臺灣地區熱浪與伴隨環境場分析

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(1)國立臺灣師範大學地球科學系碩士論文. 臺灣地區熱浪與伴隨環境場分析 A Study on Heat Wave in Taiwan and associated synoptic conditions. 指導教授：陳正達博士研究生：林冠宏中華民國 109 年 02 月.

(2) 致謝進入研究所後，才感受到每一份研究都是需要花了大量時間與精力才能得到成果。首先必須感謝的就是我的指導教授，在討論過程中，以引導的方式帶我摸索這份研究討論的重點，並不是做出來就好了，而是會帶我想為什麼要這麼做，雖然過程中遇到過很多瓶頸，但老師仍會有耐心的指導我，而且每次去找老師的時候，老師都會給我意見，不會讓我卡關太久。在進研究所一開始的時候，程式語言的能力並不是很好，也感謝世豪學長在程式的教導，大大的增進我程式語言及邏輯思考的能力；颱風的研究中，感謝騰平學長會提供一些颱風研究看法與修改；在 meeting 的時候感謝修立學長的看法與意見；也感謝美鳳學姐以及系辦的老師們會在硬體方面提供協助。真的由衷地感謝老師及各位學長姊的照顧，另外還有一同努力同學們，雖然大家研究的方向都不同，但遇到問題時也會互相幫忙、尋求解答，也讓研究所生活增添了一些樂趣。. 再來非常感謝口試委員對我的論文提供看法與意見，讓我有方向的能修改我的論文，以及給予我鼓勵和肯定。謝謝在研究生涯中，參與過一切的每個人，因為有大家的參與，讓我完成了這份研究，而我也隨著這份也研究邁下下一個新的人生旅途。. I.

(3) 摘要近年來熱浪的發生越來越受到關注，在歐美地區發生較嚴重的熱浪事件如： 1995 年芝加哥熱浪、2003 年巴黎熱浪以及 2010 年俄羅斯熱浪…等，皆伴隨野火或熱傷害的發生，大大的影響當地的區域經濟和生態系統，甚至形成大量的傷亡。在前人的研究中，歐美地區的熱浪成因主要受到阻塞高壓影響，高壓的下沉區造成乾燥且穩定的大氣環境，導致區域內形成持續性異常高溫的現象。臺灣熱浪的環境場研究大多針對太平洋副熱帶高壓進行討論，但是臺灣不同於歐美地區，在夏季除了太平洋高壓還會受到西南季風、颱風等的影響，這些環境場皆有機會為臺灣帶來高溫。本文針對 1979-2014 年間討論了熱浪指標的選擇，最後決定利用前人使用的相對指標定義，藉由討論指標來能尋找適合討論臺灣地區的熱浪強度。並選定的標準分析臺灣熱浪環境場。在相對指標的分析結果顯示，當我們以相對指標定義的 T1 選擇在 95 百分位以及 T2 在 85 百分位時，能最接近實際溫度情況進而作為指標百分位的選擇。在高壓環境場分析，太平洋副熱帶高壓向西延伸，此時臺灣地區會受到高壓沉降作用，伴隨穩定且乾燥的大氣環境，使臺灣地區會約有 1.5 度以上的增溫，而當臺灣地區受到副高影響時，其他區域也會因副高的位置伴隨其他天氣系統的發生。熱浪時段中颱風環境場占整體熱浪時段約五分之一，而且複合環境場影響的平均熱浪天數會來的比單一環境場的熱浪天數多 3-4 天，這些被延長的熱浪時段大多來自於颱風與西南風的貢獻。在整體環境場討論中，臺灣位在颱風與高壓下沉的區域，增溫區域除了有高壓影響時北部山區增溫明顯的特徵外，西南部的增溫可能來自於颱風效應。當西南風增強時，此時的高壓區位在南海，伴隨北緯 25-30 度間鋒面生成，臺灣會位於鋒面交界面以南鋒前暖區的位置，暖區乾燥的西南風加上臺灣地形作用，使得背風增溫又更加明顯，甚至增溫現象會來的比高壓或西南風來的強。關鍵詞: 熱浪、高壓、颱風、西南風 II.

(4) 目錄摘要............................................................... II 圖目說明........................................................... IV 第一章. 緒論.................................................... 1. 1.1 前言........................................................ 1 1.2 研究目的及動機.............................................. 2 第二章. 資料與方法.............................................. 4. 2.1 資料介紹.................................................... 4 2.2 熱浪定義.................................................... 4 第三章. 熱浪指標與資料討論...................................... 6. 3.1 T1、T2 百分位測試 ........................................... 6 3.2 指標挑選.................................................... 8 3.3 TCCIP 與 CFSR 資料的比較 ..................................... 9 第四章. 臺灣熱浪型態的環境場分析............................... 12. 4.1 熱浪環境場分類............................................. 12 4.2 受副高影響之環境場分析..................................... 13 4.2.1 熱浪發生前 ........................................... 13 4.2.2 熱浪時段 ............................................. 13 4.2.3 熱浪結束前 ........................................... 15 4.2.4 小結 ................................................. 15 4.3 受颱風影響之環境場分析..................................... 16 4.3.1 颱風影響範圍定義 ..................................... 16 4.3.2 颱風分析 ............................................. 17 4.4 受西南風影響之環境場分析................................... 18 第五章. 結論與未來展望......................................... 20 III.

(5) 參考資料....................................................... 22 附表........................................................... 24. 圖目說明表目錄表 1 TCCIP 所選取的熱浪事件數與天數的統計表。(單位：件/天) ................................................... 24 表 2 絕對指標之熱浪事件數與天數統計表 ........................................................................................ 24 表 3 絕對指標與相對指標熱浪事件數與天數統計表 ........................................................................ 25 表 4 事件分類下，臺灣地區單一環境場與複合環境場之熱浪事件數與天數統計表 .................... 25. 圖目錄圖 3.1.1 2013 年 5-9 月 TCCIP 之最高溫度與熱浪時段合成圖。T1 皆為 95 百分位，變動 T2 百分位 (A) T2 為 75 百分位；(B) T2 為 80 百分位；(C) T2 為 85 百分位；(D) T2 為 90 百分位。藍線代表 T1 為 95 百分位下的溫度標準線，紅線為選取不同百分位下的溫度標準線。淺藍色範圍為在指標下所選取的熱浪時段。 ............................................................................................... 26 圖 3.1.2：2006 年 5-9 月 TCCIP 之最高溫度與熱浪時段合成圖。T2 皆為 85 百分位，變動 T1 百分位(A) T1 為 90 百分位；(B) T1 為 95 百分位；(C) T1 為 98 百分位。藍線代表 T1 為 95 百分位下的溫度，紅線為選取不同百分位下的溫度。淺藍色範圍為在指標下所選取的熱浪時段。 ...................................................................................................................................................... 27 圖 3.2.1：2013-2014 年絕對指標與相對指標之溫度曲線圖。橫軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序，縱軸為溫度；藍色區域為所選取的熱浪時段。左邊為絕對指標選取結果，粗線為 TCCIP 日最高溫，細線為 1.05 標準差；右邊為相對指標。 .............................................................. 28 圖 3.3.1 (A) TCCIP 與 CFSR 最高溫度散點圖。縱座標為 TCCIP 最高溫，橫座標為 CFSR 最高溫。(B) TCCIP 與 CFSR 逐年 5-9 月最高溫相關係數折線圖。縱座標為相關係數，橫座標為年份。 .......... 29 圖 3.3.2：2014 年 5-9 月 TCCIP 與 CFSR 溫度曲線圖。橫軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序， IV.

(6) 縱軸為溫度；黑線為 TCCIP 的最高溫，藍線為 CFSR 最高溫，綠色線段為各自所選取的熱浪時段，紅色線段為兩者共同的熱浪時間。 ............................................................................... 30 圖 4.1.1：熱浪環境場分類之天數圓餅圖。總天數為 293 天，其中高壓環境場為 196 天；颱風環境場 58 天；西南風環境場 39 天。........................................................................................... 31 圖 4.2.1：受高壓影響下熱浪發生前各變數環境場合成圖。(A)海平面氣壓與地面風場，(B)700 百帕相對濕度及 700 百帕風場，(C)500 百帕重力位高度。DAY-3 代表熱浪開始前三天，依此類推，DAY-0 表示熱浪發生當天。 ................................................................................................. 32 圖 4.2.2：受高壓影響下熱浪發生前與結束前，臺灣地區 TCCIP 的最高溫(紅線)及平均降水(藍線) 折線圖。(A)熱浪發生前三天，(B)熱浪結束前三天。............................................................... 33 圖 4.2.3 熱浪時段受高壓影響之環境場合成圖。(A)海平面氣壓與地面風場；(B)700 百帕相對濕度與 500 百帕重力位高度；(C)地面降水。................................................................................... 34 圖 4.2.4：熱浪時段受高壓影響之環境場距平圖。(A)地面最高溫與 500 百帕重力位高度；(B)700 百帕相對濕度及風場。............................................................................................................... 35 圖 4.2.5：熱浪時段受高壓影響之重力位勢與輻合輻散場。(A)1000 百帕；(B)100 百帕。 ........... 36 圖 4.2.6：熱浪時段受高壓影響之 TCCIP 最高溫距平。 .................................................................... 37 圖 4.2.7：熱浪時段受高壓影響下，重力位高度在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。 .................................................................................................................................. 38 圖 4.2.8：熱浪時段受高壓影響下，溫度在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。單位：℃ .............................................................................................................................. 39 圖 4.2.9：熱浪時段受高壓影響下，比濕距平與相對濕度距平在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平圖。................................................................................................................... 40 圖 4.2.10：熱浪時段受高壓影響下，緯向環流場距平合成圖。箭頭表示 V、W 合成平均，色階表示垂直速度距平。....................................................................................................................... 41 圖 4.2.11：熱浪時段受高壓影響下，300 百帕環境場合成圖。(A)溫度距平與熱浪實際風場以及風場距平圖。 .................................................................................................................................. 42 V.

(7) 圖 4.2.12：受高壓影響下熱浪發生前各變數環境場合成圖。(A)海平面氣壓與地面風場，(B)700 百帕相對濕度及 700 百帕風場，(C)500 百帕重力位高度。DAY-3 代表熱浪結束前三天，依此類推，DAY-0 表示熱浪結束當天。 ................................................................................................. 43 圖 4.3：熱浪時間序列圖。橫軸為年份，縱軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序；紅色表示高壓環境場時段，藍色表示颱風環境場時段；綠色表示西南風環境場時段。 ....................... 44 圖 4.3.1：熱浪時段颱風環境場選取示意圖。 ................................................................................... 45 圖 4.3.2：熱浪時段受颱風影響的颱風分布圖。 ............................................................................... 46 圖 4.3.3：受到颱風影響下之個別海平面氣壓與風場。A~F 分別為文中所討論的六個案例。 ...... 47 圖 4.3.4：受到颱風影響下之個別 925-400 百帕平均垂直速度與 500 百帕重力位高度。A~F 分別為文中所討論的六個案例。 ........................................................................................................... 48 圖 4.3.5：受到颱風影響下，在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。箭頭表示 V、W 合成平均，色階表示垂直速度距平。 ........................................................................ 49 圖 4.3.6：熱浪時段受到颱風影響下之最高溫距平圖，單位：℃。 ................................................ 50 圖 4.3.7：熱浪時段受颱風影響下環境場合成圖。(A)TCCIP 地面最高溫距平圖；(B)925 百帕相對濕度及風場合成圖。....................................................................................................................... 51 圖 4.4.1：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(A)最高溫距平與 500 百帕重力位高度；(B)海平面氣壓與流線場；(C)850 百帕相對濕度與風場；(D)925-400 百帕垂直速度。 ................. 52 圖 4.4.2：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(A)最高溫距平與 500 百帕重力位高度；(B)850 百帕相對濕度及風場距平；(C)平均降水。 ............................................................................... 53 圖 4.4.3：熱浪時段受西南風影響下，緯向環流距平合成圖。箭頭表示 V、W 合成平均，色階表示垂直速度距平。........................................................................................................................... 54 圖 4.4.4：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(A)TCCIP 地面最高溫距平圖；(B)925 百帕相對濕度及風場合成圖。................................................................................................................... 55. VI.

(8) 第一章緒論 1.1 前言在全球暖化的影響下，人們越來越關注極端的天氣事件，洪水、乾旱、寒流、熱浪等極端事件的發生頻率越來越頻繁。近十幾年來熱浪的發生逐漸受到關注，世界各地有關熱浪的報導大幅增加。近年來全球平均氣溫屢創新高，森林野火、高溫伴隨熱疾病的發生等等，所有夏季高溫引發的傷害事件，在國內外的新聞報導頻率不斷增加。連續高溫所伴隨中暑、熱衰竭或熱痙攣等相關熱疾病傷害，這些傷害對於兒童、老人、慢性疾病者等以及在戶外從事勞力工作者等高風險族群而言是不可忽視的生命安全議題，所以更讓我們開始重視夏季高溫所帶來的危害。聯合國跨政府氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的第五次評估報告指出，歐洲、亞洲和澳大利亞等地區的熱浪頻率有增加的可能（IPCC 2013）。近期研究也顯示，自 2003 年歐洲熱浪以來，夏季發生高溫的頻率增加與全球暖化下異常高溫事件增加的預期一致，進而衝擊到死亡率，區域經濟和生態系統的影響(Meehl et al.2000;Meehl and Tebaldi 2004)。近期發生在國外的熱浪事件，伴隨高溫、野火等對人體健康和區域生態造成直接甚至災難性的影響，例如：1995 年芝加哥熱浪期間超過 500 人死於與熱有關的疾病；2003 年歐洲夏季熱浪也直接或間接造成約兩萬五千人死亡；2010 年俄羅斯熱浪則是造成約一萬五千人死亡以及許多森林大火的發生。不論是在北美、歐洲或是俄羅斯等中緯度國家要能維持一段時間的異常高溫皆需要一個明顯的天氣系統影響，而這些重大的熱浪事件也被分析出與反氣旋大的關係，受到高壓所形成的下沉運動影響，進而加熱低層空氣、發生阻塞現象(即形成阻塞高壓)，伴隨乾旱發生，乾燥的土壤會使地表的蒸發冷卻效應減少，地表溫度增加，而這也是歐洲以及俄羅斯發生熱浪時會伴隨的重要現象之一(Kunkel et al.1996； 1.

(9) Bouchama 2004；Black and Sutton 2007；García-Herrera et al.2010 Matsueda 2011；Schubert et al.2014)。近年來臺灣對於極端天氣事件越來越受到關注，根據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)研究分析出，在過去 50 年來隨著平均溫度上升，全球與臺灣的極端高溫發生頻率有增加且強度增強的趨勢。國家防災預測中心的知識專欄也曾討論，在盛夏時期臺灣都市會因為全球暖化加上熱島效應，讓臺灣都會區極端高溫出現的頻率逐漸增加。. 1.2 研究目的及動機國內外已有許多熱浪分析的研究，也有許多挑選熱浪的指標，但在臺灣災害中並無明確定義熱浪的門檻，而臺灣地區熱浪的研究大多利用相對指標定義熱浪，此熱浪指標在 Gerald and Claudia(2004)、Lau and Nath(2012，2014)、Luo and Lau(2016) Kueh et al.(2017)皆運用此定義進行熱浪分析。本篇也引用此相對指標做熱浪分析，然而在引用此熱浪定義前會先比較此相對指標定義與絕對指標定義的差異，並說明為何使用相對指標定義選取熱浪。回顧近年亞洲地區對於熱浪的研究，如：Luo and Lau(2016)針對中國華南熱浪的環境場分析和 Wang et al. (2016)，Wang et al.(2016)分別討論中國區域性熱浪與個案研究，以及李庭慧、許晃雄(2017)，Kueh et al.(2017)討論臺灣熱浪環境場等等，對於東亞的熱浪研究皆表明區域異常增溫現象與太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)西伸有關，高壓壟罩伴隨環境場呈下沉運動，使得大氣柱呈異常乾燥且地表異常高溫的現象。然而臺灣地理環境特殊在夏季除了太平洋高壓還會受到西南季風、颱風等的影響。在 Chen et al.(2010)颱風的研究中，針對過去經過或登陸臺灣的颱風路徑進行分類，發現颱風路徑會受到臺灣地形影響，形成臺灣在不同區域的增溫，其增溫特徵大多來自於背風沉降所影響，針對這個部分我們認為颱風除了背風沉降以外，颱風外圍下沉氣流也會形成較穩定的天氣 2.

(10) 形態，所以我們好奇颱風環境場在熱浪時段會對臺灣產生多大的影響。另一方面，簡芳菁、洪玉秀(2008)分析梅雨鋒面與西南氣流，在臺灣發生空梅時，在無降水的情況下，會形成乾燥穩定的天氣形態，若西南風環境場與臺灣熱浪結合時，會形成什麼樣狀態的大氣環境? 歸納本研究所希望討論的重點可大致分成 3 種：一、對於相對指標與絕對指標的差異討論。二、影響臺灣發生熱浪的環境場，是否存在副高影響以外的天氣系統？三、如果有其他天氣系統影響，會如何影響? 本研究中針對 1979-2014 年 5-9 月進行熱浪分析，藉由測試熱浪相對指標定義，理解指標挑選熱浪的機制，最後選擇出適合臺灣地區討論熱浪環境場的指標定義。第二章介紹研究資料，以及針對相對指標在熱浪的定義上做介紹；第三章則會針對指標進行討論分析；第四章分類熱浪的環境場，並討論每個環境場成因；而在第五章為結論與未來展望。. 3.

(11) 第二章資料與方法 2.1 資料介紹本篇使用美國國家環境預報暨大氣研究中心(National Centers for Environmental Prediction ,NCEP)所製作的全球重分析資料(Climate Forecast System Reanalysis)，使用六小時的時間解析度的分析場資料，其水平網格解析度為 0.5 度× 0.5 度，垂直分層有 37 層，高時間解析與空間解析度能有助於我們分析熱浪時段的環境場。資料時間選取 1979-2014 年。本研究使用的臺灣地面降水資料與地面溫度資料來自臺灣氣候變遷推估資訊平台(簡稱 TCCIP)，利用全台測站資料進行網格化後所得到的臺灣網格化資料，資料時間選取從 1979-2014 年。時間解析度為一天一筆，水平網格解析度為 0.05 度× 0.05 度，這裡使用地面日最高溫以及日降水資料。颱風資料選用全球颱風最佳路徑分析資料(International Best Track Archive for Climate Stewardship,IBTrACS, Knapp et al.,2010)第四版的颱風路徑，時間間隔為三小時一筆。. 2.2 熱浪定義在熱浪的研究中，如何挑選熱浪占了重要的一環，熱浪指標通常以最高溫來選取熱浪，而為了挑選代表臺灣地區的熱浪，本研究以北緯 21.5-25.5 度，東經 120-122 度的最高溫做區域平均來代表臺灣地區的最高溫，由於溫度會受地形影響，所以在做區域平均之前會先篩選掉地形 500 公尺以上的網格。在經過區域平均後，將會得到逐年每日臺灣地區平均最高溫（以下稱作「日溫度」）。由於臺灣高溫經常發生在夏季，所以本研究在討論的熱浪個案的討論其時間集中在 5-9 月。熱浪的定義有很多種方法，而熱浪指標的定義會影響熱浪天數，其中最常被 4.

(12) 使用的熱浪指標類型有兩種，一種是絕對指標，即給定一個異常高溫的溫度為標準；第二種是相對指標，即相對於整體溫度的多少百分位作為定義指標，當溫度超過定義的指標時即熱浪發生。不同緯度地區分析熱浪會利用適合當地分析熱浪的定義，為了尋找適合臺灣分析熱浪指標定義，本研究利用世界氣象組織(WMO) 在絕對指標的熱浪定義以及引用 Gerald and Claudia (2004)、Lau and Nath(2012， 2014)、Luo and Lau(2016)研究論文中定義熱浪的相對指標。. 2.2.1 絕對指標世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)定義熱浪標準為「每日最高溫超過 30 年的氣候平均攝氏 5 度，且持續超過五日」。針對絕對指標挑選熱浪的結果將在第三章詳細說明。. 2.2.2 相對指標在本研究中引用 Gerald and Claudia(2004)、Lau and Nath(2012，2014)、 Luo and Lau(2016)研究論文中在相對指標對熱浪進行定義，將討論的時段做排序，分別選取較高百分位的 T1 與選取較低百分位的 T2，而要達到熱浪標準的時段其日溫度需要達到 3 個條件，分別是： 1.事件中溫度須維持在 T2 以上 2.至少有 3 天日溫度須維持在 T1 以上 3.整段時間平均溫度維持在 T1 以上當符合以上條件即為熱浪發生。這個指標也是前人分析臺灣熱浪最常被使用的熱浪指標，在下一章將探討熱浪相對指標選取熱浪的細節。. 5.

(13) 第三章熱浪指標與資料討論熱浪指標的定義與挑選結果有關，本章討論以前人常使用的相對指標與 WMO 所定義的絕對指標，分析個別挑選的熱浪結果，並說明為何選擇以相對指標作為熱浪挑選的定義。針對 TCCIP 的溫度網格化資料測試相對指標 T1、T2 百分位在指標中的作用及對熱浪事件數與天數的影響，進而找到適合臺灣地區討論熱浪環境場的百分位，接著討論在重分析資料與測站網格化資料進行相關性的比對分析。. 3.1 T1、T2 百分位測試在相對指標中，為了理解 T1、T2 百分位在指標中的作用，我們以不同 T1、 T2 的百分位做熱浪事件數與天數的測試，其 TCCIP 選取之熱浪事件數與天數統計表如表 1。測試的結果顯示當我們固定高百分位的 T1 變動低百分位的 T2 時，隨 T2 選取的百分位越高，熱浪的事件數會微幅變多，熱浪天數有增加的趨勢，當 T2 過了某個門檻後，熱浪天數又會減少，而 T2 浮動現象僅出現在 T1 選取較高百分位時。當 T1 百分位較低，熱浪天數則隨 T2 百分位的選取越高，天數減少；而在固定 T2 變動 T1 的情況下，隨 T1 選取百分位越高，包含熱浪的事件數與天數有明顯減少的現象。在我們想利用相對指標分析熱浪之前，有必要對於 T1、 T2 在選取熱浪的作用加以了解，所以這小節將討論「T1、T2 對熱浪的選取的作用」以及「T1T2 設定在多少百分位會是適合討論臺灣熱浪的門檻」，針對這些問題對 T1、T2 的百分位進行測試做分析討論。以 TCCIP 2013 年溫度為例，當固定 T1 百分位下，測試不同 T2 百分位的結果如圖 3.1.1，當 T1 皆固定為 95 百分位時，T2 分別為 75(圖 3.1.1a)、80(圖 3.1.1b)、85(圖 3.1.1c)、95(圖 3.1.1d)百分位。依照不同標準下所選取到的熱浪時段為淺藍色範圍的區間，可以發現當 T2 標準越高，會出現熱浪天數變多的 6.

(14) 現象，但 T2 定義過高時，則又會選取不到熱浪天數；以 T2 為 75 以及 80 百分位來分析，在 75 與 80 百分位的差異在於，75 百分位受到了右邊界溫度不夠的影響，使整段溫度平均後不能達到「整段時間平均溫度維持在 T1 以上」的門檻，而 80 百分位卻將右邊界的低點刪去，讓整體溫度平均之後達到「整段時間平均溫度維持在 T1 以上」的門檻，這樣就可以說明為何隨 T2 的百分位定義嚴格時反而能選取到熱浪天數。在 85 百分位與 90 百分位則是出現定義變嚴格後天數減少的現象，在 90 百分位，由於 T2 去除較低溫的時間點，導致原本的熱浪時段被切成兩個事件，這兩個事件都因沒有達到「至少有 3 天日溫度須維持在 T1 以上」而未被選進熱浪事件。藉由 2013 年的事件對 T2 分析綜合以上的觀點可以發現，較低百分位的 T2 在定義中會是選取熱浪的最低門檻的作用，而當我們以 T2 為變因時，T2 的溫度越高所選取的熱浪事件數會有增加的趨勢，這樣的現象大多來自於原本是一件熱浪事件被切分成兩個事件，即所選取到的熱浪事件更為破碎；在熱浪天數會因為熱浪的定義條件而有浮動。以 TCCIP 2006 年溫度在固定 T2 百分位下，測試不同 T1 百分位的結果如圖 3.1.2，當 T2 皆固定為 85 百分位時，T1 分別為 90(圖 3.1.2a)、95(圖 3.1.2b)、 98(圖 3.1.2c)。可以發現當 T1 的標準越高熱浪天數會有明顯減少的趨勢，因為在三個熱浪定義的條件中，有關 T1 的定義是「至少有 3 天日溫度須維持在 T1 以上」以及「整段時間平均溫度維持在 T1 以上」，以 2006 年的例子，當 T1 的溫度越高會發現這兩個條件越難達到，由此知道為何在變動 T1 下熱浪天數會有明顯的變動。T1 的測試結果得知 T1 在定義中會是選取熱浪強度的關鍵，當我們以 T1 為變因時，T1 的溫度越低，越容易選取到熱浪，因此事件數與天數也較多；反之 T1 的溫度越高，越不易選取到熱浪，代表選取到的熱浪事件越是極端，因此熱浪事件天數會有明顯的變動。測試完 T1T2 後接著需要解決「T1T2 設定在多少百分位會是適合討論臺灣熱 7.

(15) 浪的門檻？」這項問題。T1 門檻代表討論熱浪強度的選擇，這裡我們考慮熱浪的發生頻率以及前人對 T1 的選擇為依據，當 T1 定在 90 百分位時，平均兩年會發生三次熱浪；T1 為 95 百分位則是一到兩年發生一次熱浪；T1 為 98 百分位時平均三到四年發生一次，我們希望所討論的熱浪能有保有一定的強度，加上我們想要討論熱浪的環境場因此需要一定得熱浪事件數數量，以這樣的觀點尋找強度標準的話，我們認為 T1 選擇 95 百分位會是合適的討論強度加上前人引用此定義也是選擇 95 百分位。由於 T2 會隨著選取不同而在事件數與天數會有些微的差距，這裡將 CFSR 與 TCCIP 的資料以固定 T1 為 95 百分位，變動 T2 的方式測試 T2 的門檻在多少百分位下擁有最多相同時段作為門檻，其測試分析詳見 3.2 節，依測試結果當 T2 為第 85 百分位使會使共同天數的比例達最高，因此 T2 以 85 百分位做為門檻的討論。. 3.2 指標挑選在世界氣象組織所定義的熱浪標準「每日最高溫超過 30 年的氣候平均攝氏 5 度，且持續超過五日」。以定義標準挑選熱浪後發現，由於定義標準中「高於攝氏 5 度」太過嚴格，並不一定適合不同緯度上的國家，所以在這裡會發生選取不到熱浪的情況。為此針對定義稍做修正，將以「高於 30 年的氣候平均多少標準差」來呈現，而多少標準差的定義利用 CFSR 和 TCCIP 共同比例高為選取依據。測試後發現絕對指標存在兩個問題，第一點 TCCIP 的溫度資料會來的比 CFSR 的溫度來的敏感，詳見 3.3 節，由於 TCCIP 在溫度的浮動較大，使得選取到的熱浪天數較少。表 2 為絕對指標在不同標準差下，TCCIP 與 CFSR 選取熱浪的情況。可以發現到在相同標準差下，兩筆資料選取熱浪的結果會差異很大，例如：以相同 1.2 個標準差下，CFSR 的熱浪天數會是 TCCIP 的兩倍。若是希望選取相近的熱浪事件數與天數則 CFSR 需要較高的標準差；第二點當我們以不同標準差使 TCCIP 與 CFSR 所挑選的熱浪事件數與天數相近時，兩者資料的熱浪共同天數比 8.

(16) 例皆低於 50%，當共同天數低時，我們若以 CFSR 來分析環境場，其結果會與實際情況差異較大。在絕對指標分析中，發現絕對指標在選取熱浪的結果不如相對指標，但我們再選取標準差為 1.05 與相對指標進行指標差異的比對。表三為相對指標與絕對指標的熱浪事件統計表。在相對指標選取 T1 為 95 百分位、T2 為 85 百分位，以及絕對指標選擇在 1.05 個標準差下，兩種指標挑選的熱浪數最為相近，同時也發現到這兩種指標選取到共同的熱浪天數是較少的，代表這兩種指標在熱浪的挑選差異是很大的，以 2013、2014 年的挑選結果來舉例(圖 3.2.1)，從大致趨勢來看絕對指標與相對指標所挑選的結果完全不同，而絕對指標可以發現在 5 月及 9 月指標的標準較低相較於 6、7、8 月會更容易被選取到；第二個原因在於連續五天的定義，在 TCCIP 在溫度表現較為敏感，而要達到連續五日達相同標準差以上的強度較為困難，因此造成絕對指標與相對指標所挑選結果不同。藉由簡單的比對可以更了解指標的挑選，在相對指標中有更為彈性的挑選標準，且也能選擇我們所想討論的熱浪強度，因此在本篇以相對指標作為熱浪的挑選。. 3.3 TCCIP 與 CFSR 資料的比較在本篇研究中，我們需要利用重分析資料來代替測站資料分析熱浪時段的環境場，然而不同資料所選取的熱浪事件數與天數也不一定會完全符合，由於不能確定重分析資料所選取的熱浪時段是否能代表實際情況，所以在這個小節將比對重分析資料與觀測網格化資料最高溫的相關性。使用客觀分析的 T 檢驗(t-test)以及計算兩者的相關係數(correlation coefficient)來分析 TCCIP 與 CFSR 在最高溫度上面兩者的相關性。將兩筆資料進行 T 檢驗後，得到在 99.9%的可信度下 CFSR 與 TCCIP 的最高溫是有顯著關係，圖 3.3.1a 顯示 CFSR 與 TCCIP 最高溫的散點圖，從兩者的溫度分布與回歸線來說， 9.

(17) 整體 TCCIP 的溫度會高於 CFSR 的溫度，𝑅 2 達 0.78 證明兩者在最高溫呈現高度正相關；接著我們利用兩筆資料針對每年日資料計算相關係數，圖 3.3.1b 的結果顯示兩筆資料在每年最高溫日資料的相關係數皆高於 0.8，在計算兩者資料的平均相關係數達 0.88，也就表示雖然 TCCIP 的最高溫會高於 CFSR，但不管從每年或整體的相關係數都可以維持不錯的關係。這裡舉 2014 年 TCCIP 與 CFSR 溫度曲線圖(圖 3.3.2)做比對，以 TCCIP 和 CFSR 的溫度趨勢來看，TCCIP 的溫度變動幅度比 CFSR 來的大，但就趨勢來說兩者溫度趨勢是極為相近的，整體 TCCIP 的溫度高於 CFSR 也跟(圖 3.3.1b)結果一樣，而 TCCIP 與 CFSR 最大的溫度差大約有 3 度左右。藉由上述的分析歸納了幾個 TCCIP 與 CFSR 最高溫的資料特性： •. 藉由統計檢定及相關係數得出兩者資料具有高度相關。. •. 以散點圖的趨勢線以及溫度曲線圖得知整體 TCCIP 溫度會高於 CFSR，而整體差距約有 3 度左右。. •. 在溫度曲線圖中，兩者溫度趨勢是相近的；而 TCCIP 溫度表現會比 CFSR 來的敏感。. 兩筆資料相關性高，但仍存在一定程度的落差，所以我們利用 3.1 所討論的熱浪定義對 TCCIP 與 CFSR 做熱浪的挑選，比對兩者所挑選的熱浪事件數與天數是否差異很大。結果顯示在 T1 為 95 百分位，T2 為 85 百分位下 TCCIP 的事件數為 28 件，熱浪天數為 293 天，經換算可以得知 CFSR 可以解釋約百分之六十五的實際熱浪個案，而 TCCIP 與 CFSR 在選取熱浪的差異是受到兩者在最高溫有不同的資料特性。在 2014 年的例子，TCCIP 最高溫度由於變化浮動較大，所以容易讓熱浪事件因低溫而被切割；而在 CFSR 的資料來說，由於不會有太過劇烈的變化，所以在熱浪選取後形成事件較少，但熱浪天數卻較 TCCIP 的多的情形。在最高溫度資料中，雖然兩者的共同熱浪時段並未有很高的相同比例，但在 10.

(18) 溫度的相關係數分析中，兩筆資料能具有高度相關性，所以最後我們以實際 TCCIP 所選取的熱浪事件進行討論。. 11.

(19) 第四章臺灣熱浪型態的環境場分析根據第三章對於熱浪定義的分析結果，以相對指標 T1 為 95 百分位，T2 為 85 百分位下，以 TCCIP 的最高溫在 1979-2014 年進行挑選熱浪，最後可以得到 28 個熱浪個案共 293 天，來對分析臺灣熱浪環境場。Luo and Lau(2016)針對廣東省熱浪環境場分析，結果顯示熱浪的發生主要受到副高影響，而當我們分析臺灣熱浪時，雖然與廣東省的緯度差異不大，但結果明顯不同，本章將討論如何針對熱浪個案進行環境場分類，討論高壓環境場對臺灣熱浪的影響以及與 Luo and Lau(2016)所討論的環境場差異，颱風與西南風對臺灣熱浪環境場的影響與成因分析。本章節中所使用的氣候平均場是將熱浪時段取 15 天的滑動平均再將 36 年做平均。. 4.1 熱浪環境場分類在本研究中主要討論高壓、颱風與西南風對臺灣熱浪的影響，所以在開始討論之前需要先分類環境場，我們定義臺灣地區的範圍在北緯 19.5-27.5 度、東經 118-124 度，挑選範圍內區域平均符合環境場的定義。在做完區域平均後當整段熱浪時段 500 百帕的重力位高度皆高於 5880gpm 時，將被定義為高壓影響。西南風則被定義為 500 百帕的重力位高度低於 5880gpm，無受颱風影響，也就是沒有高壓與颱風影響的環境場，再以風向進行篩選，當風向介於 180-270 間時，推測臺灣熱浪會是為受西南風影響。颱風的分類以臺灣地區向外延伸 15 度，在 15 度的範圍內，再以人工的方式挑選出受颱風影響的熱浪環境場，即定義為受颱風影響。在 4.3 節會進行詳細的討論。分類環境場後發現熱浪的發生仍以高壓系統所主導，但由於颱風與西南風影響時間較短，所以在熱浪事件中仍有颱風與西南風影響熱浪環境場，表二為臺灣地區單一環境場與複合環境場之熱浪事件數與天數統計表，有 13 個熱浪事件的 12.

(20) 成因會是受到高壓影響，而 15 個熱浪成因則會受一種以上的天氣系統影響，而以整體天數來換算的話(圖 4.1.1)，颱風的比例約占百分之二十左右，西南風則約百分之十三，所以在熱浪期間會出現除了高壓以外，同時也有颱風或西南風的影響，所以在進行分類時，將颱風與西南風的環境場分別進行探討。. 4.2 受副高影響之環境場分析 4.2.1 熱浪發生前圖 4.2.1 為受高壓影響下，熱浪發生前各變數環境場合成圖。從海平面氣壓與地面風場來看，在熱浪開始前臺灣大多位在高壓脊的位置，雖然在氣壓場並未有明顯增強的訊號，但在風場發現臺灣地區會由東南風轉為西南風的趨勢；在 700 百帕相對濕度及風場，受到高壓影響太平洋區域的乾區逐漸向臺灣移動，而在熱浪開始時，臺灣地區會壟罩在較乾的環境，但也發現隨著臺灣逐漸向高壓壟罩，高壓北側會形成較濕的環境，而這樣的成因會在後面進行討論；500 百帕重力位高度場能明顯看出，在熱浪開始前副高勢力會由中太平洋向西延伸，隨著時間推進，熱浪開始時大氣環境會由副高系統主導。原本臺灣附近的降水由於天氣系統逐漸受到副高影響，使得降水減少(圖 4.2.2)，整體來說臺灣實際溫度會逐漸升高。所以得出在熱浪發生前臺灣會逐漸轉變由副高主導的天氣型態，伴隨穩定的大氣環境，降水減少且溫度增加。. 4.2.2 熱浪時段在高壓的熱浪合成場中，海平面氣壓來看(圖 4.2.3a)，臺灣位於高壓脊附近，整體低層為南風至西南風，包含高壓邊緣華南沿海延伸到菲律賓北部呈現較為乾燥環境場(圖 4.2.3b)，而高壓壟罩的區域形成下沉區，整體降水也呈現較少的狀態(圖 4.2.3c,d)。從整體距平場分析，整體明顯增溫的區域位在華南地區、臺灣地區與菲律賓 (圖 4.2.4a)，而這些增溫區與 500 百帕的重力位高度正 13.

(21) 距平的區域一致，同時在 700 百帕濕度距平場(圖 4.2.4b)臺灣地區會有反氣旋式環流距平壟罩且整體濕度會較為乾燥的狀態，從輻合輻散場來看(圖 4.2.a,b)，低層呈現明顯的輻散場，高層輻合，這些環流場的分析顯示受高壓壟罩下環境場的變化，所以在溫度實際的呈現(圖 4.2.5)來看，臺灣地區會呈現平均有約 1.5 度以上的增溫，且在北部山區增溫最為明顯。看為臺灣地區個層場的合成圖後，接著以垂直剖面瞭解熱浪下高壓的環境場的垂直結構。從緯向各變數的垂直剖面來看，圖(4.2.6)為重力位高度在緯向隨高度的距平合成圖。中低層的重力位高度北緯 22 度的位置有強的正距平訊號，與(圖 4.2.3b)500 百帕重力位高度所受到副高壟罩的位置一致，高層的重力位在北緯 30 度附近以及 45 度附近出現相反的相位，且重力位正距平有隨高度向北傾斜的現象；在溫度方面，由溫度距平在緯向隨高度的合成圖來看(圖 4.2.7)，低層的高溫正距平中心集中在北緯 26-30 度，相較於副高的位置高溫的部分略為偏北，這是因為整體副高中心集中臺灣地區以及附近的洋面上，受到海洋調節增溫不會來的比陸地明顯，而北緯 26-30 度正是處在上海、長江三角洲一帶，雖然並不位於副高中心，但副高影響加上都市效應，使低層增溫更加明顯，這樣的現象出現在華南沿岸以及菲律賓地區。在北緯 30-40 度的中高層以及北緯 40 度的高層一樣有溫度正距平的訊號，而這是否亦是副高引起的仍值得深究；在水氣場的部分，由比濕與相對濕度距平在緯向隨高度的合成圖來看(圖 4.2.8)，色階的部分表現了比濕在熱浪時段的變化，實虛線則表是相對濕度的距平。受到副高影響，北緯 28 度以南的空氣柱呈現較為乾燥，這與高壓所形成的沉降作用結果一致。在北緯 32 度的位置會擁有較多的水氣，中高層相對濕度的變化也比氣候場來的濕。從緯向環流的距平場來看(圖 4.2.9)，以北緯 118-124 度做區域平均，在熱浪時段北緯 10-25 度受高壓影響，會使高壓壟罩的區域呈現下沉運動，但同時北緯 30-35 度也會伴隨強的上升運動。在針對以上環境場的分析我們可以知道，受到副高影響的區域(20N-30N)， 14.

(22) 會有強的下沉運動存在，使得中低層會是高溫乾燥的大氣環境。在分析的過程中也發現當高壓壟罩在北緯 20-30 度的區域時，30-40 度都會出現明顯的上升運動，在上升區環境場的特徵，大多都與高壓壟罩的特徵相位相反，上升區與下沉區差異最大的地方在於下沉區增溫最大集中在低層，而上升區則集中在中高層，且在 300 百帕是增溫最明顯的區域，所以接下來以 300 百帕環境場進行討論。在 300 百帕的環境場顯示(圖 4.2.10a)，從溫度距平與實際風場來看，溫度正距平集中在北緯 30-40 度間，且位於西風噴流的入區南側，同時伴隨反氣旋式環流距平，而在噴流的入區南側會呈上升運動，容易激發對流，所以由這樣的特徵得知在噴流入區在臺灣發生熱浪時，經常發生高層鋒生現象，導致在噴流的南側會形成暖區且呈現上升運動。為了證實這樣的觀點，我們也分析在這些受高壓壟罩的熱浪個案，大多熱浪事件發生在 6 月中旬到 7 月中旬，且在時段內的地面天氣圖經常會出現滯留鋒在上升區，而從圖 4.2.3c 的降水圖也可以看出雨帶會位在北緯 30-40 度間，所以得出當熱浪時段臺灣地區受高壓壟罩時，會在北緯 30-40 度間形成梅雨鋒面。. 4.2.3 熱浪結束前圖 4.2.11 為受高壓影響下熱浪結束前之環境場合成圖。從地面場來看高壓東退的現象並不明顯，但在 50 百帕重力位高度來看，高壓強度減弱，環境場的乾區顯示原本影響臺灣的副熱帶高壓逐漸減弱或東退(圖 4.2.11a,b)，此時臺灣地區的環境場不再受到副高下沉且乾燥的天氣形態影響，所以原本穩定的大氣狀態在熱浪結束前降水會逐漸增加，高溫現象趨緩(圖 4.2.2b)。. 4.2.4 小結當臺灣熱浪開始前，副高會逐漸西伸，此時臺灣地區的天氣型態開始受副高主導，高壓的下沉增溫除了臺灣地區以外，華南地區與菲律賓也會有增溫的效應。 15.

(23) 除了副高所帶來的下沉使得被高壓壟罩區域的大氣柱呈現較為乾燥，且低層增溫較為明顯，同時也發現受高壓影響下，高壓北側易有鋒面生成。當副高減弱或東退時，臺灣地區不再受到高壓下沉穩定的天氣型態，降水增加，高溫現象也趨緩。比對 Luo and Lau(2016)針對華南地區熱浪環境場，高壓在前後變化的分析場較為相近，皆是環境場逐漸由高壓主導，不同在於熱浪期間，伴隨高壓北側鋒面的形成，從垂直剖面來看，鋒面的對流區會有增強高壓下沉的效應。所以整體熱浪時段環境場與華南地區的熱浪存在些微差距。. 4.3 受颱風影響之環境場分析討論颱風環境場影響前，首先為何我們需要討論熱浪時段中颱風環境場以及所帶來的影響，在表二顯示，在 293 天熱浪天中，一共有 58 天有受到颱風影響，占整體熱浪時段約五分之一，除了統計出不同環境場影響的天數以外，也可以發現複合環境場影響的平均熱浪天數會來的比單一環境場的熱浪天數多 3-4 天，這些被延長的熱浪時段大多來自於颱風與西南風的貢獻。圖(4.3)為 1979-2014 年熱浪時間序列圖，紅色為高壓影響時段，藍色為颱風影響時段，綠色為西南風影響時段；縱軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序。在時間序列圖中，大多颱風影響的時間會介於熱浪中間時段或是熱浪時段尾段，即颱風影響的時間銜接高壓間影響的空檔或是在高壓減弱時，這也意味著當原本熱浪可能結束於高壓減弱，卻因颱風而使高溫時段被延長。. 4.3.1 颱風影響範圍定義當我們了解到颱風在熱浪時段影響的特徵後，接著要定義颱風下沉影響的範圍。不同於高壓與西南風的定義，颱風外圍下沉的範圍是很少有人討論也難以定義，所以我們選取較大的範圍再去篩選颱風影響的環境場。颱風影響範圍需要考慮到颱風的暴風半徑，當暴風圈越大，外圍的下沉區範圍也會越廣，所以定義臺 16.

(24) 灣地區向外延伸 15 度的範圍皆有機會受到颱風外圍下沉氣流的影響，再針對範圍內的颱風進行挑選。以 925-400 百帕的平均垂直速度挑選臺灣位在下沉區的熱浪環境場，在分析所有颱風個案後，大多颱風下沉區的位置會與高壓下沉區重疊，但還是能看出離颱風上升區約 5-10 度會有較強的下沉氣流(圖 4.3.1a)；在經挑選後熱浪時段受颱風影響的颱風分布如圖(4.3.2)，颱風的位置會位在東經 100-140 度，北緯 10-25 度間，且呈現西北-東南走向，而距離較遠的颱風通常會發生在兩個颱風影響(圖 4.3.1b)，當臺灣周圍有較多的上升環境時，會有利於臺灣地區環境的下沉，這也是選取範圍較大的原因之一。所以在這小節首先說明為何討論颱風環境場以及颱風環境場的重要性，接著以統計這三類影響的天數比例並挑選各個個案呈現大致環境場配置，最後討論熱浪時段颱風所帶來的影響。. 4.3.2 颱風分析颱風會因為強度及路徑而有差異，加上大多受颱風影響的環境場，同時也會受副高影響。而當我們以颱風位置分區做合成場時，發現即使擁有相同的颱風路徑，也會因颱風強度及高壓環境場的差異平均掉系統的現象，所以針對颱風分析環境場的詮釋，選取 6 天的熱浪個案，呈現熱浪時段被颱風影響的環境場與特徵。圖(4.3.3)為受高壓與颱風影響之海平面氣壓疊加地面風場。海平面氣壓場顯示，臺灣的天氣型態主要由高壓與颱風主導，但在 e,f 案例中，地面氣壓的高壓訊號並不明顯，b 案例的颱風位置看不出有影響臺灣的跡象，不過大致能在海平面氣壓場看出高壓與颱風的勢力與位置分布，受兩者天氣系統影響，臺灣地區風向大致會呈現東南風為主；從 925-400 百帕平均垂直速度與 500 百帕重力為高度來看的話(圖 4.3.4)，高壓的北側有明顯的鋒面上升區，而颱風的對流區會位在菲律賓一帶，由於高壓周圍都是對流明顯的區域，因此臺灣周圍會處在高壓與 17.

(25) 颱風外圍較強下沉區的位置；再來看到整體的緯向垂直環流(圖 4.3.5)，明顯的上升區分別有兩段，一是颱風較強的上升區會出現在北緯 10-20 度間，接著是在 4.2 節提到的高壓北側鋒面會受到高壓強度與範圍影響而出現在北緯 30 度以北的位置；北緯 20-30 度處在高壓與颱風所形成的下沉範圍，在 d,e,f 案例中，颱風下沉與高壓下沉並沒有在相同區域，會不會形成增溫區域不同的現象呢?看到颱風所形成的個別增溫的情形(圖 4.3.6)，除了 f，大多增溫區域會北部山區與西南部，這也表示不論是只受颱風影響或是高壓加颱風影響都會在這兩個區域有明顯增溫的現象。所以整體颱風溫度與相對濕度的距平(圖 4.3.7)，整體來看臺灣高溫的分布區域位在西南部與東北部區域，單就看臺灣地區環境場的配置來說，這兩處增溫明顯的區域是位在背風的地方。綜合上述，為何在颱風的討論如此重要，原因在於颱風環境場是僅次於高壓影響熱浪的天氣系統，雖然佔整體 20%左右，但受颱風影響下，能延長熱浪事件的天數。在整體環境場討論中，臺灣位在颱風與高壓下沉的區域，增溫區域除了有高壓影響時北部山區增溫明顯的特徵外，西南部的增溫可能來自於颱風效應。 Chen et al.(2010)提到了颱風路徑與臺灣增溫的效應，而在熱浪時段的颱風大多呈現西北-東南走向，受到整體風向影響，西南部的增溫效果也要為明顯。. 4.4 受西南風影響之環境場分析在熱浪天的分類中，不受高壓與颱風影響的情況下，受西南風影響一共有 39 個熱浪天，占整體熱浪 13%。西南風的天氣型態不像颱風會有個別環境場差異很大的形況，這小節分析西南風將以整體的合成平均來呈現臺灣熱浪的影響。圖 4.4.1 為受西南風影響下環境場合成圖。代表高壓勢力的 5880gpm 並未出現在大範圍環境場中，而增溫較顯著的區域發生在中南半島、菲律賓一直到臺灣地區(圖 4.4.1a)，且區域的地面場都是以西南風為主(圖 4.4.1b)。從 850 百帕環境場來看(圖 4.4.1c)，會有一條明顯的水氣在臺灣北方延伸到日本，且有明 18.

(26) 顯的上升運動(圖 4.4.1d)，增溫區整體呈現下沉運動且環境場較為乾燥，在南海一直到臺灣地區都受到乾燥的西南風影響，而臺灣地區除了乾燥的西南風影響外，北緯 25-30 度間出現強的上升區，是否有其他天氣系統的機制影響臺灣地區有增溫的效應是值得探討的。從距平圖來看(圖 4.4.2)，以臺灣為分界，重力位高度正距平是壟罩在南海區域，不同於高壓距平場(圖 4.4.2a)高壓距平是壟罩在臺灣地區，受西南風影響的環境場臺灣地區沒有明顯的重力位增減，所以推斷臺灣增溫的機制與高壓不同。看到 850 百帕相對濕度與風場(圖 4.4.2b)，南側整體環境場較乾燥以及反氣旋環流距平；北側顯示有較濕且逆鐘向風場。從降水來看，在北緯 25-30 度間有明顯的雨帶出現(圖 4.4.2c)，而明顯的雨帶與高壓相比較偏南，當我們找各個西南風的天氣圖時，發現受西南風影響的熱浪時段與高壓相同，在北緯 25-30 度間有鋒面生成，所以西南風環流場顯示的雨帶來自鋒面系統的降水。看到緯向垂直環流(圖 4.4.3)，與高壓垂直環流相比(圖 4.2.10)，上升區的距平較為南邊，此時臺灣地區位於鋒面暖區的位置，所以即使沒有高壓壟罩仍引發高溫現象。從臺灣地區 TCCIP 的溫度距平(圖 4.4.4a)可以發現溫度增溫最明顯的地方在臺灣東部及東北角區域，且增溫的現象比高壓或颱風影響來的明顯；925 百帕相對溼度與風場(圖 4.4.3b)中，受到臺灣地形影響加上西南風的作用，形成迎風面與背風面會形成明顯的相對濕度差異。當西南風增強時，此時的高壓區位在南海，伴隨北緯 25-30 度間鋒面生成，臺灣會位於鋒面交界面以南鋒前暖區的位置，暖區乾燥的西南風加上臺灣地形作用，使得背風增溫又更加明顯，甚至增溫現象會來的比高壓或西南風來的強。. 19.

(27) 第五章結論與未來展望在臺灣災害中並無明確定義熱浪的門檻，選取臺灣地區熱浪的研究所使用的相對指標定義與 WMO 絕對指標進行測試，結果顯示相對指標定義在 CFSR 與 TCCIP 兩種資料選取熱浪事件會優於絕對指標定義。藉由相對指標的討論，指標中的 T1 門檻能決定熱浪的強度；T2 門檻能夠限制所挑選的最低熱浪門檻，考慮到熱浪發生的頻率以及前人的定義，我們認為 T1 為 95 百分位、T2 為 85 百分位會是本篇適合討論熱浪環境場的指標標準。我們也針對重分析資料與測站網格化資料的最高溫度進行比對，結果顯示藉由統計檢定及相關係數得出兩者資料具有高度相關，但整體 TCCIP 溫度會高於 CFSR，約有 3 度左右的差距，而 TCCIP 溫度表現會比 CFSR 來的敏感。最後為了使分析的環境場與實際形況一致，我們以重分析資料與測站網格化資料共同的熱浪事件與天數做環境場的分析。在 1979-2014 年間，以 T1 為 95 百分位，T2 為 85 百分位在選取 TCCIP 與 CFSR 共同的熱浪時段後，最後可以得到 28 個熱浪個案共 293 天。尋找臺灣熱浪的環境場，除了副高影響外的天氣系統。分類完環境場後，颱風與西南風環境場合計占 33%的熱浪環境場，而為了更了解臺灣熱浪環境場，針對高壓、颱風與西南風環境場進行分析。在高壓影響時熱浪開始前，臺灣地區風場會由東南風轉為西南風的趨勢，太平洋區域的乾區逐漸向臺灣移動，副高勢力會由中太平洋向西延伸，隨著時間推進，熱浪開始時大氣環境會由副高系統主導。原本臺灣附近的降水由於天氣系統逐漸受到副高影響，伴隨穩定的大氣環境會使得降水減少，整體臺灣實際溫度會逐漸升高。熱浪時段，臺灣地面環境場位於高壓脊附近，華南沿海延伸到菲律賓北部呈現較為乾燥環境場，臺灣地區會有反氣旋式環流距平壟罩且整體濕度會較為乾燥的狀態。從緯向環流顯示北緯 10-25 度受高壓影響，會使高壓壟罩的區域呈現下沉運動，但同時北緯 30-35 度也會伴隨強的上升運動。分析後發現臺灣地區受高壓壟罩時，容易在北緯 30-40 度間形成梅雨鋒面。當高壓強度減弱，環境 20.

(28) 場的乾區顯示原本影響臺灣的副熱帶高壓逐漸減弱或東退，此時臺灣地區的環境場不再受到副高下沉且乾燥的天氣形態影響，所以原本穩定的大氣狀態在熱浪結束前降水會逐漸增加，高溫現象趨緩。熱浪時段中颱風環境場占整體熱浪時段約五分之一，而且複合環境場影響的平均熱浪天數會來的比單一環境場的熱浪天數多 3-4 天，這些被延長的熱浪時段大多來自於颱風與西南風的貢獻。所以為何颱風的討論如此重要，原因在於颱風環境場是僅次於高壓影響熱浪的天氣系統，雖然佔整體 20%左右，但受颱風影響下，能延長熱浪事件的天數。在整體環境場討論中，臺灣位在颱風與高壓下沉的區域，增溫區域除了有高壓影響時北部山區增溫明顯的特徵外，西南部的增溫可能來自於颱風效應。當西南風增強時，此時的高壓區位在南海，伴隨北緯 25-30 度間鋒面生成，臺灣會位於鋒面交界面以南鋒前暖區的位置，暖區乾燥的西南風加上臺灣地形作用，使得背風增溫又更加明顯，甚至增溫現象會來的比高壓或西南風來的強。. 本研究討論了熱浪的指標與臺灣熱浪的環境場，不同於前人討論臺灣熱浪的環境場，本篇包含颱風對臺灣熱浪的影響進行分析討論，發現颱風對於臺灣熱浪不管是在環境場或是熱浪選取都存在一定程度的影響，以及西南風的天氣系統形成熱浪增溫的效應。當熱浪環境場的結果由一種因素增加到三種因素時，更了解這些天氣系統如何影響環境場，這能使未來透過類似的環境場預測測熱浪發生，甚至預報熱浪發生的時間。全球暖化的影響下對於未來推估也越來越重要，而副高在臺灣地區所形成的熱浪以及在高緯度的鋒面系統，是否在未來情境形成極端高溫與極端降水的可能，相信這些部分仍還有很大的討論空間，在未來的研究也能朝這個方向進行分析與討論。. 21.

(29) 參考資料朱吟晨、陳永明、童裕翔、鄭兆尊(2018)。全球暖化下，臺灣只會越來熱。國家災害防救科技中心災害防救電子報第 157 期。任荣彩、吴国雄(2003)。 1998 年夏季副热带高压的短期结构特征及形成机制。气象学报, 61(2):180-195。李庭慧、許晃雄(2017)。臺灣熱浪特性分析與變遷推估。大氣科學,45 卷 4 期 P281-304。簡芳菁、洪玉秀(2008)。梅雨季西南氣流氣候平均與個案之數值研究。大氣科學,38 卷 4 期 P237-268。 Bouchama, A. 2004. The 2003 European heat wave. Intensive Care Med., 30: 1–3. Black, E. and Sutton, R. 2006. The influence of oceanic conditions on the hot European summer of 2003. Clim. Dyn., 28: 53–66. Chen, T., S. Wang, M. Yen, A.J. Clark, and J. Tsay, 2010: Sudden Surface Warming– Drying Events Caused by Typhoon Passages across Taiwan. J. Appl. Meteor. Climatol., 49, 234–252. García-Herrera R., Díaz J., Trigo R. M., Luterbacher J. and Fischer E. M. 2010: A Review of the European Summer Heat Wave of 2003.Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 40:4, 267-306. Huth R.,and J Kysel,and L Pokorna,2000:A GCM Simulation of Heat Waves, Dry Spells, and Their Relationships to Circulation.pdf. IPCC 2013 Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change ed T F Stocker, D Qin, G-K Plattner, M Tignor, S K Allen, J Boschung, A Nauels, Y Xia, V Bex and P M Midgley (Cambridge: Cambridge University Press) Summary for policymakers Kueh, M.T., Lin, C.Y., Chuang, Y.J., Sheng, Y.F., Chien, Y.Y. Climate variability of 22.

(30) heat waves and their associated diurnal temperature range variations in Taiwan.Environ. Res. Lett.12,074017. Kunkel, K.E., S.A. Changnon, B.C. Reinke, and R.W. Arritt, 1996: The July 1995 Heat Wave in the Midwest: A Climatic Perspective and Critical Weather Factors. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 1507–1518 Lau, N.-C., and M. J. Nath, 2014: Model simulation and projection of European heat waves in present-day and future climates. J. Climate, 27, 3713–3730. Liu, Y., G. Wu, and R. Ren, 2004: Relationship between the Subtropical Anticyclone and Diabatic Heating. J. Climate, 17, 682–698 Luo, M. and N. Lau,2017: Heat Waves in Southern China: Synoptic Behavior, Long-Term Change, and Urbanization Effects. J. Climate, 30, 703–720. Matsueda, M. 2011: Predictability of Euro‐Russian blocking in summer of 2010. Geophys. Res. Lett., 38, L06801. Meehl, G. A. and Tebaldi, C.,2004:More intense, more frequent, and longer lasting heat waves in the 21st century. Science ,305, 994–997 . Russo, S.; Sillmann, J.; Fischer, E.M. Top ten European heat waves since 1950 and their occurrence in the coming decades. Environ. Res. Lett. 2015, 10, 124003. Schubert, S.D., H. Wang, R.D. Koster, M.J. Suarez, and P.Y. Groisman, 2014: Northern Eurasian Heat Waves and Droughts. J. Climate, 27, 3169-3207. Vaneckova, P., M. A. Hart, P. J. Beggs, and R. J. de Dear, 2008: Synoptic analysis of heat-related mortality in Sydney, Australia, 1993–2001. Int. J. Biometeor., 52, 439–451 Wang J, Yan Z, Quan X W and Feng J 2016: Urban warming in the 2013 summer heat wave in eastern China ,Clim. Dyn,48 3015–33. Wang W, Zhou W, Li X, Wang X, Wang D 2016:Synoptic-scale characteristics and atmospheric controls of summer heat waves in China. Clim Dyn 46(9):2923– 2941.. 23.

(31) 附表. 表 1 TCCIP 所選取的熱浪事件數與天數的統計表。(單位：件/天). 表 2 絕對指標之熱浪事件數與天數統計表. 24.

(32) 表 3 絕對指標與相對指標熱浪事件數與天數統計表. 表 4 事件分類下，臺灣地區單一環境場與複合環境場之熱浪事件數與天數統計表. 25.

(33) 圖 3.1.1 2013 年 5-9 月 TCCIP 之最高溫度與熱浪時段合成圖。T1 皆為 95 百分位，變動 T2 百分位(a) T2 為 75 百分位；(b) T2 為 80 百分位；(c) T2 為 85 百分位；(d) T2 為 90 百分位。藍線代表 T1 為 95 百分位下的溫度標準線，紅線為選取不同百分位下的溫度標準線。淺藍色範圍為在指標下所選取的熱浪時段。. 26.

(34) 圖 3.1.2：2006 年 5-9 月 TCCIP 之最高溫度與熱浪時段合成圖。T2 皆為 85 百分位，變動 T1 百分位(a) T1 為 90 百分位；(b) T1 為 95 百分位；(c) T1 為 98 百分位。藍線代表 T1 為 95 百分位下的溫度，紅線為選取不同百分位下的溫度。淺藍色範圍為在指標下所選取的熱浪時段。. 27.

(35) 圖 3.2.1：2013-2014 年絕對指標與相對指標之溫度曲線圖。橫軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序，縱軸為溫度；藍色區域為所選取的熱浪時段。左邊為絕對指標選取結果，粗線為 TCCIP 日最高溫，細線為 1.05 標準差；右邊為相對指標。. 28.

(36) 圖 3.3.1 (a) TCCIP 與 CFSR 最高溫度散點圖。縱座標為 TCCIP 最高溫，橫座標為 CFSR 最高溫。(b) TCCIP 與 CFSR 逐年 5-9 月最高溫相關係數折線圖。縱座標為相關係數，橫座標為年份。. 29.

(37) 圖 3.3.2：2014 年 5-9 月 TCCIP 與 CFSR 溫度曲線圖。橫軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序，縱軸為溫度；黑線為 TCCIP 的最高溫，藍線為 CFSR 最高溫，綠色線段為各自所選取的熱浪時段，紅色線段為兩者共同的熱浪時間。. 30.

(38) 圖 4.1.1：熱浪環境場分類之天數圓餅圖。總天數為 293 天，其中高壓環境場為 196 天；颱風環境場 58 天；西南風環境場 39 天。. 31.

(39) 圖 4.2.1：受高壓影響下熱浪發生前各變數環境場合成圖。(a)海平面氣壓(色階，單位：百帕)與地面風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)，(b)700 百帕相對濕度(色階，單位：%)及 700 百帕風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)，(c)500 百帕重力位高度(色階，單位： gpm)。Day-3 代表熱浪開始前三天，依此類推，Day-0 表示熱浪發生當天。. 32.

(40) 圖 4.2.2：受高壓影響下熱浪發生前與結束前，臺灣地區 TCCIP 的最高溫(紅線) 及平均降水(藍線)折線圖。(a)熱浪發生前三天，(b)熱浪結束前三天。 33.

(41) 圖 4.2.3 熱浪時段受高壓影響之環境場合成圖。(a)海平面氣壓(色階，單位：百帕)與地面風場(箭頭，單位：𝑚/𝑠)；(b)700 百帕相對濕度(色階，單位：%)與 500 百帕重力位高度(實線，單位：gpm)；(c)地面降水(色階，單位：mm)。. 34.

(42) 圖 4.2.4：熱浪時段受高壓影響之環境場距平圖。(a)地面最高溫(色階，單位： ℃)與 500 百帕重力位高度(實線，單位： gpm)；(b)700 百帕相對濕度(色階，單位：%)及風場(箭頭，單位：𝑚/𝑠)。. 35.

(43) 圖 4.2.5：熱浪時段受高壓影響之重力位勢(色階，單位：106 𝑚2 𝑠 −1)與輻合輻散場。(a)1000 百帕；(b)100 百帕。. 36.

(44) 圖 4.2.6：熱浪時段受高壓影響之 TCCIP 最高溫距平。單位：℃. 37.

(45) 圖 4.2.7：熱浪時段受高壓影響下，重力位高度(色階，單位：gpm)在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。. 38.

(46) 圖 4.2.8：熱浪時段受高壓影響下，溫度在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。單位：℃. 39.

(47) 圖 4.2.9：熱浪時段受高壓影響下，比濕距平(色階，單位：g/kg)與相對濕度距平(實虛線，單位：%)在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平圖。. 40.

(48) 圖 4.2.10：熱浪時段受高壓影響下，緯向環流場距平合成圖。箭頭表示 v、w 合成平均(w 為103 𝑝𝑎/𝑠)，色階表示垂直速度距平(單位：pa/s)。. 41.

(49) 圖 4.2.11：熱浪時段受高壓影響下，300 百帕環境場合成圖。(a)溫度距平(色階，單位：℃)與熱浪實際風場(實線，單位：𝑚/𝑠)以及風場(箭頭，單位：𝑚/𝑠)距平圖。. 42.

(50) 圖 4.2.12：受高壓影響下熱浪發生前各變數環境場合成圖。(a)海平面氣壓(色階，單位：百帕)與地面風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)，(b)700 百帕相對濕度(色階，單位：%)及 700 百帕風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)，(c)500 百帕重力位高度(色階，單位： gpm)。Day-3 代表熱浪結束前三天，依此類推，Day-0 表示熱浪結束當天。. 43.

(51) 圖 4.3：熱浪時間序列圖。橫軸為年份，縱軸為 5 月 1 日到 9 月 30 日天數的排序；紅色表示高壓環境場時段，藍色表示颱風環境場時段；綠色表示西南風環境場時段。. 44.

(52) 圖 4.3.1：熱浪時段颱風環境場選取示意圖。. 45.

(53) 圖 4.3.2：熱浪時段受颱風影響的颱風分布圖。. 46.

(54) 圖 4.3.3：受到颱風影響下之個別海平面氣壓(色階，單位：百帕)與風場(箭頭，單位：𝑚/𝑠)。a~f 分別為文中所討論的六個案例。. 47.

(55) 圖 4.3.4：受到颱風影響下之個別 925-400 百帕平均垂直速度(色階，單位：pa/s) 與 500 百帕重力位高度(實線，單位：gpm)。a~f 分別為文中所討論的六個案例。. 48.

(56) 圖 4.3.5：受到颱風影響下，在東經 118-124 度取經向平均之緯向垂直剖面距平合成圖。箭頭表示 v、w 合成平均(w 為103 𝑝𝑎/𝑠)，色階表示垂直速度距平(單位： pa/s)。. 49.

(57) 圖 4.3.6：熱浪時段受到颱風影響下之最高溫距平圖，單位：℃。. 50.

(58) 圖 4.3.7：熱浪時段受颱風影響下環境場合成圖。(a)TCCIP 地面最高溫距平(色階，單位：℃)圖；(b)925 百帕相對濕度(色階，單位：%)及風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)合成圖。. 51.

(59) 圖 4.4.1：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(a)最高溫距平(色階，單位： ℃)與 500 百帕重力位高度(實線，單位：gpm)；(b)海平面氣壓(色階，單位：百帕)與流線場；(c)850 百帕相對濕度(色階，單位：%)與風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)； (d)925-400 百帕垂直速度(單位：Pa/s)。. 52.

(60) 圖 4.4.2：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(a)最高溫距平(色階，單位： ℃)與 500 百帕重力位高度(實線，單位：gpm)；(b)850 百帕相對濕度(色階，單位：%)及風場(箭頭，單位：𝑚/𝑠)距平；(c)平均降水(單位：mm)。 53.

(61) 圖 4.4.3：熱浪時段受西南風影響下，緯向環流距平合成圖。箭頭表示 v、w 合成平均(w 為103 𝑝𝑎/𝑠)，色階表示垂直速度距平(單位：pa/s)。. 54.

(62) 圖 4.4.4：熱浪時段受西南風影響下環境場合成圖。(a)TCCIP 地面最高溫距平(色階，單位：℃)圖；(b)925 百帕相對濕度(色階，單位：%)及風場(箭頭，單位： 𝑚/𝑠)合成圖。. 55.

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