不同梅雨鋒面走向與移速對臺灣北部地區降雨影響之理想模擬研究

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(1)國立臺灣師範大學地球科學研究所碩士論文 Graduate Institute of Earth Science College of Science National Taiwan Normal University Master Thesis. 指導教授：王重傑博士 Advisors：Chung- Chieh Wang, Ph.D. 不同梅雨鋒面走向與移速對臺灣北部地區降雨影響之理想模擬研究 Idealized Simulation Study on the Impacts of Different Mei-yu Frontal Orientation and Moving Speed on Rainfall in Northern Taiwan. 研究生：謝竣安撰 Student：Chun- An Hsieh. 中華民國 108 年 8 月.

(2) 致謝三個寒暑的研究生涯即將劃下句點，依稀還記得報到時的緊張與興奮，時間如白駒過隙般轉眼就過去。一路跌跌撞撞，也只有研究室中熟悉的座位陪著我經歷求學中的點滴，陷入瓶頸時的焦慮、處理數據時的枯燥，到學位考試結束的喜悅，都承載在這屬於我自己的小空間中。很幸運在這段路程中，得到許多的幫助，讓我能夠走到碩士學業的終點。感謝我的指導教授王重傑老師，我深知自己不是十分細心的人，時常在研究時遺漏細節，但是老師總是不厭其煩地提供我協助，也總是以和善的笑容提醒我的錯誤之處。誠摯的感謝王重傑老師，每當我覺得進退維谷的時刻，總是處在我隨時可以諮詢的位置，是我研究路上最強大的靠山。感謝我的口試委員簡芳菁老師與陳泰然老師對於我的研究的肯定，並且提供許多的建議，讓我的研究內容能夠更加完整。感謝天氣與對流實驗室的學長姐智昇學長、鑫澔學長、壁瑜學姊、心怡學姐與怡文學姊，提供我程式撰寫的幫助，也給了我許多研究上的建議。另外，感謝我的同學昭億、常溢還有嘉貞，有你們的陪伴，我才感覺到自己不是孤軍奮戰。最後，我想感謝我的家人，在我求學的期間無條件的支持我。獨自在外求學，每每回到家中都能感受到家人對我的關心，也是我能堅持的動力。還有雅琪，謝謝你在我步入研究生涯時出現，也陪伴著我一起度過三年的研究生活，也希望我們能繼續邁向未來。. 竣安@武陵高中教務處. I.

(3) 摘要每年 5、6 月梅雨季為臺灣重要的降水來源，此期間常受到鋒面影響而出現連續性的降雨，其中不乏有豪大雨個案。然而，不同梅雨鋒面所造成的降雨多寡以及分布不盡相同，而此結果受到許多複雜的因素影響，包括水氣含量、西南氣流、鋒面與地形效應以及中尺度擾動等影響，難以比較釐清單一條件在不同降雨個案的角色。因此，本研究利用理想化模擬的方式簡化複雜的鋒面系統，排除其他因素，探討在真實地形下，不同鋒面走向與移速對臺灣北部降雨的影響。為製作出理想化模擬的初始場，本研究先從分析資料平均得到鋒面前後的大氣垂直狀態，之後藉調整鋒後東北風的風向及風速，設定不同鋒面走向與移速。將東北風 700 hPa 以下的低層風場固定為均勻風場，其中，東北風風向與鋒面走向間維持 45°夾角，意即隨鋒面走向而變化；東北風風速則對應鋒面移速，風速隨鋒面移速加快而增加。之後經由地轉風平衡式與地球大圓距離公式等計算，將東北風與西南風的大氣垂直狀態擴展為三維經緯網格資料。最後合併鋒前西南風場與鋒後東北風場兩個三維資料場得到理想化模擬的初始場，進行理想化模擬實驗。實驗設計 8 種鋒面走向，以角度表示，東西走向為 0°，順鐘向為負，逆鐘向為正，分別為-20°、-10°、0°、10°、20°、30°、40°與 50°。加上 3 種鋒面移速，分別為快（20 km/h）、中（15 km/h）以及慢（10 km/h）的鋒面移速，共 24 種組合，代表不同的鋒面情境。為探討各鋒面模擬結果在臺灣北部的降雨情形，本文藉由實驗模擬結果分析不同鋒面情境下，臺灣北部降雨的強度與空間分布。並選取臺灣北部特定的區域範圍進行空間平均，並且依照實驗模擬結果選取臺灣北部因為梅雨鋒面系統發生降雨的時段，得到實驗的累積雨量、降雨強度以及降雨時間長度，進行臺灣北部降雨分析。. II.

(4) 分析結果顯示在相同鋒面移速的情況下，鋒面的走向越接近 20°與 30°走向，降雨強度越高；鋒面的走向越接近-20°走向，則降雨時間越長，而在相同的鋒面走向情況下，鋒面的移動速度越快則降雨強度越高；而降雨時間長度則減少。臺灣北部累積降雨較多的實驗的可以分為長降雨時間以及強降雨強度兩個類，其中長降雨時間類型較為符合觀測，且有所有實驗中最多的累積雨量。另外本研究也發現，在特定的鋒面走向時，儘管鋒面移速慢，臺灣北部雖可有鋒面通過但是幾乎沒有降雨發生。然而相同的鋒面走向，當鋒面移速提高後，北部又出現降雨，顯示為鋒面走向、東北風強度與北部地形間的非連續交互作用。另外，經由垂直速度與輻散得時序分析，得知 20°與 30°時的上升運動與低層輻合較其他走向更強，有利於對流發展造成更高的降雨強度。關鍵字：梅雨鋒面、理想化模擬、鋒面走向、鋒面移速. III.

(5) 目錄致謝.............................................................................................................................. Ⅰ 摘要.............................................................................................................................. Ⅱ 目錄.............................................................................................................................. Ⅳ 圖表目錄...................................................................................................................... Ⅴ 第一章、前言................................................................................................................ 1 第二章、參考實驗回顧 2.1、綜觀天氣分析 ................................................................................................... 4 2.2、雨量分布 ........................................................................................................... 5 第三章、資料與研究方法 3.1、資料來源 ........................................................................................................... 7 3.2 資料選取與處理方法 ......................................................................................... 7 3.3、模式初始場製作與設計 ................................................................................... 9 3.4、模式簡介 ......................................................................................................... 14 3.5、模式設定 ......................................................................................................... 16 3.6 模擬結果分析方法 ............................................................................................ 17 第四章、分析與討論 4.1、實驗模擬結果 ................................................................................................. 18 4.2、臺灣北部鋒面降雨時間選取 ......................................................................... 25 4.3、臺灣北部鋒面降雨分析 ................................................................................. 28 第五章、結論.............................................................................................................. 38 參考文獻...................................................................................................................... 40 圖表.............................................................................................................................. 42. IV.

(6) 圖表目錄表 3.3.1. 鋒面走向與鋒面移速設定。8 種鋒面走向（Angle）與 3 種鋒面移速. （Speed），共 24 種不同鋒面條件之設定，其中 S0（鋒面走向 0°鋒面移速慢）之設定為最接近分析資料平均的控制實驗（ctrl）。表 3.3.2. 邊界資料設定。不同的鋒面移速所對應的鋒面移速的移動速度. （Moving Speed）東北風風速（Wind Speed）、以及鋒後東北風場增加的重力位高度值（Height Increase）。表 3.5.1 CReSS 模擬基本設定。表 5.1. 臺灣北部降雨實驗模擬結果。填入橘色之實驗為臺灣北部在鋒面通過期. 間的發生較多降雨的實驗。數值為實驗在北部降雨期間累積雨量（mm）。圖 1.1. 各氣壓層之風速。（a）觀測平均結果。（b）最接近觀測平均結果之實驗. Ctrl，即 a 之平滑化結果。紅色為風速，綠色為緯向風 U 風速，藍色為經向風 V 風速。（摘自王，2016）圖 1.2. （a）實驗風速 10 m/s，風向 240°之氣壓（hPa）、風場（m/s）及時雨量. （mm）。（b）實驗之平均 24-h 累積雨量圖。（摘自王，2016）圖 2.1. 中央氣象局 2012 年 6 月 11 至 12 日 0000、0600、1200 及 1800 UTC 之. 地面天氣圖。黑色粗實線為等壓線（間距 4 hPa）。圖 2.2、中央氣象局 2012 年 6 月 11 至 12 日 0000 與 1200 UTC 之 850 hPa 高空天氣圖。黑色等值線為重力位公尺（間距 30 gpm），風標（kts），鋒面或風切線位置（紅色虛線）。圖 2.3. 同圖 2.2，但為 700 hPa 高度的高空天氣圖。. V.

(7) 圖 2.4 6 月 11 日 1400 UTC 至 12 日 0400 UTC 逐時累積雨量（a）-（p）與 6 月 11 日與 12 日（LST）單日累積雨量（q）-（r），色階（mm）。圖 3.2.1 CFSv2 分析資料選取範圍。2012 年 6 月 11 日 00 UTC 到 6 月 12 日 06 UTC 的 1000 hPa 風場，風標（m/s），色階為風速（m/s）。紅色線條為鋒面，綠色方框為鋒後東北風場的選取範圍，橘黃色方框為鋒前西南風場的選取範圍。（a）6 月 11 日 00 UTC 鋒前選取範圍為 119°E-122°E，24°N-27°N，鋒後為 118°E-124°E，28°N-32°N。（b）6 月 11 日 06 UTC 鋒前選取範圍為 119°E121°E，24°N-26.5°N，鋒後為 119°E-126°E，28.5°N-31.5°N。（c）6 月 11 日 12 UTC 鋒前選取範圍為 119°E-121°E，23°N-25°N，鋒後為 120°E-126°E，28°N31.5°N。（d）6 月 11 日 18 UTC 鋒前選取範圍為 118°E-120°E，22°N-24°N，鋒後為 123°E-127°E，29°N-32°N。（e）6 月 12 日 00 UTC 鋒前選取範圍為 118°E120°E，22°N-23.5°N，鋒後為 123°E-128°E，28.5°N-31.5°N。（f）6 月 12 日 06 UTC 鋒前選取範圍為 120°E-122°E，21°N-23°N，鋒後為 118°E-124°E，24°N28.5°N。圖 3.2.2. 分析資料平均結果之各氣壓層高度。（a）鋒後東北風場。（b）鋒前西. 南風場。圖 3.2.3. 分析資料平均結果之各氣壓層溫度與露點溫度。（a）鋒後東北風場。. （b）鋒前西南風場。橘色實線為溫度（℃），綠色實線為露點溫度（℃）。圖 3.2.4. 分析資料平均結果之各氣壓層相對濕度。（a）鋒後東北風場。（b）鋒. 前西南風場。圖 3.2.5. 分析資料平均結果之各氣壓層風速。（a）鋒後東北風場。（b）鋒前西. 南風場。紅色實線為風速（m/s），綠色實線為緯向風風速（m/s），藍色實線為經向風風速（m/s）。. VI.

(8) 圖 3.2.6. 分析資料平均結果之各氣壓層風向。（a）鋒後東北風場。（b）鋒前西. 南風場。圖 3.3.1. 鋒面走向示意圖。虛線為鋒面位置，且由（121°E，27°N）做為所有. 走向的交點，走向由-20°至 50°每 10°產生一個鋒面走向，共 8 種。圖 3.3.2. 鋒面移速示意圖。黑色虛線為鋒面的初始位置，箭頭代表不同的鋒面. 移速，由於不同的鋒面移速到達綠色虛線（鋒面移速慢）、藍色虛線（鋒面移速中）以及紅色虛線（鋒面移速快）三個位置。圖 3.3.3. 均勻低層風場的東北風場垂直狀態。（a）S0 設定之風速。（b）S0 設. 定之風向。（c）F30 設定之風速。（d）F30 設定之風向。紅色實線為風速（m/s），綠色實線為緯向風風速（m/s），藍色實線為經向風風速（m/s），黑色實線為風向（.）。圖 3.3.4. 擴展三維經緯網格場中心點位置。綠色點為東北風場擴展為三維經緯. 網格場時的中心點位置，棕色點為西南風場中心點位置，黃色點為地面初始鋒面的中心點。圖 3.3.5 初始場鋒面立體結構示意圖。藍色區域為東北風場資料範圍，其餘部分則為西南風場資料範圍。紅色實線為地面鋒面位置。藍色箭頭為東北風之風向，東北風風向與鋒面走向夾 45°角。藍色與綠色實線為兩段鋒面斜率，分別為 1/30 與 1/300。圖 3.4.1 CReSS 模式冷雲過程中，各種水相與冰相粒子間轉換之雲微物理過程示意圖。其中 qc, qr, qi, qs 以及 qg 分別為雲水、雨水、雲冰、雪及軟雹之混合比。NUAvi 表澱積核形成（deposition or sorption nucleation）；NUCci 表接觸凍結核形成（contact nucleation）；NUHci 表均質凍結核形成（homogeneous nucleation）；SP 表二次冰晶生成（secondary nucleation of ice crystals）；VD 表水蒸氣之澱積、蒸發及昇華（vapor deposition,. VII.

(9) evaporation and sublimation）；CL 表合併收集（collection）；AG 表凝集（aggregation）；CN 表粒子間轉換（conversation）；ML 表融解（melting）；FR 表凍結（freezing）；SH 表液態水的剝離（shedding of liquid water）。圖 3.5.1. 模式的模擬範圍。模式模擬範圍為 111.24°E-126.72°E，19.01°N-. 30.4°N，紅色區域為使用藍伯特圓錐投影法之模擬區域，綠點為初始地面鋒面的共同中心點（121°E，27°N）。圖 3.6.1 北部降雨分析範圍。（a）北部降雨分析的選取範圍。（b）選取測站範圍，紅色虛線為 25°N 緯線。圖 4.1.1 S0 實驗模擬結果。由初始時間 00 h 開始，每 3 小時的模擬結果，色階為時雨量（mm），風標為 50 m 高度風場（m/s），紫色實線為 50 m 高度之等壓線（hPa），黑色虛線為鋒面。圖 4.1.2. 同圖 4.1.1，但為 M0 實驗模擬結果。. 圖 4.1.3. 同圖 4.1.1，但為 F0 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.4. 同圖 4.1.1，但為 S-10 之實驗模擬結果，時間間隔為 6 小時。. 圖 4.1.5. 同圖 4.1.1，但為 F-10 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.6. 同圖 4.1.1，但為 S10 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.7. 同圖 4.1.1，但為 F10 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.8. 同圖 4.1.1，但為 S20 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.9. 同圖 4.1.1，但為 F20 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.10. 同圖 4.1.1，但為 S20 與 F20 實驗在鋒面通過臺灣北部期間的 50 m. 與 948 m 高度圖。. VIII.

(10) 圖 4.1.11. 同圖 4.1.1，但為 S30 實驗之模擬結果。. 圖 4.1.12. 同圖 4.1.1，但為 F30 實驗之模擬結果。. 圖 4.2.1. 鋒面移速慢時各個實驗的與觀測資料臺灣北部雨量時序圖。縱軸為雨. 量(mm)，橫軸為時間(h)。實驗的雨量為臺灣北部降雨範圍內的時雨量平均值，Obs 為相同範圍內的測站雨量平均。圖 4.2.2. 鋒面移速慢時各個實驗與觀測資料選取的北部降雨時間圖。縱軸為實. 驗代號，橫軸為時間(h)。顏色表示為不同鋒面走向的實驗，部分實驗無北部降雨時間，則以空白表示。圖 4.2.3. 同圖 4.2.1，但為鋒面移速中的實驗。. 圖 4.2.4. 同圖 4.2.2，但為鋒面移速中的實驗。. 圖 4.2.5. 同圖 4.2.1，但為鋒面移速快的實驗。. 圖 4.2.6. 同圖 4.2.2，但為鋒面移速快的實驗。. 圖 4.2.7. 全實驗與觀測資料選取的北部降雨時間圖。縱軸為實驗代號，橫軸為. 時間(h)。相同顏色表示為相同鋒面走向的實驗，部分實驗無北部降雨時間，則以空白表示。圖 4.3.1. 實驗鋒面通過臺灣北部期間累積降雨。色階為雨量（mm），圖中右下. 角標示為鋒面通過臺灣北部的降雨時間。圖 4.3.2. 實驗鋒面通過臺灣北部期間降雨強度。色階為雨量（mm），圖中右下. 角標示為鋒面通過臺灣北部的降雨時間。圖 4.3.3. 鋒面移速慢之實驗累積雨量。橫軸為實驗代號，縱軸為雨量（mm）。. IX.

(11) 圖 4.3.4. 鋒面移速慢之實驗降雨強度與降雨時間長度。橘色直條為實驗降雨強. 度，綠色直條為實驗降雨時間長度，橫軸為實驗代號，縱軸為雨量（mm）與降雨時間長度（h）。圖 4.3.5 同圖 4.3.3，但為鋒面移速中之實驗。圖 4.3.6 同圖 4.3.4，但為鋒面移速中之實驗。圖 4.3.7 同圖 4.3.3，但為鋒面移速快之實驗。圖 4.3.8 同圖 4.3.4，但為鋒面移速快之實驗。圖 4.3.9. 各走向實驗累積降雨、降雨強度與降雨時間長度。藍色直條為累積雨. 量，橘色直條為實驗降雨強度，綠色直條為實驗降雨時間長度，橫軸為實驗代號，縱軸為雨量（mm）與降雨時間長度（h）。圖 4.3.10 3061 m 高度鋒面移速慢之實驗的垂直速度時序。縱坐標為垂直速度（ω），單位為公尺每秒（m/s），橫坐標為時間（h）。圖 4.3.11 5170 m 高度鋒面移速慢之實驗的垂直速度時序。縱坐標為垂直速度（ω），單位為公尺每秒（m/s），橫坐標為時間（h）。圖 4.3.12. 同圖 4.3.10，但為鋒面移速中。. 圖 4.3.13. 圖同 4.3.11，但為鋒面移速中。. 圖 4.3.14. 同圖 4.3.10，但為鋒面移速快。. 圖 4.3.15. 同圖 4.3.11，但為鋒面移速快。. 圖 4.3.16 948 m 高度鋒面移速慢之實驗的輻散時序。縱座標為輻散（105），橫坐標為時間（h）。圖 4.3.17. 同圖 4.3.16，但為鋒面移速中之實驗。. X.

(12) 圖 4.3.18. 同圖 4.3.16，但為鋒面移速快之實驗。. XI.

(13) 第一章、前言梅雨爲東亞之獨特天氣與氣候現象，而梅雨鋒面系統則是華南與臺灣地區 5∼6 月梅雨季造成季節性最大降水之主要天氣系統，此時東亞地區由東北季風轉變為西南季風，西伯利亞冷高壓與太平洋上的副熱帶高壓勢力相當，在兩者的交界處容易形成華南和臺灣地區延伸至日本南端的滯留鋒面，此鋒面系統移動緩慢並且伴隨輻合降水，常造成連續性的降水，此鋒面系統出現的間間，在臺灣和大陸華中地區稱為梅雨季（Chen et al. 2004）。梅雨季做為臺灣初夏主要的降雨來源，過去學界對梅雨鋒面已經有許多研究，Chi and Chen（1989）、Chen et al.（2007）指出梅雨季造成的降水事件常由梅雨鋒面上的中尺度對流系統（mesoscale convective system，簡稱 MCS）造成。而臺灣的地形效應亦為影響梅雨季降雨的重要因素。Wang et al.（2005）也針對在臺灣海峽上發生的線狀對流個案進行分析與模擬，結果顯示西南風與受中央山脈高聳地形阻擋影響產生迎風高壓，所形成的低層離岸氣流較強，造成輻合帶位於臺灣西北部沿岸更上游處，激發線狀對流。Chen et al.（2003）藉由分析 1990 年 6 月 12 至 13 日梅雨鋒面個案，指出鋒面南側容易出現強西南氣流的低層噴流，並且此低層噴流挾帶的對流系統常造成臺灣西南部的降雨事件。上述對梅雨季的相關研究提及中尺度對流系統、臺灣地形效應以及低層噴流等因素，皆是針對個案進行分析，並設法找出強降雨事件之原因。但由於梅雨鋒面複雜的綜觀雨中尺度天氣條件，種種複雜因素無法分離，故真實個案研究不易探討特定條件對梅雨鋒面產生的降與型態之影響。王（2016）使用雲解析模式（Cloud Resolving Storm Simulator，簡稱 CReSS）進行理想化模擬實驗，探討在不同西南氣流的情境下，臺灣中央山脈的地形效應對降雨型態與分布之影響。此研究將 2008 年西南氣流實驗（Southwest Monsoon Experiment，簡稱 SoWMEX）之觀測資料進行平均得到西南風場的弱綜觀垂直大氣環境（圖 1.

(14) 1.1a），將其平滑並將 950 hPa 到 500 hPa 設為均勻西南風（圖 1.1b），之後將資料擴展為三維經緯網格資料進入模式模擬。模式的初始場為均勻的西南風（圖 1.2a，模式初始時間為 22 UTC，圖中 00 UTC 為模式開始 2 小時後，風場並非完全均勻），在模擬之後得到降雨情形（圖 1.2b），並藉由改變風場與濕度條件探討不同西南氣流情境下的降雨情形。此研究藉由模擬結果與夫如數（Froude Number，簡稱 Fr）進行分析。結果顯示，風向 210°偏南風時 Fr 皆小於 0.2，氣流繞山而在背風面輻合，在東部與北部有明顯降水。風向 240°西南風且 Fr 約為 0.4 時，氣流受到中央山脈舉升，中南部山區有劇烈降水，是平均降水最多的情況。風向 270°偏西風時，Fr 約在 0.4 到 0.5 之間，氣流垂直吹向中央山脈，受到地形舉升的現象明顯，降雨主要集中在中南部，並且降水分布有從山坡往山區延伸的趨勢。本研究希望能探討鋒面走向與鋒面移速對臺灣北部降雨的影響，綜觀前人研究，理想化模擬提供了一個可行的方法。參考王（2016）使用的理想化模擬實驗，此研究僅探討單純的西南氣流情境。而本研究加以延伸，將原本的西南風場加上東北風場，組成具有鋒面結構的理想化模擬初始場，藉此探討不同鋒面情境下臺灣北部的降雨情形。另外，利用邊界資料設定鋒面的位置，達成不同的鋒面移速情境。藉由理想化模擬實驗簡化複雜的梅雨鋒面系統，凸顯出鋒面走向與鋒面移速對臺灣北部降雨的影響。. 2.

(15) 研究動機梅雨季時降水具有多樣性與複雜性，其中往往有多項因素交互作用。不同的梅雨鋒面所造成的降雨多寡以及分布不盡相同，由於綜觀天氣系統是許多複雜的因素所組成，難以比較出單一條件對於兩個不同梅雨鋒面的影響，參考前人研究使用的理想化模擬可以將綜觀天氣條件同化，得到除了特定條件之外其餘條件皆相同的兩個梅雨鋒面，從而凸顯出特定條件對於梅雨鋒面降雨的影響，本研究即是建立於理想化模擬的方法之上，希望能夠探討不同的鋒面走向以及移速對於梅雨鋒面在臺灣北部降雨的影響。. 3.

(16) 第二章、參考個案回顧 2012 年六一二水災事件，在 2012 年 6 月 11 日晚間於北部地區發生劇烈降水，2000 LST 至 12 日 2000 LST 在桃園、臺北等都會區域降下超大豪雨，24 小時累積最大降水量達 510 毫米。由於降水主要集中在新竹、桃園及台北等人口密度高的區域，此次劇烈降水事件造成都會地區發生淹水情況，災損造成超過兩億元，迫使北部地區在 6 月 12 日放假乙天，為政府實施豪雨假標準以來的首例。此個案造成劇烈的降雨以及重大災損，甚至成為豪雨假的首例，因此選擇此個案為做為本研究的參考個案。本章利用中央氣象局地面、高空（850 與 700 hPa）天氣圖以了解個案發生前後綜觀環境狀況，包含個案的鋒面走向與移速，鋒面的立體結構，另外由中央氣象局自動雨量站的累積降雨資料了解個案在臺灣北部的降雨情形。. 2.1、綜觀天氣分析圖 2.1 為 2012 年 6 月 11 日至 12 日每六小時地面天氣圖。11 日 00 UTC 與 06 UTC 時（圖 2.1a 與 b）劇烈對流發生前 12 小時，圖中顯示東亞地區綜觀環境主要是受到兩個低壓所主導，一低壓位於日本以東約（150°E，38°N），中心氣壓為 996 hPa 向東移行；另一低壓位於（119°E，38°N）華南地區形成且向東移行。梅雨鋒面位於兩低壓系統之間，呈現東西走向，鋒面也呈現滯留的情況，臺灣北方鋒面約位在 27°N，鋒前吹強勁西南風。 11 日 12 UTC 至 12 日 00 UTC（圖 2.1 c-e）梅雨鋒面逐漸靠近臺灣北部外海並於 00 UTC 通過北海岸，鋒面走向轉變為東北東-西南西走向。此段期間在華南地區與臺灣海峽上有對流系統發展，隨鋒面系統移向臺灣，造成北部地區超大豪雨發生，臺灣附近仍有顯著西南風，巴士海峽有超過 30 kts 的西南風出現。12 日 06 UTC 時（圖 2.1f）太平洋高壓脊東退至 150°E，而梅雨鋒面移動稍 4.

(17) 快，向南移至中部地區，此時鋒面走向維持東北東-西南西走向。地面鋒面此時位置大約位於 24°N，由 6 月 11 日 00 UTC 到 6 月 12 日 06 UTC 鋒面約南移 3°，鋒面移速約為 12 km/h；而鋒面走向在 6 月 11 日 00 UTC 為東西走向，到 11 日 12 UTC 接近北海岸時轉變為東北東-西南西走向，維持此鋒面走向到 12 日 06 UTC 鋒面通過北臺灣。圖 2.2 為 2012 年 6 月 11 日至 12 日每 12 小時 850 hPa 高空天氣圖。11 日（圖 2.2a-b）顯示華南地區低壓伴隨低壓槽延伸長江流域。臺灣位於華南低壓東側，在南海地區延伸到臺灣海峽有超過 40 kts 強勁西南風，存在顯著的低層噴流。12 日 00 UTC 時（圖 2.2c）華中低壓出海之後逐漸消失，轉變成由日本南方低壓系統主導，使得鋒面系統機制得以維持。1200 UTC 時（圖 3.2 d）梅雨鋒面通過臺灣，鋒後環境轉吹微弱東北風。圖 2.3 為 2012 年 6 月 11 日至 12 日每 12 小時 700 hPa 高空天氣圖。11 日顯示東亞地區大致上為西南偏西風且大於 20 kts，低層噴流仍然顯著。12 日（圖 3.3c-d）南部地區位於鋒前環境，逐漸轉為偏西風。由高空天氣圖的風切線定義高空鋒面位置，地面鋒面到 850 hPa 高空鋒面再到 700 hPa 高空鋒面，鋒面位置向北方偏移，代表鋒面的立體結構隨高度向北傾斜，有鋒面斜率存在。在地面、850 hPa 以及 700 hPa 高度臺灣附近的鋒前皆有強勁西南氣流，東北風場則較微弱。. 2.2、雨量分布圖 2.4 為 6 月 11 日 1200 UTC 至 12 日 0400 UTC 臺灣地區逐時累積雨量與 6 月 11 日與 12 日（LST）24 小時累積雨量圖。11 日 1300 UTC（圖 2.4b）開始臺灣北部地區因為華南地區激發的對流系出現降水，降水位置主要位於新北與桃園地區沿海。1400-1700 UTC （圖 2.4c-e）時雨量累積高達 90 mm 以上，此為第一波降水，降水隨時間演變強度增強且降水範圍擴大由沿海延伸至都會 5.

(18) 區。1700 UTC（圖 2.4f）降水趨緩，但 1800 UTC 第二波降水開始（圖 2.4 g），可見北部降水範圍逐漸趨向於東西線狀分布橫越桃園、臺北等都會區，且隨時間演變延伸至內陸。2200 UTC（圖 2.4k）降水中心位於新北市與臺北市人口密集都會區，累積時兩量達 70 mm 以上。12 日 0100 UTC（圖 2.4n）隨梅雨鋒面南移，降水分佈也南移至新竹苗栗山區，北部降水減緩，強降水事件結束。從 6 月 11 日與 12 日的 24 小時單日累積雨量來看（2.4k 與 l）北部累積雨量超過 350 mm，屬於超大豪雨事件，降水分佈集中在沿海及都會區，造成當地嚴重水患以及災損。. 6.

(19) 第三章、資料與研究方法 3.1、資料來源本研究使用的資料為美國國家環境預測中心（National Centers for Environmental Prediction，簡稱 NCEP）之 CFSv2（Climate Forecast System Version 2）分析資料。時間由 2012 年 6 月 11 日 00 UTC 到 6 月 12 日 06 UTC 間每六小時 0.5°×0.5°經緯網格，垂直層為 1000 到 30 hPa 共 24 層（1000、 975、950、925、900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、 400、350、300、250、200、150、100、70、50 以及 30 hPa）。所選取的氣象變數有緯向風（u）、經向風（v）、重力位高度（Φ）、溫度（t）以及相對濕度（RH）。由此分析資料經過處理後得到模式的初始場資料，進行理想化模擬。. 3.2、資料選取與處理方法 3.2.1、分析資料的選取方式為了獲得鋒面的綜觀天氣狀態，將梅雨鋒面分為鋒前西南風為主的西南風場以及鋒後東北風為主的東北風場兩個部分，代表鋒面前後的綜觀天氣狀態。東北風場與西南風場的資料由 CFSv2 分析資料中選取，選取區域範圍的方式是由 2012 年 6 月 11 日 00 UTC 到 6 月 12 日 06 UTC 內每 6 小時共 6 個時間的分析資料。以 1000 hPa 的風場定出各個時間的鋒面位置，之後選取鋒前西南風與鋒後東北風在此高度層的風向較為一致並且風速較高區域，所選取的範圍如圖所示（3.2.1）。. 7.

(20) 3.2.2、分析資料處理方式與結果將上述 6 個時間選取的鋒前與鋒後範圍，分別計算出各個高度層（1000 到 30 hPa 共 24 層，1000、975、950、925、900、850、800、750、700、650、 600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、70、50 以及 30 hPa）的緯向風（u）、經向風（v）、重力位高度（Φ）、溫度（t）以及相對濕度（RH）等氣象參數的區域與時間算數平均，獲得鋒前與鋒後的大氣垂直狀態。東北風場與西南風場的大氣垂直狀態，重力位高度（圖 3.2.2）中，東北風場（圖 3.2.2a）在 950 hPa 高度層的重力位高度值為 433.2 m，在 500 hPa 為 5763.4 m。西南風場（圖 3.2.2b）在 950 hPa 為 436.1 m，在 500 hPa 為 5819.4 m。西南風場的綜觀環境相比東北風場的綜觀環境，整體處於南方較北方高壓的狀態，在低層大氣如 950 hPa 高度層，重力位高度相差約 3 m，代表此平均方法能掌握到鋒前與鋒後兩環境的氣壓差異。溫度（圖 3.2.3）部分，東北風場（圖 3.2.3a）在 1000、900、800 以及 500 hPa 高度的溫度分別為 23.8、19.4、 14.7 以及-4 ℃。西南風場（圖 3.2.3b）在相同的高度層中溫度為則為 27.4、 23.2、18 以及-2.5 ℃。在接近地面的 1000 hPa 有將近 4℃的溫度差異，到 500 hPa 高度也維持近似的溫差，反應出鋒前較為溫暖的環境。溫度與露點溫度直到 100 hPa 的高度才出現較大的溫度差距，說明鋒前與鋒後的低層大氣都是處於較為潮濕的環境。相對濕度（圖 3.2.4）在 1000 至 500 hPa 的低層大氣中，東北風場（圖 3.2.4a）在 975 hPa 達到約 90%的相對濕度，隨高度下降，至 600 hPa 之後開始增加，到 500 hPa 時相對濕度為 80.8%，而東北風場低層的相對濕度皆維持在 70%以上。西南風場（圖 3.2.4b）相對濕度變化不大，維持在約 80%左右。整體而言鋒面前後都處於相對濕度高，較為潮濕的環境。風速（圖 3.2.5）部分在東北風場（圖 3.2.5a）中，700 hPa 以下的低層大氣風速變化不大，風速約為 5 至 6 m/s。700 hPa 開始風速隨高度增強，最大的風 8.

(21) 速達到約 35m/s。西南風場（圖 3.2.5b）風速則是由 1000 hPa 的 10 m/s 風速增加到 950 hPa 的 16.8 m/s，之後風速下降到 15 m/s 左右，維持至 500 hPa 高度，西南風場 950 hPa 的低層最大風速能夠反應西南風場存在低層噴流（LLJ）。從低層的風速來看，西南風強盛而東北風相對弱小，兩者存在相當程度的風速差異。風向（圖 3.2.6）部分在東北風場（圖 3.2.6a）中，低層維持約 40°的東北風，隨高度增加開始往北風轉變，850hPa 時轉為北風，850 至 200hPa 由北風往約 250°的西南風變化。西南風場（圖 3.2.6b）風向在 1000 至 300 hPa 皆保持在 250°左右，低層大氣皆為西南風。經由上述的結果，可以得知東北風場與西南風場的弱綜觀天氣環境，為了合乎使用此兩個環境代表鋒面前後環境的目的，在此處多是參考低層大氣是否符合鋒後東北風環境與鋒前西南風環境的特徵。東北風場與西南風場低層皆符合其代表之風向，西南風強東北風弱，並且兩者風速垂直變化平滑，顯示此平均方法能代表其弱綜觀的天氣狀態。另外，兩者在低層有氣壓以及溫度差異，並且皆處於較為潮濕的環境。. 3.3、模式初始場製作與設計本研究希望能探討鋒面走向與鋒面移速對於臺灣北部降雨的影響，在鋒面的走向部分，將臺灣附近的鋒面系統拆解成鋒後的東北風環境場與鋒前的西南風環境場，而此兩個環境場的交界處即為鋒面位置。經由設定不同範圍的東北風場資料，其餘部分填入西南風場資料，可以得到特定走向的初始鋒面。隨鋒面走向的變化，鋒後東北風場的風向也隨之變化，東北風鋒向與鋒面走向保持一定的 45°夾角。鋒面移速是受到鋒後東北風場低層的東北風風速影響，當鋒後的東北風風速越強，鋒面移速就越快。上述的設定中，靠著改變鋒後東北風的風向與風速來設定鋒面走向與鋒面移速，而西南風場則是不隨鋒面走向與鋒面移速而改變，保持均勻且恆穩的狀態。. 9.

(22) 本研究總共設計了 8 種鋒面走向-20°到 50 每 10°產生一個鋒面走向，以角度表示，東西走向為 0°，順鐘向為負，逆鐘向為正。加上 3 種鋒面的移動速度（快、中以及慢），如表 3.3.1 所示，共有 24 種初始鋒面設定。鋒面走向設定的示意圖請見圖 3.3.1，圖中的鋒面皆為地面鋒面，由共同的中心點（121°E， 27°N）延伸出 8 種不同的鋒面走向，分別為-20°、-10°、0°、10°、20°、30°、 40°以及 50°，鋒後東北風風向隨之改變，對應的風向為 65°、55°、45°、35°、 25°、15°、5°、-5°以及-15°。而鋒面移速設定的示意圖請見圖 3.3.2，三個箭頭分別表示快、中以及慢的鋒面移速，與之對應的鋒後東北風風速為 14 m/s、 10.6 m/s 以及 7 m/s，其中鋒面移速的方向垂直鋒面走向。從上述的鋒面設定條件，對比分析資料平均得出的弱綜觀環境，東北風場的分析資料平均，低層的風向約為 40°，風速約為 6 m/s，最為接近的是鋒面走向 0°且鋒面移速慢的設定，其風向為 45°，風速為 7 m/s，因此將此設定的實驗做為控制實驗。為方便閱讀，之後將以英文字母 F（代表鋒面移速快）、M（代表鋒面移速中）以及 S（代表鋒面移速慢）加上鋒面走向之角度的數字部分作為實驗之代號，如控制實驗為 S0，代表鋒面走向 0°並且鋒面移速慢之設定。. 3.3.1、東北風場處理方式為設定本研究的鋒面條件，利用東北風場的風向以及風速來設定鋒面走向與鋒面移速，而其中低層的東北風場是形成鋒面結構的主要部分，並且為了簡化此風場的複雜度，將 1000 至 700 hPa 的低層東北風場設定為固定的風向以及風速得均勻封場。設定的方式為調整緯向風（u）與經向風（v）的大小以得到需要的風向與風速值。圖 3.3.3 為均一化處理完成的東北風場風速和風向的垂直狀態，圖 3.3.3a 中為 S0 設定，意即鋒面走向為 0°（東西走向），其中設定 700 hPa 以下的低層大氣中的緯向風為-5 m/s（東風）而經向風亦為-5 m/s（北風）， 10.

(23) 得到風速約為 7m/s 均勻風場。而圖 3.3.3b 中 700 hPa 以下的低層風向為 45°均一風向，亦是由緯向風與經向風的設定得到。前文提及鋒面走向與風向固定的 45°夾角此時便是由 0°走向的鋒面與風向 45°的東北風所交角而成。而當鋒面條件設定改變，如圖 3.3.3c 與圖 3.3.3d 所示，此設定為 F30，風速提升至 14 m/s。除風速增加外，因為鋒面走向的變化，風向和 0°的風向相比亦轉動了 30°，變為 15°，以保持風向和鋒面走向的固定 45°夾角，此時緯向風為-3.66 m/s，經向風為-13.66 m/s。經由上述的處理過後，能夠得到風向與風速均一化，而其他條件，重力位高度（Φ）、溫度（t）以及相對濕度（RH）依然為分析資料平均的東北風場。. 3.3.2、三維經緯網格場的製作經過先前的資料處理，此時可以得到兩種資料，其一為由分析資料平均得到的西南風場資料，二為均勻的東北場。此時的兩個環境場皆為垂直大氣狀態，由 1000 至 30 hPa 共 24 層。包含有緯向風（u）、經向風（v）、重力位高度（Φ）、溫度（t）以及相對濕度（RH）等氣象變數，之後利用下列方程式將兩個環境的大氣垂直狀態擴展為三維的經緯網格場： 1. 使用地轉風平衡式： ⃗⃗⃗ 𝑉𝑔 ＝ −. 1 𝜕Φ ∙ 𝑓 𝜕𝑛. 科式參數𝑓 = 2 ∙ Ω ∙ sin 𝜙 重力位高度 Φ = g ∙ Z ⃗⃗⃗𝑔 為地轉風（m/s），地球自轉角速度Ω＝7.292 × 10−5 （rad/s），𝜙為其中，𝑉 𝜕Φ. 緯度（°），. 𝜕𝑛. 為垂直於地轉風方向之單位重力位高度梯度，重力加速度g =. 11.

(24) 9.80665（m/s2），Z為高度（m）。求得各實驗初始場中心點的邊界層以上之單 𝜕Φ. 位重力位高度梯度 𝜕𝑛 。 2. 使用地球大圓距離公式： D = R ∙ Δσ Δσ = cos −1 [sin(𝜙1 ) × sin(𝜙2 ) + cos(𝜙1 ) × cos(𝜙2 ) × cos(|𝜆1 − 𝜆2 |)] 其中，D為地球上二點的大圓距離（m），地球半徑R = 6371000（m），二點的經度及緯度分別為（𝜆1 ，𝜙1 ）與（𝜆2 ，𝜙2 ），Δσ為二點相差的弧度（rad）。求得各網格點與中心點之大圓距離（m）。 3. 使用下方數學式：. ∆Φ = D ∙. 𝜕Φ 𝜕𝑛. 計算二點間的重力位高度差，進而求得等壓面上的每個格點之高度值。另外，在邊界層中，因地表摩擦力作用，使得風速較中高層大氣為小，而風向則向右偏轉，並橫跨等高線。經由以上方法製成的三維經緯網格初始場資料，其同一氣壓層的每個網格點之緯向風 U、經向風 V、氣壓 P、氣溫 T 及相對濕度 RH 皆與中心點相同。高度 H 部分則由風之右側向左側減少，即地轉風之右側為高壓，左側為低壓。兩個環境場的資料都經過以上方法處理，不同的是擴展成三維經緯網格場時所使用的中心點位置（圖 3.3.4），東北風場的中心點位於（121°E，30°N）。西南風場中心點位於（121°E，24°N）。地面初始鋒面的中心點位於（121°E， 27°N），即為所有走向的地面鋒面中心點。經由中心點的位置選取，讓東北風場與西南風場擴展成三維經緯網格場時的中心點位置與初始鋒面中心點連成一線並且位於鋒面前後約 300 公里，在空間分布上更為符合實際的鋒面結構。 12.

(25) 3.3.3、初始場鋒面結構初始場的立體結構見圖 3.3.5，藍色區域為東北風場的資料範圍，其餘部分皆為西南風場資料。紅色實線為地面鋒面的位置，藍色箭頭為東北風的風向，可見此示意圖的鋒面走向為 0°（東西走向），東北風風向為 45°，符合鋒面走向與東北風風向夾 45°角的設定。為符合鋒面傾斜的立體構造，東北風場的立體結構呈現類似斜坡的立體構造，向北方傾斜，具有兩段斜率，在 1000 到 800 hPa 的斜率為 1/30，800 到 700 hPa 的斜率為 1/300，此處的鋒面斜率由 2012 年 6 月 11 日 00 UTC 到 6 月 12 日 06 UTC 的分析資料鋒面垂直剖面計算而出的大概數值。在 700 hPa 以上的高度則無東北風場資料，無斜率存在。需要注意的是，東北風場的傾斜是向垂直鋒面走向的方向傾斜，此示意圖中的鋒面為 0°走向（東西走向），因此東北風場向北方傾斜。若是鋒面的走向改變，則東北風場的傾斜方向也隨鋒面走向的改變而變化，始終垂直於鋒面走向。合併完成的初始場，東北風場的資料範圍僅在鋒後低層斜坡形狀區域，並且此區域內的東北風風向與風速皆為均勻的風場。在低層鋒前與 700 hPa 以上的高層大氣則全部為西南風場資料。東北風場往鋒後垂直鋒面走向的方向傾斜，形成具有立體鋒面結構的初始場。. 3.3.4、邊界資料設定在初始場設定中，已經完成鋒面走向的設定，而鋒面移速，需要利用邊界資料進行設定。邊界資料的製作方式和初始場相同，製作出的邊界資料與初始場的差異在於邊界資料的東北風場範圍隨模擬時間往鋒前方向前進，意即鋒面位置隨時間前進。並且邊界資料也保持初始場鋒面的立體結構，藉由每 3 小時一筆的邊界資料，其中的鋒面位置來設定鋒面移速。前文所述共有 3 中不同的鋒面移速，分別為快、中以及慢，表 3.3.2 為此 3 種鋒面移速設定下所對應的東北風風速、邊界資料設定的實際鋒面移速數值以及鋒後東北風場隨時間增加的 13.

(26) 重力位高度值。當鋒後東北風的風速越高則鋒面的移速越快，因此每次輸入的邊界資料中的鋒面位置也對應風速有不同的移動距離，另外為了模擬出鋒面移動時北方高壓逐漸增強的情形，邊界資料的東北風場也隨著時間增加重力位高度。西南風場則無變動，重力位高度的增加隨邊界資料輸入增加，由表中可見，鋒面移速快的移速為鋒面移速慢的 2 倍，鋒面移速中的移速為鋒面移速慢的 1.5 倍，東北風風速與鋒後增加的重力位高度值也是依照這樣的比例增加。. 3.4、模式簡介本研究使用的模式是由日本名古屋大學地球水循環研究中心（Hydrosphere Atmosphere Research Center，簡稱 HyARC）所發展的雲解析模式（Cloud Resolving Storm Simulator，簡稱 CReSS）。 CReSS 模式（2.3.4 版），採用非靜力、完全可壓縮之方程式系統，亦包含地面輻射參數化及地溫預報模式；對於雲中的微物理過程，本模式完全採用外顯之雲微物理計算，共有暖雲及冷雲兩種總體過程可供選用，且無任何積雲參數化方法；邊界層亂流參數化方法有 1 及 1.5 階閉合可選用，而後者包含渦流動能（Turbulence Kinetic Energy，簡稱 TKE）之計算；變數配置在水平向為 Arakara-C，垂直向為 Lorenz 交錯網格；水平座標為卡式坐標（Cartesian coordinate）；垂直坐標為以高度為基礎的追隨地勢坐標（terrain-following curvilinear coordinate，ζ），定義為： ζ(x, y, z) =. zt [ z − zs (x, y)] zt − zs (x, y). 其中，zs (x, y)為地表高度，zt 為模式頂高度。在模式中使用的方程式包含靜力方程式、狀態方程式、運動方程式、氣壓方程式、位溫方程式、水氣與滿足混合比方程式等。各方程式如下： 1. 靜力方程式：. 14.

(27) ∂p̅ = −ρ̅g ∂z 其中，p = p̅ + p, ，ρ = ρ̅ + ρ, ，g為重力加速度（m s -2 ）。 2. 狀態方程式： ρ=. p qv (1 − ) (1 + q v + ∑q x ) RdT ε + qv. 其中，T 為溫度（K），ε為水氣與乾空氣之分子量比（0.622），R d 為乾空氣之氣體常數（287.05 J kg -1 K -1 ），q v 為水氣，q x 為各種水相、冰相粒子之混合比。 3. 運動方程式： ∂ρ̅𝓊 ∂𝓊 ∂𝓊 ∂𝓊 ∂p, )− = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 +𝓌 + ρ̅(fs 𝓋 − fc 𝓌) + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝓊 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂𝓍 ∂ρ̅𝓋 ∂𝓋 ∂𝓋 ∂𝓋 ∂p, )− = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 +𝓌 − fs ρ̅𝓊 + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝓋 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂𝓎 ∂ρ̅𝓌 ∂𝓌 ∂𝓌 ∂𝓌 ∂p, )− = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 +𝓌 − ρ̅𝐵𝑢𝑜𝑦. 𝓌 + fc 𝓊 + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝓌 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂𝓏 其中，fs 、fc 為科氏參數（fs = 2Ω sin ϕ、fc = 2Ω cos ϕ，ϕ為緯度，Ω為地球自轉角速度，Ω = 7.292 × 10−5 rad s−1 ），𝑇𝑢𝑟𝑏.與𝐵𝑢𝑜𝑦. 𝓌則分別表示亂流混合作用與浮力項。 4. 氣壓方程式： ∂p, ∂p, ∂p, ∂p, ∂𝓊 ∂𝓋 ∂𝓌 ) + ρ̅g𝓌 − ρ̅𝒸s 2 ( ) = − (𝓊 +𝓋 +𝓌 + + ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 + ρ̅𝒸s 2 (. 1 dθ 1 d𝒬 ) − θ d𝓉 𝒬 d𝓉. 其中，𝒸s 為大氣中的聲速，q = 1 + 0.61q v + ∑q x 。 5. 位溫方程式： ∂ρ̅θ, ∂θ, ∂θ, ∂θ, ∂θ̅ = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 + 𝓌 ) − ρ̅𝓌 + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝜃 + ρ̅𝑆𝑟𝑐. 𝜃 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂𝓏 其中，𝑆𝑟𝑐.表示非絕熱作用之源與匯（加熱與冷卻）。 6. 水氣與滿足混合比方程式： 15.

(28) ∂ρ̅q v ∂q v ∂q v ∂q v ) + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝑞𝑣 + ρ̅𝑆𝑟𝑐. 𝑞𝑣 = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 +𝓌 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 ∂ρ̅q x ∂q x ∂q x ∂q x ) + 𝑇𝑢𝑟𝑏. 𝑞𝑥 + ρ̅𝑆𝑟𝑐. 𝑞𝑥 + ρ̅𝐹𝑎𝑙𝑙. 𝑞𝑥 = −ρ̅ (𝓊 +𝓋 +𝓌 ∂𝓉 ∂𝓍 ∂𝓎 ∂𝓏 其中，q x 代表雲水（q c ）、雨水（q r ）、雲冰（q i ）、雪（q s ）及軟雹（q g ）中任一種類之混合比。𝑆𝑟𝑐.、𝑇𝑢𝑟𝑏.及𝐹𝑎𝑙𝑙.分別代表雲物理過程之源與匯、亂流混合作用及降雨造成的時間變率。雲物理現象的雲微物理相關轉換過程（冷雲過程）於圖 3.4.1。. 3.5、模式設定本研究的模擬設定見表 3.5.1，水平網格間距為 2 km，平均垂直網格間距為 400 m，三維網格點數及模擬範圍（圖 3.5.1）分別為 720 x 600 x 50 點及 1440 x 1200 x 20 km。投影方式為藍伯特圓錐投影法（Lambert Conformal Projection）；雲微物理過成為冷雲過程；邊界層紊流參數化方法選用 1.5 皆閉合，並包含渦流動能計算。初始場由分析資料處理所得，水平解析度為 0.25°x 0.25°，垂直層為 1000 到 30 hPa 共 24 層（1000、975、950、925、900、850、800、750、700、650、 600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、70、50 以及 30 hPa），邊界資料為除鋒面位置之外與初始場設定相同，每 3 小時一筆。海表面溫度（SST）資料使用 NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset，解析度為 0.25°x 0.25°經緯網格，2012 年 6 月 11 日至 6 月 12 日的平均海溫，邊界資料的海溫不隨時間變化。地形資料來源為 WRF Preprocessing System Geographical Input Data，解析度為 1⁄120° × 1⁄120°。時間積分大步距為 3.0 秒，小步距為 1.0 秒，每 1 小時輸出 1 筆模擬結果。模擬初始時間為 2012 年 6 月 11 日 00 UTC，初始鋒面的中心點為（121°E，27°N），此時觀測的地面鋒面為東西走向，接近 27°N，與初始的地面 16.

(29) 鋒面位置接近，因此使用此初始時間。模擬時間分別有 72、60、48 以及 36 小時，模擬時間的判斷依據為，當邊界資料的鋒面位置完全通過臺灣或是鋒面位置已經處於模擬範圍以外時，模擬即停止。由於不同鋒面條件的設定下，鋒面由初始位置到全通過臺灣或超出模擬範圍的時間不盡相同，因此定出不同的模擬時間長度。. 3.6 模擬結果分析方法本研究共有 24 個實驗模擬結果，選取其中在北部降雨較多或是降雨差異較大的實驗，共選取 S0、M0、F0、S-10、F-10、S10、F10、S20、F20、S30 以及 F30 等 11 個實驗。分析實驗在鋒面通過臺灣北部時的降雨分布、鋒面雨帶、鋒面走向、降雨時間長度與降雨發生時間。為分析鋒面對臺灣北部的降雨，選取 121°E-122°E，25°N-25.3°N 區域（圖 3.6.1a），將模擬結果的降雨進行區域平均，代表臺灣北部的降雨程度。時間的選取則依照不同實驗的模擬結果，挑選鋒面通過臺灣北部並且造成降雨的時段，計算出鋒面對臺灣北部造成的累積雨量與降雨強度。對比測站的觀測資料（3.6.1b），選取的測站範圍為 25°N 以北的測站，探討不同鋒面條件設定下 24 個實驗對北部降雨的影響。另外，藉由垂直速度與輻散在北部區域的時序變化，討論其降雨分布情形的原因。. 17.

(30) 第四章、分析與討論 4.1、實驗模擬結果本研究共有 24 個模擬結果，本節將挑選出 S0、M0、F0、S-10、F-10、 S10、F10、S20、F20、S30 以及 F30 等 11 個實驗的模擬結果，探討其中鋒面的走向變化、鋒面移動以及鋒面對臺灣造成的降雨情形。. S0 實驗 S0 實驗為風場條件設定最為接近分析資料平均的控制實驗，鋒面走向設定為 0°，鋒面移速慢（10 km/h），模擬時間長度為 72 小時，圖 4.1.1 為 S0 實驗每 3 小時的模擬結果。在模擬初始場（00 h）中可以看到均一的東北風與西南風場，鋒面初始位置位於 27°N 呈現東西走向，東北風風向為 45°，風速為 7 m/s。初始場由於為理想化模擬所製作出的初始場，因此呈現直線的鋒面以及明顯的風場與氣壓邊界，在模擬開始積分後就會逐漸平滑。 S0 實驗在模擬開始第 9 小時，鋒面雨帶出現，並且保持東西走向，之後鋒面南移靠近臺灣，模擬第 24 小時鋒面雨帶接觸臺灣北海岸，開始出現陸地降雨。鋒面雨帶在模擬第 24 至 42 小時間在臺灣北部出現相當強度的降雨，鋒面通過臺灣北部時鋒面走向仍然維持東西走向，強降雨區域主要位於臺灣北部地形上，雨帶也呈現東西走向。鋒面的雨帶在第 30 小時開始由北海岸地區南移，並且在第 33 至 39 小時出現兩條強降雨區的雨帶，此時鋒面已經移動至桃竹地區，出現伴隨鋒面的雨帶。而北海岸地區雖然位於鋒後，仍然有雨帶移入。模擬第 42 小時，鋒面雨帶完全離開臺灣北部，北海岸已經沒有降雨，鋒面走向與鋒面雨帶仍維持東西走向，繼續南移。模擬第 48 小時，臺灣海峽上的鋒面雨帶消失，鋒面繼續南移，到第 60 小時左右鋒面系統完全通過臺灣。. 18.

(31) M0 實驗 M0 實驗與控制實驗鋒面走向設定相同，但鋒面移速增加至移速中（15 km/h），東北風風速提高為 10.6 m/s，模擬時間為 60 小時，圖 4.1.2 為此實驗每 3 小時的模擬結果。在初始場（00 h）可見東北風場中風速增加至 10.6 m/s。模擬時間第 9 小時出現鋒面雨帶，鋒面位置約在 26°N，呈東西走向，之後鋒面持續南移，到第 15 小時接近臺灣北海岸，出現陸地降雨。第 15 至 24 小時雨帶通過臺灣北部，鋒面雨帶維持東西走向，並且如同 S0 實驗出現兩條雨帶。第 24 小時雨帶通過臺灣北部，而此時的強降雨區域相較 S0 實驗時南偏至竹苗地區。之後鋒面持續移動，第 39 小時臺灣海峽上的鋒面雨帶消失，第 42 小時鋒面完全通過臺灣。. F0 實驗 F0 實驗鋒面走向為 0°，鋒面移速快（20 km/h），東北風風速為 14 m/s，模擬時間為 48 小時，圖 4.1.3 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）可見其鋒面設定，在模擬時間第 9 小時出現鋒面雨帶，保持東西走向。第 12 小時鋒面雨帶接觸臺灣北海岸造成陸地降雨，到第 21 小時雨帶完全移出北臺灣，在第 18 與 21 小時中亦可見出現兩條雨帶的情形。F0 相比 M0 實驗雨區更加南偏，並且強降雨區域的分布相較 S0 與 M0 實驗在南北方向上更為分散，較無帶狀的分布。之後鋒面繼續移動，第 27 小時臺灣海峽上的鋒面雨帶消失，第 30 小時左右鋒面完全通過臺灣。比較鋒面走向 0°的 S0、M0 以及 F0 實驗，3 個實驗都出現並且保持 0°走向（東西走向）的鋒面以及雨帶，並且在通過臺灣北部時都有相當強度的降雨發生。當鋒面移速增加時，因為鋒面快速通過的緣故，強降雨的分布較為不集中，比較無法呈現出集中的雨帶，並且強降雨區域也隨著鋒面移速增加而南移。另外，在中南部降雨的部分，降雨型態主要由西南風場與臺灣地形作用所 19.

(32) 產生的降雨。在 3 個實驗中可以發現鋒面通過臺灣中南部之前，在中南部山區都出現持續的降雨，而當鋒面通過後，風場轉為東北風，則幾乎沒有降雨發生。. S-10 實驗 S-10 實驗設定為鋒面走向-10°（東南東-西北西走向），鋒面移速慢（10 km/h），模擬時間為 72 小時，圖 4.1.4 為此實驗每 6 小時的模擬結果。初始場（00 h）的風場與氣壓分布可見鋒面走向的設定，此時東北風向為 55°，風速為 7 m/s。模擬時間第 12 小時鋒面雨帶出現，走向大致呈現東西走向。到第 36 小時鋒面接近臺灣北海岸出現陸地降雨。第 54 小時雨帶通過臺灣北部，此時強降雨區域已經到臺灣中部地區。模擬時間第 66 小時左右，鋒面完全通過臺灣。. F-10 實驗 F-10 實驗設定為鋒面走向-10°，鋒面移速快（20 km/h），模擬時間為 48 小時，圖 4.1.5 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風速提高到 14 m/s，模擬第 12 小時出現鋒面雨帶，大致能看出東南東-西北西的走向，但是雨帶不連貫，斷裂為兩段東西向的雨帶。第 15 小時鋒面雨帶接近臺灣北部並且出現陸地降雨，此時雨帶依舊呈現兩條東西向不連貫的狀態。第 21 小時強降雨區域南移至桃竹地區。第 24 小時強降雨區域已經移至臺灣中部，鋒面也完全通過臺灣北部，但此時臺灣北部依舊有強度較弱的降雨發生。鋒面雨帶維持到第 30 小時左右，到第 33 小時鋒面完全通過臺灣。比較鋒面走向-10°的 S-10 與 F-10 兩個實驗，鋒面移速變快的情況下，鋒面到到達臺灣與通過的時間明顯的提前。另外，也能看出如鋒面走向 0°中，鋒面移速變快，雨帶分布更為分散的情形。在此鋒面走向中，雖然鋒面與其雨帶的走向有偏向-10°走向的設定，但是雨帶會出現不連貫的情形。. 20.

(33) S10 實驗 S10 實驗設定為鋒面走向 10°（東北東-西南西走向），鋒面移速慢（10 km/h），模擬時間為 72 小時，圖 4.1.6 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風向為 35°，風速 7 m/s。模擬時間第 9 小時出現鋒面雨帶，呈現東北東-西南西走向。鋒面雨帶在模擬第 21 小時到達臺灣北海岸造成陸地降雨。第 24 與 27 小時出現南北兩條雨帶，分別在北海岸與桃竹地區。第 33 小時鋒面位置已經接近臺灣中部，雨帶完全通過臺灣北部。之後鋒面持續移動，第 36 到 42 小時雨帶位於臺灣中部，在中部山區有相當強度的降雨。第 48 小時雨帶消失。約第 51 小時鋒面完全通過臺灣。在此實驗中，鋒面在到達臺灣之前皆保持東北東-西南西走向的鋒面雨帶，在接觸臺灣地形之後，鋒面雨帶以東西向為主。. F10 實驗 F10 實驗設定為鋒面走向 10°，鋒面移速快（20 km/h），模擬時間為 48 小時，圖 4.1.7 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風速增加至 14 m/s。模擬第 9 小時出現鋒面雨帶並且已經接近臺灣北海岸。第 12 小時鋒面雨帶已經登陸。第 18 小時鋒面雨帶完全通過臺灣北部，期間內鋒面與其雨帶的走向保持 10°走向，強降雨區域已經移至臺灣中部地區。第 21 小時鋒面雨帶消失，至第 24 小時左右鋒面完全通過臺灣。 S10 與 F10 實驗在通過臺灣北部時皆有相當強度的降雨，如同前文其他鋒面走向的結果，鋒面移速影響鋒面的通過時間以及雨帶的分散程度。在 S10 實驗中鋒面雨帶接觸臺灣地形後呈現東西走向，其模式與 S0 十分接近。而 F10 實驗的雨帶雖然有維持 10°，但是在陸地降雨的分布上與 F0 也很接近。整體而言，相同鋒面移速條件下，鋒面走向 0°與 10°在臺灣北部降雨上差異不大。. 21.

(34) S20 實驗 S20 實驗設定為鋒面走向 20°（東北東-西南西走向），鋒面移速慢（10 km/h），模擬時間為 72 小時，圖 4.1.8 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風向為 25°，風速 7 m/s。模擬第 9 小時開始出現鋒面雨帶，走向呈現東北東-西南西走向。第 15 小時鋒面雨帶接近臺灣北海岸，並且保持先前的走向。第 18 小時鋒面雨帶消失，在臺灣東北方海面上出現強降雨區。第 21 小時鋒面到達臺灣北海岸，然而強降雨區仍位於臺灣東北方海面上，臺灣北部陸地幾乎沒有降雨發生。第 30 至 33 小時，鋒面通過臺灣北部，鋒面通過其間強降雨區發生在臺灣東北方海面。S20 實驗在第 18 至 27 小時在臺灣東北方海面上出現相當強度的降雨，而鋒面雨帶在接觸臺灣地形後無法維持連貫，並且比較接近東西走向。另外伴隨鋒面南移，鋒面雨帶在臺灣中南部仍有降雨。. F20 實驗 F20 實驗設定為鋒面走向 20°，鋒面移速快（20 km/h），模擬時間為 48 小時，圖 4.1.9 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風速提高至 14 m/s。在模擬第 9 小時出現鋒面雨帶，比較 S20 接觸臺灣地形前的鋒面雨帶，此實驗的雨帶較短，沒有延伸至大陸地區，但是仍能看出東北東-西南西的走向。第 12 小時鋒面雨帶到達臺灣北海岸並且出現相當強度的陸地降雨。第 15 小時強降雨區域已經南移到桃竹地區，北海岸地區幾乎沒有降雨發生。第 18 小時強雨帶移至中臺灣。第 21 至 24 小時，降雨主要出現在中部山區，鋒面逐漸通過臺灣。 S20 實驗出現鋒面通過北臺灣地區而陸地降雨極少的情形，降雨區域偏移至臺灣東北方海面。鋒面移速提高的 F20 實驗降雨區域則是隨鋒面通過，出現相當強度的北部降雨。為探討 S20 實驗在北部降雨區偏移的原因，比較 S20 與 F20 兩個實驗通過臺灣北部地區前後時間的 50 m 與 948 m 的低層風場與降雨區 22.

(35) 域（圖 4.1.10）。S20 實驗的顯示的時間為第 15 到 24 小時，F20 實驗則為第 9 到 18 小時。在鋒面接近臺灣北部的時間，S20 實驗（第 15 小時）與 F20 實驗（第 9 小時）的東北風場中，在 50 m 高度 F20 實驗風速明顯較大，並且風向更為偏向北風。在 948 m 的風向差異更為明顯，S20 實驗的風向甚至變為西北風。S20 實驗模擬第 18 小時，鋒面位置位於臺灣北部海面，但已經在臺灣中部出現東北東-西南西向的雨帶，此時東北方海面上出現強降雨區域。第 21 小時鋒面到達臺灣北部，此時在 50 m 仍可見西南風沿著臺灣地形吹拂。在 948 m 鋒後為西北風，雨帶已經通過臺灣中部，而東北方海面上仍有降雨區存在。第 24 小時臺灣海峽上的鋒面已經通過北臺灣，而 50 m 高度的西南風仍可以到達臺灣北部，甚至在臺灣東北角海面也能看到沿著臺灣地形通過的風場。在 948 m 鋒後仍為西北風，風向變化不大，但是較前一個時間鋒面位置南移。F20 實驗在模擬第 12 小時鋒面雨帶接觸北海岸，50 m 高度相較 S20 實驗保持較強的東北風，風向更偏向北風。948 m 則較為接近北風，不似 S20 實驗轉變為西北風。之後的第 15 到 18 小時，鋒面順利通過北臺灣，並且在 50 m 與 948 m 高度都保持一定強度的北風分量。在西南風場方面也沒有出現 S20 實驗中西南氣流沿臺灣地形吹拂至北海岸的情形。 S20 實驗在鋒面通過臺灣北部時陸地降雨極少的情形，在與 F20 實驗比較後，主要原因在於鋒後東北鋒的強度。F20 實驗的初始設定東北風風速即為 S20 實驗的兩倍，在模擬到鋒面接近臺灣時保持約 10 m/s 的東北風強度，而 S20 實驗則為 7 m/s 左右，兩者的西南風場差異不大，都有 10 m/s 左右的風速。而 S20 實驗的東北風強度明顯弱於西南風，加上其鋒面走向的設定，在鋒面通過北臺灣時鋒面與臺灣地形間形成類似窄道的結構，使的西南風能沿臺灣地形吹拂，造成臺灣海峽上的鋒面位置已經通過北臺灣，但是仍有西南氣流突破到北海岸的情形。讓臺灣東北方海面上的風場一直處於西南風與東北風交界，不斷發生降雨。而若是如 F20 實驗東北風強度提高後，則鋒面通過時因為 23.

(36) 東北風強度與西南風相當，可以推動整個鋒面南移，降雨區域也就發生在北臺灣地區。. S30 實驗 S30 實驗設定為鋒面走向 30°（接近東北-西南走向），鋒面移速慢（10 km/h），模擬時間為 72 小時，圖 4.1.11 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風向為 15°，風速 7 m/s。模擬第 12 小時出現比較明顯的鋒面雨帶，走向接近設定的 30°。第 15 小時鋒面雨帶到達臺灣中部。第 24 小時鋒面雨帶完全通過臺灣。此實驗類似於 S20 實驗的情形，在第 18 到 24 小時臺灣東北方海面上有降雨區，也可以看到臺灣海峽上的鋒面通過，但是沿著臺灣地形的西南氣流到達北海岸形成降雨區的情形。. F30 實驗 F30 實驗設定為鋒面走向 30°，鋒面移速快（20 km/h），模擬時間為 48 小時，圖 4.1.12 為此實驗每 3 小時的模擬結果。初始場（00 h）的東北風風速提高至 14 m/s。在模擬時間第 9 小時出現接近設定走向 30°的鋒面雨帶，並且鋒面位置接近北海岸。第 12 小時北臺灣發生相當強度的陸地降雨，此時鋒面仍保持走向，但是雨帶僅由北臺灣向東延伸。之後到第 18 小時鋒面雨帶移動到桃竹地區，並在這段期間保持相當強度的降雨。第 21 到 24 小時鋒面移至臺灣中南部地區，雨區主要在中南部山區，鋒面完全通過臺灣。 S30 與 F30 兩個實驗類似於 S20 與 F20 兩個實驗的情形，S30 實驗的鋒面移速慢，鋒後東北風強度弱，造成臺灣北部雨區位於東北方海面上，鋒面移速提高的 F30 實驗則出現相當強度的北部降雨。. 24.

(37) 其他實驗上述 11 個實驗大致描述不同鋒面設定的模擬結果，其中直接比較移速慢（S）和移速快（F）實驗，而移速中（M）實驗的情形則多介於兩者之間。另外，如鋒面走向 40°的實驗，模擬結果類似於鋒面走向 20°以及 30°的實驗，因此不另外選出討論。-20°與 50°實驗的鋒面走向在真實情形下幾乎不會出現，並且模擬結果北臺灣降雨也較少，因此不單獨討論實驗模擬結果。. 4.2、臺灣北部鋒面降雨時間選取 4.2.1、臺灣北部實驗降雨時序選取臺灣北部區域 121°E-122°E，25°N-25.3°N 區域（圖 3.6.1a）進行降雨分析，將全部 24 個實驗在此區域內的時雨量進行算數平均，可以得到臺灣北部區域平均雨量時序圖。將 24 個實驗依照鋒面移速分類，在鋒面移速慢的各走向雨量時序圖（圖 4.2.1）中，控制實驗（0-S）在模擬開始第 24 小時北部區域開始發生降雨，並且雨量快速增加。第 28 小時達到最高雨量 13.1 mm，第 31 小時雨量下降到 7 mm，第 33 小時又上升到 10 mm，之後持續下降至第 45 小時。由此時序圖可見臺灣北部出現兩波降雨，在前一節 S0 實驗模擬結果也能看到兩波雨帶的出現，第一波降雨為鋒面雨帶造成，第二波為鋒面通過後移入的雨帶。觀測值為測站的平均雨量，模擬初始時間為 2012 年 6 月 11 日 00 UTC，此時觀測的地面鋒面位置與走向和 S0 實驗初始場設定相近。觀測值在 6 月 11 日 13 UTC（第 13 小時）開始發生降雨，快速增加並且達到最高 36.3 mm 的雨量，維持相當強度的降雨到 6 月 12 日 06 UTC（第 30 小時）。由雨量值的趨勢變化可見有三波降雨出現，可以知道真實的觀測情況也有鋒後降雨的情形。S20 實驗約在模擬第 48 小時左右出現降雨，發生降雨的時間為所有鋒面走向中最晚，並且時雨量也少於它其實驗。S-10 實驗約在第 36 小時出現降雨，降雨 25.

(38) 持續至第 54 小時。S10 實驗在第 20 小時開始出現降雨，持續到約第 32 小時，並且也出現兩波降雨的趨勢。鋒面移速慢的實驗之中，S20、S30、S40 以及 S50 實驗在臺灣北部幾乎沒有降雨。有發生降雨的實驗中，發生降雨的時間先後順序為觀測（Obs）、S10、S0、S-10、S-20，可以發現鋒面走向往負走向變化時鋒面降雨的時間延後，而往正走向變化則是提前。而在控制實驗（S0）與觀測的比較中可見，觀測的降雨發生時間提前很多並且時雨量也遠遠超越控制實驗，但是控制實驗有掌握到觀測中多波降雨的特徵。鋒面移速中的各走向雨量時序圖（圖 4.2.2）中，M-20 的雨量趨勢與其他實驗的明顯差異在於第 36 小時開始出現的第二波降雨，但經由鋒面位置的比對過後，判斷在第 40 小時以後的降雨並非鋒面降雨。其鋒面降雨時間為第 29 至 40 小時，在 M-10 實驗中在第 45 小開始出現的降雨也是類似的情形。在鋒面移速提升到移速中後，原本在移速慢沒有出現降雨的 20°以及 30°走向出現相當強度的降雨。而 40°與 50°走向仍無降雨發生，其中 M30 的最高時雨量達到 22.95 mm。整體而言，鋒面移速較快的實驗，降雨強度較高而降雨時間的長度較短，並且多為一波降雨的形態。在降雨的發生時間順序，除 M30 實驗之外，其餘走向符合正走向越早發生，負走向越晚發生的特徵。鋒面移速快的各走向雨量時序圖（圖 4.2.3）中，40°走向開始出現相當強度的降雨，其最高的時雨量達到近 20 mm。50°走向出現少量降雨。在 F20 實驗出現 24 個實驗中最高的時雨量，達到 28.66 mm，F30 實驗的最高時雨量也有 27 mm。降雨的發生時間順序除去 F30、F40 以及降雨極少的 F50 之後，其餘走向正走向越早發生，負走向越晚發生的特徵。在相同鋒面移速的情況下，鋒面走向影響發生降雨的時間先後，也就是鋒面由初始位置到達臺灣北部的時間，走向越往負值角度轉動則鋒面到達的時間越晚。反之，走向越往正值角度轉動鋒面越快到達（但在 30°到 50°走向無此特徵）。而當鋒面移速提升後，如 S20 到 M20 之後，從北部幾乎無降雨變為發生 26.

(39) 有相當強度的降雨，M40 到 F40 也有相同情形。可見走向正轉至一定角度後需要更快的鋒面移速（東北風風速）才能發生北部降雨。另外，在移速慢（S）的實驗中大部分都出現兩波的降雨型態，而鋒面移速提升後則變為一波降雨並且降雨的時間長度變短。. 4.2.2、臺灣北部鋒面降雨時間選取方式經由選取的臺灣北部降雨的分析範圍，計算 24 個實驗在鋒面通過期間的累積降雨與降雨強度，並且參考實驗的北部降雨時序。選取的時間為實驗鋒面通過臺灣北部造成陸地降雨的時間，實驗時間的選取方式如下： 1. 由每小時的時雨量、風場以及相當位溫定出地面鋒面的位置。 2. 鋒面靠近或抵達北海岸並且出現陸地降雨，該時間為計算臺灣北部降雨的起始時間。 3. 鋒面通過北臺灣地區並且北海岸沒有降雨發生時為計算臺灣北部降雨的結束時間。 4. 若是鋒面已經完全通過北臺灣地區，而北海岸仍有降雨發生，則不計入鋒面造成的降雨。選取完成的北部降雨時段依照鋒面移速分類（圖 4.2.2、圖 4.2.4 與圖 4.2.6）可與降雨時序對照（圖 4.2.1、圖 4.2.3 與圖 4.2.5）。在鋒面移速慢（圖 4.2.2）的情況下，降雨的發生時間在-20°走向最晚發生，走向角度逆時針轉動則降雨發生時間提早。鋒面移速中（圖 4.2.4）時，在走向-20°到 20°的降雨發生時間亦符合此趨勢。鋒面移速慢（圖 4.2.6）時，30°亦符合此趨勢。整體而言，相同鋒面移速之下走向越接近-20°降雨發生時間越晚。所有實驗的臺灣北部鋒面降雨時間見圖 4.2.7，圖中相同顏色代表相同的鋒面走向。在相同的鋒面走向中，大致上呈現鋒面移速越慢鋒面降雨的發生時間晚的特徵。然而，S20 與 S30 實驗雖然有標示出鋒面降雨時間，但是實驗的北部降雨極少。原因如前文所述，因西南氣流沿臺灣地形吹拂至北海岸，導致這 27.

(40) 兩個實驗的北部降雨區域偏移至東北方海面。而在比較接近控制實驗（S0）鋒面走向的-10°、0°和 10°走向，可以發現鋒面移速越慢，鋒面降雨的時將長度越長的特徵。. 4.3、臺灣北部鋒面降雨分析 4.3.1、臺灣北部鋒面降雨期間累積雨量將 24 個實驗在北臺灣的降雨分析範圍中的陸地降雨進行平均，可以得到實驗的每小時區域平均降雨，之後依照實驗的鋒面降雨時間進行加總，得到鋒面通過北部時的總累積雨量（圖 4.3.1）。在-20°走向的實驗中，S-20 實驗在北臺灣幾乎沒有降雨。M-20 實驗的雨區集中在北海岸地區，另外東部地區也出現強降雨區。F-20 實驗相較 M-20 實驗，臺灣北部的雨區南移並且較為分散，東部也出現強降雨區，範圍較 M-20 實驗更大。鋒面走向-20°所設定的東北風風向為 65°，較為偏向東風。並且因為鋒面走向設定，在臺灣東方海面有更大的東北風場範圍，模擬開始後臺灣東方海面的風場逐漸轉變為東風甚至是東南風，造成臺灣東部的降雨，三個實驗皆有出現東部降雨，並非鋒面降雨。在鋒面走向-10°實驗，S-10 實驗降雨時間長度達 18 小時，主要的雨區位於北海岸到桃園沿海地區，雨帶較為分散，並且累積降雨較高的區域位於海面上。由圖可見鋒面雨帶位置已經達到中臺灣，而北海岸仍然有降雨發生。M-10 實驗雨區集中在桃竹地區，另外在北方海面也有一個雨區存在，相較 S-10 實驗，累積降雨的值較小。F-10 實驗累積降雨小於 M-10 並且陸地上雨區範圍更小，降雨時間長度為三個實驗中最短，僅有 8 小時。鋒面走向 0°的實驗，其中 S0 為控制實驗，降雨時間長度為 17 小時，可見兩條雨帶出現，在北海岸的雨帶中心累積雨量超過 200 mm。在桃竹地區的雨帶也達到 110 mm 以上的累積雨量，並且降雨區域集中，呈現東西走向。M0 相較 28.

(41) S0 實驗，降雨時間長度減少至 10 小時，並且雨帶較短，大致可以看出兩條雨帶，累積降雨下降許多，在桃竹沿海地區約能達到 90 mm。F0 實驗能看出兩條雨帶，但是雨帶中心的累積降雨已經下降到 70-90 mm，較 M0 更低，降雨時間長度僅有 8 小時。鋒面走向 10°的實驗，S10 實驗可見兩條雨帶，位於北海岸與竹苗地區，降雨時間長度為 11 小時。兩個雨帶皆出現相當強度的累積雨量，雨帶中心都超過 200 mm。M10 雨區集中於北臺灣沿海區域，累積降雨值明顯小於 S10 實驗，降雨時間長度為 7 小時。F10 實驗的主要雨區相較 M10 實驗更加南偏，累積降雨強度與 M10 實驗相近，降雨時間長度為 7 小時。比較接近控制實驗（S0）鋒面走向的-10°、0°以及 10°走向，可觀察到鋒面移速增加，意即鋒面更加快速的通過北臺灣，造成降雨時間長度減少。累積雨量也隨鋒面移速增加而減少，鋒面雨帶在南北方向上更為分散。鋒面走向 20°的實驗，S20 實驗在鋒面通過期間臺灣北部幾乎沒有降雨發生，仍可見鋒面雨帶，但是降雨區域偏移至東北方海面。M20 實驗出現相當程度的累積降雨，雨帶中心達到 130 mm 以上的累積降雨，並集中在北海岸，降雨時間長度為 9 小時。比較 S20 實驗在東北方海面的降雨，由模擬結果中可見其中心的時雨量值不低，並且維持近 10 小時，若是此計算此雨帶的累積降雨，或許會是 20°走向實驗中最高。F20 實驗相較於 M20 實驗，累積降雨強度較弱並且雨帶南移至桃竹地區，降雨時間長度降至 5 小時。鋒面走向 30°的實驗，S30 實驗類似於 S20 實驗，雨區偏移至東北方海面，臺灣北部區域幾乎沒有降雨發生。M30 實驗在北海岸地區出現雨帶，降雨時間長度為 6 小時。F30 實驗雨帶的有相當強度的累積雨量，為三個實驗中最高，並且降雨時間長度達 9 小時，也是三個實驗中最高。. 29.

(42) 鋒面走向 40°的實驗，S40 實驗無北部降雨，圖為此實驗前 48 小時的累積雨量，可見在臺灣北部幾乎無降雨。M40 實驗在整個模擬中幾乎沒有鋒面雨帶出現，僅在東北方海面有雨帶出現。F40 實驗在雨帶出現在桃園地區，在臺灣海峽上亦無鋒面雨帶出現。40°走向由於鋒面走向設定，初始場中臺灣海峽上風場大部分已經為東北風，模擬開始後臺灣海峽上的鋒面快速通過，沒有鋒面雨帶出現。而 F40 出現北部降雨的原因為其低層的東北風較強，鋒面通過時能夠將雨區推動到北臺灣地區陸地上，如 M40 實驗的設定，雨帶就出現在東北方海面。鋒面走向 50°的實驗，S50 與 M50 幾乎沒有北部降雨，而 F50 實驗出現少量降雨，算是沒有降雨發生。50°走向實驗在初始場設定時，東北風風向為5°，其時已經變為西北風，與西南風為輻散的情況，因此完全沒有鋒面雨帶的出現。. 4.3.2、臺灣北部鋒面降雨期間降雨強度此處的降雨強度（圖 4.3.2）是利用實驗在鋒面通過期間的累積降雨除以降雨時間長度所得，因此在空間分布基本上會與累積降雨相同，將累積降雨分為降雨強度與降雨時間長度兩個因素來探討實驗間的差異與整體趨勢。在-20°與-10°走向的降雨強度差異不大，相同的鋒面走向情形下鋒面移速變快並沒有在降雨強度上發生太大的變化。而這兩個走向的降雨時間長度因為鋒面移速有明顯的差異，鋒面移速快時降雨時間長度變短（S-20 實驗為少量降雨除外），這樣的情況下累積雨量主要受到降雨時間長度的影響。 0°走向的降雨強度是鋒面移速慢的實驗降雨強度最大，但是實驗間的差異不大，降雨強度最高的 S0 實驗也只有在北海岸小範圍區域達到 12 到 15 mm，其餘兩實驗也有達到最強 10 到 12 mm 的數值。並且臺灣北部陸地區域的降雨. 30.