）、大氣研究資料庫（周，2001） 等。防災國家型中心的颱風資料庫以收集整理 西北太平洋颱風的歷史資料及侵台颱風資料 為主，內容包括綜觀分析圖、衛星雲圖、雷達 圖、颱風路徑、災情--等，為查詢、研究颱風 的重資料庫。大氣研究資料庫則以收集世界各 國及我國天氣、氣候研究相關之氣象資料為 主，包含世界上現行各種數值及再分析的網格 資料及傳統、非傳統觀測資料為主，資料庫內 容並不僅限於區域性資料，實則已函蓋了全球 大氣、海洋資料延擱，為從事大氣科學研究的 重要參考資料來源。隨著經濟發展與社會變 遷，人們除關心傳統的颱風、豪雨、乾旱、寒 潮等災害天氣外，也對於局部性的天氣現象 （如龍捲風、雷雨、塵暴、突變強風等）或無 立即之實質災害損失，卻對生活環境、健康形 成危害而與天氣有關之事件投的關注，亦日趨 增強。亦即人們關注的焦點已由區域性擴展至 局地性的天然災害，也由立即性、有形的危害 延伸至長期性、無形性與對環境的潛在性危 害，類似後者之延伸性災害事件形成原因就非 完全由大氣因素所決定。因此，一個專屬收集 發生於台灣地區之災害天氣資料庫的建立，將 可提供對此議題有興趣或研究者更方便取得 資料的捷徑。本文將以大陸沙塵暴影響台灣地 區空氣品質個案說明如何使用台灣地區災害 資料庫資料。二、台灣地區災害資料庫簡介
（一）台灣地區災害天氣資料庫所使用之原始 資料如表一所示。 表一 台灣地區災害天氣資料庫所使用之原 始資料 資料名稱 資料年代 EC/Advanced Data 1995~2000 東亞天氣圖集（日本） 1991~2000 中央氣象局天氣圖 1995~2000 衛星雲圖 1995~2000 大陸東南沿海及台灣地區探 空資料(11 站) 1997~2000 台灣地區自動雨量站資料(330 站) 1991~2000 台灣地區天氣一覽圖 1997~2000 台灣地區環境品質監測資料 1993~2000 （二）料庫結構：依形成災害天氣的種類分為 颱風、豪雨、空氣污染及其他等。其中颱 風細分為直接侵颱、熱帶低壓及東北季風 共伴。豪雨則分為鋒面型、東北季風型、 梅雨型及西南季風型（圖一）。 （三）資料之呈現：資料的呈現分為一般使用 型及研究使用型兩種。一般型提供一般大 眾使用參考，內容包括災害天氣之災情簡 介災害天氣圖特徵概述衛星雲圖；研究使 用型提供研究者進一步分析之原始資料 （圖二）。 圖一 災害天氣資料庫結構災害天氣資料庫
東北季風
鋒面
梅
西南氣流
雨
豪雨
空氣污質
沙塵暴
其它
突變強風
龍捲風
焚風
颱風
東北季風共伴
熱帶低壓
直接侵襲
低能見度
寒害
圖二 災害天氣資料庫資料內容
三、災害天氣資料庫內容簡介— 以沙
塵暴對台灣空氣品質之影響為例
（一）沙塵暴對台灣空氣品質影響之背景 造成台灣空氣品質指標(PSI)大於100之 空氣污染劣化事件的污染物以懸浮微粒PM10 及臭氧為主。其中PM10的污染源除來自台灣 地區本身外，亦有經長程輸送到達台灣地區 者，其主要的沙塵源區為大陸的幾個主要沙 漠、戈壁、以及黃土高原。大陸北部地區產生 的沙塵主要輸送路徑有兩條：向東輸送以及向 東南輸送，而黃沙只有沿第二條輸送通道並且 強度足夠大才會對臺灣的空氣品質造成重大 影響。 自從環保署建立空氣品質監測網後，觀 測到越來越多的沙塵係經長程輸送到臺灣，而 導致臺灣地區發生大規模的空氣污染事件，因 此，對此現象的研究逐漸被重視重視並已獲得 一些成果（李，1998；余等，1996；劉等，2000）。 由台灣地區災害天氣資料庫中得知2000年3月 至4月，大陸地區共出現了10次大範圍的揚 沙、沙塵暴或浮塵天氣（蕭等，2001），與常 年同期相比，沙塵暴天氣時間之早、頻率之 高、範圍之廣、強度之大均為歷年同期所罕 見，PSI大於100的站日數3月份超過312站日， 4月? 156站日，遠遠高於常年。本文以3月份 最嚴重、影響範圍最廣的3月27、28、29日的 個案為例進行應用分析。 （二）沙塵暴資料庫之個案基本資料 1.概述：3 月下旬，大陸北方接二連三的發生 大沙塵暴，3 月 22 日至 23 日，西北地區東 部、華北中部及北部、遼寧北部出現的揚 沙、沙塵暴和黃沙伴隨低壓和鋒面向東及東 南移動，隨後受高壓系統的下沈運動使得高 層空氣中的懸浮微粒沈降至地面，台灣北部 的懸浮微粒超過 280 mg/m3。災害天氣資料庫
一般資料
災害天氣概述
災害損失
基本氣象要素統計
地面及高空天氣圖
衛星雲圖
探空曲線圖
研究資料
NCEP、EC 網格資料
逐時(或 10 分鐘)降水資
天氣一覽圖
空氣品質逐時監測資料
2.基本統計資料：圖三為 2000 年 3 月萬里、 觀音、頭份、楠梓測站觀測平均的懸浮微粒 濃度之時序分佈。可以看出，沙塵伴隨大陸 沙塵暴的爆發多次輸送到台灣。台灣北部、 中部和南部懸浮微粒濃度均超過 150μ g/m3 。圖四為台灣地區 8 個空氣品質區 2000.3.26— 2000.3.29PM10 值 大 於 150μ g/m3 (PSI>100)之分佈情形。 3.天氣圖概述：資料庫收集之中央氣象局的地 面天氣圖（圖五）可見 29 日高壓勢力範圍 偏南，且環流的範圍也廣，加以高壓前緣的 鋒面在 29 日勢力較強、移動速度緩慢。此 類天氣型態使沙塵易於往東南輸送，台灣在 高壓控制影響下，高層空氣中的懸浮微粒可 經由於高壓系統伴隨之下沈運動而沈降至 地面。850hPa 分析圖中得知台灣附近皆為 西風至西北風，有利於沙塵的輸送。整層垂 直分析可知， 29 日地面大陸高壓以及低壓 槽垂直發展使得台灣附近為西北風到高層 為西風，導致沙塵東南方向輸送，且至台灣 沙塵粒子較大。 4.沙塵移動路徑由衛星資料所得之沙塵移動 路徑如圖六所示。 圖三 2000 年 3 月萬里、觀音、頭份、楠梓測站觀測平均懸浮微粒濃度時序分佈。 0 50 100 150 200 250 0301 0303 0305 0307 0309 0311 0313 0315 0317 0319 0321 0323 0325 0327 0329 0331 萬里 觀音 楠梓 頭份
2000 年 3 月 26 日 2000 年 3 月 27 日 2000 年 3 月 28 日 2000 年 3 月 29 日 圖四 台灣地區 8 個空氣品質 區 2000.3.26— 2000.3.29PM10 值大於 150μg/m3 (PSI>100)之 分佈。 圖五 2000 年 3 月 29 日 0000Z 地面天 氣圖。
圖六 衛星資料 (TOMS)所得 2000 年 3 月 27~30 日之沙塵暴分佈。
四、應用災害資料庫資料模擬結果
為瞭解大陸地區沙塵暴長程輸送過程， 採用MM5驅動黃沙輸送模式針對影響台灣地 區沙塵暴個案進行模式的敏感度測試，評估沙 塵暴對空氣品質之影響 圖七為模擬之台灣北部、中部和南部 3 月份近地面黃沙濃度時間序列分佈。可以看出 3 月總共有 5 次黃沙輸送過程對台灣的空氣品 質產生影響，分別為 6-11 日、16-18 日、19-20 日、23-26 日、28-30 日。其中以三月下旬的兩 次最明顯，與圖 4.6.1 之實際觀測數據比較， 可以看出模式可以較好的預報黃沙的到達時 間，但是對於濃度值的預報，仍舊存在一定的 偏差而其中 21-27 日的沙塵對台灣地區的影響 很大。 圖八為模式模擬的2000年3月27-30日近 地面黃沙濃度分佈。3月27日至28日，西北地 區東部、華北、東北南部、黃淮、江淮出現大
範圍揚沙和浮塵，甘肅中西部、寧夏、陝西、 內蒙古中西部出現沙塵暴，導致29－30日台灣 南部的懸浮微粒濃度超過200μg/m3。 與圖六衛星資料所得之分佈範圍及路徑 比較，可以清楚表明沙塵從北部輸送到臺灣， 而模擬的黃沙分佈和觀測有非常好的一致。模 式的模擬結果顯示其預報沙塵到達的可靠能 力，也證明春季大陸沙塵的確可以嚴重的影響 台灣地區的空氣品質。 圖七 模擬之台灣北部、中部和南部 3 月份近地面黃沙濃度時間序列分 佈。 圖八 2000 年 3 月 27-30 日東亞地區近地面黃沙濃度(µg/m3)模擬結果
