金門起霧日與聖嬰現象之關係探討

金門地區第 61 屆中小學科學展覽會 作品說明書

科別：地球科學學科 組別：高級中等學校組

作品名稱：金門起霧日與聖嬰現象之關係探討

關鍵字：霧、聖嬰現象、能見度

摘要

三四五月是金門的起霧季，若風向為西南風的話可能會造成濃霧，濃霧的 產生並無一定了規律。因此我們推測島周邊氣象因素，海溫是我們最早想到 了，但資料不足難以研究，加上 NOAA 的資料後，因 NOAA 的解析度太大，不 能作為準確的判斷，於是我們去找了聖嬰指標和聖嬰所影響的大氣壓後發現，

當東赤道太平洋海水的水溫在秋季時有明顯的上升(聖嬰年)，半年之後（隔年春 季），金門的起霧天數會變得比往常還要多 10 到 20 天。

1、 研究動機

居住在離島的我們，常常在每年 3~5 月受霧季影響航班而困擾，但我們也 觀察到，並不是每年的霧季起霧的日數都是特定的數量，除了風向轉變為南風 的影響外，是否能用全球大尺度的氣候或是氣象因子，來推測該年度起霧日數 的多少。因此，我們開始從事本次的研究報告。

2、 研究目的

1. 金門起霧與附近海溫的關係 2. 金門起霧與聖嬰現象的相關性 3. 金門起霧與春季氣壓是否有關

3、 研究設備與器材

電腦、Microsoft Excel、線上軟體資料庫（詳如參考資料）：

1. 中央氣象局觀測資料查詢系統

2. 美國海洋氣象總署(NOAA)氣候預報中心(CPC)和金門大橋天氣服務 3. 經濟部水利署—水文資料網路查詢系統

4、 研究過程與方法

我們從中央氣象局、水利署、美國海洋氣象總署等的資料庫收集各種氣象資 料，並將其做成圖表，再由組員一起討論出相關性。

我們從中央氣象局的金門測站中下載 2005~2020 當天有起霧的資料一一查 看，將能見度低於一公里且濕度超過 70%的當天資料下載下來，最後再統計這 十五年來的個月起霧天數圖。

圖一、中央氣象局氣象資料下載的原始資料，每一小時有一筆資料

有關金門起霧的原因我們根據廖杞昌等人的資料來做說明，並且在 2021 年的 清明連假剛好兩種的成因都有出現，我們也一起來做說明：

(A)為高壓迴流帶來暖濕空氣

(B)滯留鋒位在台灣北部，冷、暖空氣團低層交接處水氣凝結。

(A) (B)

圖二:廖杞昌等人(2015)指出外島(金門、馬祖)起霧的天氣型態:

圖三:2021 年 4 月 2 日至 3 日，地面天氣圖(參考資料三)

2021 年的 4 月 1 日至 2 日，金門濃霧影響交通運疏，是個非常好的觀測機會，

由 2 號至 3 號的地面天氣圖我們可以看到滯留鋒在台北的北部，高壓位在太平 洋西岸並從西南海域帶來濕暖空氣，尤其在在 2 號當天起的霧也特別的濃，並 且在氣象局的資料中也能看到能見度沒有超過一公里，甚至有到 100 公尺的情 況發生：

圖四：4 月 2 日的氣象資料圖

5、 資料探討

圖五、2005 到 2020 年的每月起霧天統計

圖五中可以觀察到三四五月份的起霧天數最多接著我們把歷年的變化量統整，

繪出了圖六。

圖六、2005 年至 2020 年每年的起霧天數統計

從圖六中發現以年份來講並沒有一定的規律，除此之外，我們將前面的起霧天 數最多的三四五月製成折線對比後，發現每年的起霧天數確實是由三四五月主 導。看著這無規律的圖，我們想到了去年很有討論度的聖嬰現象，於是本作品 也會加上聖嬰的數據來一起做討論研究。

圖七、聖嬰指標：NINO3.4 （圖片來源：參考資料八）

圖八: 2005 年至 2020 年聖嬰指標(NINO3.4)的變化量。縱座標單位為℃

並用聖嬰指標繪製出圖八，上面的英文字母代表的是聖嬰指標的月份，每張圖 分別是三個月為一單位，一整年下來後的統計數據，看那年 NINO3.4 區域的表 面海溫是否高出平均正常值，還是低於平均正常值。

再來，我們直接把指數和起霧天數做疊圖，看起來毫無交疊

圖九、2005 年至 2020 年聖嬰指標(NINO3.4)與三四五月起霧天數的變化量。

藍線是聖嬰指標（標單位為℃）、紅線是起霧天數。

但我們仔細的觀察數據之後，把起霧天數延後一年，這時候就發現似乎是很有 關係，我們決定做一下他們的相關性。

圖十、2005年至2020年聖嬰指標延後一年(NINO3.4)與3-5月起霧天數的變化量。

藍線是聖嬰指標（標單位為℃）、紅線是起霧天數。

這裡的相關性我們選擇採用了 Excel 的「CORREL」函式並做比較，結果如下：

英文代碼 代表月份 相關係數(未延後) 相關係數(延後一年) 增加量

JJA

6~8 -0.101 0.599 0.699

JAS

7~9 -0.059 0.613 0.673

ASO

8~10 -0.004 0.611 0.615

SON

9~11 0.025 0.585 0.559

OND

10~12 0.020 0.564 0.543

NDJ

11~1 0.0006 0.532 0.531

DJF

12~2 -0.119 0.502 0.621

JFM

1~3 -0.153 0.497 0.650

FMA

2~4 -0.043 0.469 0.512

MAM

3~5 0.094 0.397 0.303

AMJ

4~6 0.269 0.224 -0.045

MJJ

5~7 0.218 -0.028 -0.246

上表來比較有無延後的相關係數，可以發現相關性變化非常的明顯，其中以 JAS 的最為相關，但之後的幾個月的相關性也很強，我們把它拿出來比較：

圖十一: 2003 年至 2020年聖嬰指標(NINO3.4)與起霧天數的變化量

圖十一我們能很明顯的看出起伏部分幾乎是一樣的，相關係數也來到將近 0.7，

相關性很強，讓我們可以推論金門起霧天數和聖嬰現象可能有關。

二、海溫氣壓資料探討

這時候我們又再思考，聖嬰現象和海溫有關，而他們對於起霧的影響是否也有 直接關聯呢？因此我們著手收集了金門(118E,24N)附近海溫的數據。我們查到 NOAA 有全球的海溫資料和水利署水文資料，我們便開始著手，

下面是水利署水文資料上的金門測站位置:

圖十二、金門浮標的位置（圖中紅點處）

圖十三、起霧天數和海溫對比的結果

由於海溫的資料不足，只有 2005-2012 年之間有資料，所以我們並沒有得知太 多的訊息，從相關係數中得出-0.3 的結果。

圖十四、聖嬰年(2010,2016)的三四五月平均海溫圖

圖十五、反聖嬰年(2008,2011,2012,2017) 的三四五月平均海溫圖

圖十六、2005~2020 年的三四五月平均海溫圖

由 NOAA 抓取的海溫資料也能發現海溫的變化很小，聖嬰年和反聖嬰年的差距 不大，溫度都是在 22~23 度之間，但如果跟 2005~2020 的平均海溫相比的 話 ，聖嬰年和反聖嬰年金門附近的海溫都是比較偏低的。

另一個和聖嬰現象有相關的就是氣壓了，我們藉由聖嬰現象會在西北太平洋的 高壓來說明:

圖十七、西北太平洋上因聖嬰現象所產生的高壓(參考資料一)

圖十八、2015/12 月均氣壓圖(左圖) 2016/3 月均氣壓圖(右圖)

圖十九、沒起霧時的風向(左圖)，起霧時的風向(右圖)

我們從參考資料發現聖嬰年時在西北太平洋上會有額外的高壓產生，就會像圖 十七，因在隔年的春季這個高壓還是持續著，而西伯利亞高壓會慢慢消散，四 五月的風向就會順著西太平洋的西南風，在圖十九由我們統計起霧時的風向可 以很明顯的看起霧時的風向都是偏向西南風，所以使暖的空氣在金門附近的水 域碰上溫度相對不高的海溫，就會有霧的產生，與我們開頭提及的廖杞昌等人 所說明的成因相同。

6、 結論

一、 金門每年起霧最多天的月份是三四五月。

二、 起霧時的風向多是西南風。

三、 金門海溫與起霧天數關係為些微的負相關。

四、 聖嬰現象會影響半年後的起霧天數，原因是聖嬰所產生的西太平洋 高壓，由南海吹進來的暖空氣在金門島遇到冷海水而形成，並讓起天數 多出十到二十天。

7、 參考資料及其他

一、 https://scitechvista.nat.gov.tw/c/skZJ.htm 西北太平洋高壓圖

二、 http://conf.cwb.gov.tw/media/cwb_past_conferences/104/104%E5%B9%B4%E5%85%A8%E6

%96%87/6.%E6%B0%A3%E8%B1%A1%E4%BA%A4%E9%80%9A%E6%87%89%E7%94%A8/6 -11-L-%E5%BB%96%E6%9D%9E%E6%98%8C-

%E8%87%BA%E7%81%A3%E6%B5%B7%E5%B3%BD%E5%A4%96%E5%B3%B6%E5%8F%8A

%E8%A5%BF%E9%83%A8%E6%B2%BF%E5%B2%B8%E6%B8%AC%E7%AB%99%E6%88%90

%E9%9C%A7%E7%89%B9%E6%80%A7%E7%B5%B1%E8%A8%88%E5%88%86%E6%9E%90.

pdf 臺灣海峽外島及西部沿岸測站成霧特性統計分析 廖杞昌 沈正光 崔怡楓 羅明福 三、 https://www.cwb.gov.tw/V8/C/W/analysis.html 中央氣象局 地面天氣圖

四、 https://psl.noaa.gov/cgi-

bin/DataAccess.pl?DB_dataset=NCEP%20Reanalysis%20Daily%20Averages&DB_variable=Pre ssure&DB_statistic=Mean&DB_tid=91589&DB_did=198&DB_vid=679 NOAA 氣壓

五、 https://psl.noaa.gov/cgi-

bin/DataAccess.pl?DB_dataset=COBE%20Sea%20Surface%20Temperature&DB_variable=Sea

%20Surface%20Temperature&DB_statistic=Mean&DB_tid=90739&DB_did=158&DB_vid=58 73 NOAA 海溫

六、 https://e-service.cwb.gov.tw/HistoryDataQuery/index.jsp 中央氣象局--觀測資料查詢系統 七、 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%84%E5%B0%94%E5%B0%BC%E8%AF%BA%E5%8D%

97%E6%96%B9%E6%8C%AF%E8%8D%A1%E7%8E%B0%E8%B1%A1 聖嬰資料

八、 https://ggweather.com/enso/oni.htm?fbclid=IwAR1zyEd4hPxMEXTchBTceEsucPTpd- g_uZzdIwA0CclA7np8fzbikMTlhbA noaa oni

九、 http://gweb.wra.gov.tw/wrhygis/ 經濟部水利署—水文資料網路查詢系統

十、 廖杞昌、沈正光、崔怡楓、羅明福，2015：台灣海峽外島及西部沿岸測站成霧特性統計分析。104 年 天氣分析與預報研討會彙編，6-11。

評語

組別：高級中等學校組 科別：地球與行星科學

作品名稱：金門起霧日與聖嬰現象之關係探討 名次：1

編號：Ce-1 優點：

本研究使用 2005-2020 期間，每年三到五月金門的起霧日總數，以 及同樣期間連續三個月的平均 Nino3.4 指數資料，進行相關係數分 析。結果發現，同一年的聖嬰指標與金門起霧日數的相關性很低，

但若將 Nino3.4 指數資料提前一年，則發現秋季的聖嬰指標高低，

則與次年春季的金門起霧日數，有蠻高的相關性，相關係數最高可 超過 0.6。氣候上的解釋是，聖嬰發生使隔年春季西北太平洋出現 異常高壓，此高壓的環流使金門更容易出現西南風，提供暖濕空氣 來源，因此起霧日增加。

1. 此種延遲相關的計算，普遍使用在氣候研究上，但對高中生來 說，是很好的觀察與嘗試。

2. 本研究有討論到 2021 年春假期間的資料，就在收件截止之前，

算是蠻新穎的。

建議：

1. 稍嫌可惜的是，本研究並沒有證明，聖嬰發生隔年春季，西南風 會更常出現，且造成起霧日增加，但這個應該是蠻容易可以做到 的。

2. 文中 (p.15) 說因為海溫資料不足，無法提供太多訊息。這點其 實可以找到，只是可能學生沒能找到比較完整的海溫資料。

3. 有許多圖同時顯示聖嬰指數與金門起霧日數的資料，此時應該有 兩個縱軸，分別對應兩種資料，但可能學生對 Excel 不夠熟悉，沒 能如此做。