台灣梅雨季強降水系統激發與移行機制之個案模擬研究

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(1)國立臺灣師範大學地球科學研究所碩士論文. 指導教授 : 王重傑博士. 台灣梅雨季強降水系統激發與移行機制之個案模擬研究. 研究生 : 許捷勝. 撰. 中華民國 101 年 8 月.

(2) 致謝歷經了研究所這段時光的洗禮，讓我過了非常充實的兩年，也為碩士學業畫下完美的句點。一路上走來，感謝每個人的幫助與指點， Group 就像是個小型職場的縮影，學到了不只是學術上的知識，更學到了人與人之間的互動。感謝指導教授-王重傑老師對於研究路上的細心地教導與詳細地解惑，使我在研究過程中受益良多。感謝口試委員-陳泰然教授、與簡芳菁教授給予寶貴建議與多元意見，使論文能更趨完整與充實。感謝美鳳學姐打理好一切事務，感謝研究室的心怡學姐、小玲學姐、子鈞學長、尹懋學長、怡文學姐、允薇學姐的照顧與指導。感謝一起努力的研究生們-拉瑪學長、猴學長、小童學長、阿達學長、庭慧學長、Gary 學長、George 學長、小傑、育緯、孟光、鄭皓、思瑩、伯勳、子睿、星澔的陪伴一起努力一起歡笑，熬過這辛苦的歲月。最後，想對最親愛的家人說聲平時說不出口的感謝，由於你們默默的在背後支持與付出，使我能無後顧之憂、全心全意在課業與研究上。感謝體貼的 Eudora 兩年來無條件接受我的喜怒哀樂，陪我度過一次次的難關。僅以最高之敬意將本篇研究獻給所有協助我的每一個人。 I.

(3) II.

(4) 摘要 2008 年「西南季風實驗」(SoWMEX)第八次密集觀測 (IOP-8) 期間，台灣地區先後發生兩波豪雨，其綜觀環境由同一道梅雨鋒面所主宰。第一波豪雨為 6 月 14 至 15 日，在大陸東南沿岸與台灣海峽上有組織良好的中尺度對流系統 (颮線) 發展，並由西向東往台灣地區移行。第二波於 6 月 16 至 17 日，則是在台灣西南方海面上形成一局地對流系統，兩波對流皆造成台灣中南部地區的豪大雨。地面天氣圖與分析資料顯示，梅雨鋒面於 14 日時最接近台灣地區，其個案期間鋒面皆無通過台灣。第一波降水之綜觀條件於中層有明顯的槽脊系統，並於槽前的正渦度平流區伴隨著低層噴流(LLJ)之發展。此 LLJ 一方面補充水氣支持對流的持續發展；另一方面則提供低層垂直風切，組織對流使其向東移行。第二波降水之綜觀條件較不顯著，LLJ 位置隨時間由東向西退，與第一波相比則較不利於降水系統之移行。本研究使用日本名古屋大學之非靜力雲解析風暴模式(CReSS)，模擬 2008 年 6 月 12 日至 18 日台灣地區之暖季降水個案。進一步透過唯有綜觀環境變化(全海洋表面)、及唯有局部環流日夜變化等(全、無地形)敏感度測試實驗進行比對。結果發現，於無綜觀有利條件下(唯有日夜變化)，將不利於降水系統之移行，顯示此個案期間主要由綜觀環境在控制大部分降水的時間與位置，但局部環流對於降水移行仍有一定的調節作用。此外，實驗結果亦顯示，低層盛行氣流因受到台灣地形的阻擋產生繞流現象，有利降水系統於台灣海峽上輻合增強，使降水集中於台灣中部平原。透過平坦地形及全海洋表面實驗，降水系統於海峽上增強現象則較不明顯，降水易發生於台灣偏北處、甚至移至東北部。且因地形阻擋所造成之冷池現象，對於第二波之後造型降水系統發展與維持亦扮演著重要的角色。關鍵字：SoWMEX、IOP-8、CReSS 模式、梅雨鋒面、降水東移、日夜變化. III.

(5) IV.

(6) 目錄. 致謝 ........................................................................................ I 摘要 ..................................................................................... III 目錄 ...................................................................................... V 圖表目錄 ................................................................................. VI 第一章緒論 ........................................................................... 1 1.1 前言 ................................................................................. 1 1.2 文獻回顧 ......................................................................... 3 1.3 研究動機與目的 ............................................................. 7 1.4 論文結構 ......................................................................... 8 第二章資料來源與研究方法 ............................................... 9 2.1 資料來源 ......................................................................... 9 2.2 研究方法 ....................................................................... 10 2.3 模式簡介 ....................................................................... 11 2.4 模式設定 ....................................................................... 13. V.

(7) 第三章個案觀測資料及綜觀分析...................................... 16 3.1 綜觀天氣分析 ................................................................ 16 3.2 雷達回波和雨量分析.................................................... 20 3.3 衛星雲圖與客觀分析場資料分析 ................................ 22 3.4 小結 ............................................................................... 24 第四章數值模擬 ................................................................. 25 4.1 綜觀環境比較 ............................................................... 25 4.2 雷達觀測比較 ............................................................... 28 4.3 降水分布比較 ............................................................... 31 4.4 降水移行比較 ............................................................... 32 4.5 小結 ................................................................................ 32 第五章敏感度測試 ............................................................. 34 5.1 CTL 與 SNP 實驗模擬結果比較 ................................... 34 5.2 DIU 與 DIUNT 實驗模擬結果比較 .............................. 37 5.3 交叉模擬結果比較........................................................ 40 第六章結論 ......................................................................... 42 參考文獻 ................................................................................. 45 VI.

(8) 圖表目錄表 2.1. CReSS 模式敏感度測試實驗設定 .......................................... 49. 表 5.1. K 指數與雷雨出現機率對照表(http://www.noaa.gov) ........... 50. 圖 2.1. CReSS 模式冷雨過程中各種水相與冰相粒子間轉換之雲物理過程示意圖。其中. 、、、以及. 分別為雲水、雨水、. 雲冰、雪及軟雹之混和比。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，蒸發與昇華(vapor deposition, evaporation and sublimation)，CL 表合併收集(collection)，AG 表凝集(aggregation) ，CN 表粒子間轉換(conversation)，ML 表溶解(melting)，FR 表凍結(freezing)，SH 表液態水的剝離(shedding of liquid water)。 ..................................................................................................... 51 圖 3.1. 中央氣象局在 2008 年 6 月(a) 13 日 0000 UTC 至 (h) 16 日 1200UTC 每 12 h 之海平面天氣圖。實線為等壓線，分析間距為 4 hPa。 ................................................................................. 52. VII.

(9) 圖 3.2. 2008 年 6 月(a) 13 日至 (d) 16 日逐日 0000 UTC 之 850 hPa 天氣圖。實線為等高線，分析間距為 30 gpm。紅色虛線為鋒面位置。 ................................................................................... 56. 圖 3.3. 中央氣象局在 2008 年 6 月(a) 13 日至 (d) 16 日逐日 0000 UTC 之 700 hPa 天氣圖。實線為等高線，分析間距為 30 gpm。 ................................................................................................... 58. 圖 3.4. 中央氣象局在 2008 年 6 月(a) 13 日至 (d) 16 日逐日 0000 UTC 之 500 hPa 天氣圖。實線為等高線，分析間距為 60 gpm。 ................................................................................................... 60. 圖 3.5. 中央氣象局在 2008 年 6 月(a) 13 日至 (d) 16 日逐日 0000 UTC 之 200 hPa 天氣圖。 ................................................................. 62. 圖 3.6. 中央氣象局雷達垂直向最大回波 (dBZ) 合成圖。時間分別為 2008 年 6 月 (a) 12 日 0600 UTC ，(b) 13 日 0000 至 (h) 14 日 1200 UTC 每 6 h，及 (i) 15 日 0000 至 (l) 16 日 1200 UTC 每 12 h。 ........................................................................................ 64. 圖 3.7. 台灣地區在 2008 年(a) 6 月 12 日至 (f) 6 月 17 日之逐日 24 h 累積雨量 (mm)。累積時段以 LST 為準，色階示於各圖右方。 ................................................................................................... 65. VIII.

(10) 圖 3.8. 東亞地區於 2008 年(a) 6 月 13 日至(f) 16 日逐日 MTSAT 衛星雲圖與 NCEP 分析場綜觀環境示意圖。色階分析之單位為 K，色階間距如下方色階表所示。 ................................................ 66. 圖 3.9. NCEP 分析場資料於 2008 年 (a) 6 月 13 日至 15 日 0000 UTC 與 (b)16 日至 18 日 0000 UTC 鋒面位置分布。各色線日期與時間如左上方色線表所示。 .................................................. 69. 圖 3.10. NCEP 分析場資料於 2008 年 (a) 6 月 13 日至 15 日 0000 UTC 與 (b)16 日至 18 日 0000 UTC 850hPa 風速大於 12m s-1 之範圍(色階區)分布。各色階日期與時間如左上方色階表所示。 ................................................................................................. 70. 圖 4.1. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日 NCEP 分析場資料之地面高度 10m 處風場 (黑色，kts) 、與 1000 hPa 高度場(橘色實線，間隔 10 gpm)，疊加上 TRMM 之降雨強度資料(色階， mm hr-1)，色階分析間距如下方色階表所示。紅色實線為梅雨鋒面之位置，點虛線區域為模式模擬範圍。 ....................... 71. 圖 4.2. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日 CReSS 模式模擬於地面高度 10 m 處之風場(黑色，kts)、在高度 100 m 之氣壓場(橘色實線，間隔 1 hPa)、與降雨強度(色階，mm hr-1)，色階分析間距如右方色階表所示。紅色實線為梅雨鋒面之位置 .... 74 IX.

(11) 圖 4.3. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日 NCEP 分析場資料 850 hPa 之風場(黑色，kts)、高度場(橘色實線，間隔 10 gpm)、與低層噴流(灰階，大於 12 m s-1)，灰階分析間距如下方灰階表示，紅色虛線為梅雨鋒面之位置，點虛線區域為模式模擬範圍。 ................................................................................................. 77. 圖 4.4. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日於高度 1594 m 處之風場 (黑色，kts)、氣壓場(橘色實線，間隔 1 hPa)、與低層噴流 (灰階，大於 12 m s-1)，紅色虛線為梅雨鋒面之位置，灰階分析間距如右方灰階表所示。 .................................................. 80. 圖 4.5. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日 NCEP 分析場資料 500 hPa 之風場(黑色，kts)、高度場(橘色實線，間隔 10 gpm)、與相對渦度(色階，10-4)，色階分析間距如下方色階表所示，點虛線區域為模式模擬範圍。 ...................................................... 83. 圖 4.6. 2008 年 (a) 6 月 13 日至 (e) 17 日 CReSS 模式模擬於高度 5773 m 處之風場(黑色，kts)、氣壓場(橘色實線，間隔 1 hPa) 、與相對渦度(色階，10-4)，色階分析間距如右方色階表所示。 (e) 黑色方框為圖 4.10 計算平均之範圍。.......................... 86. 圖 4.7. CReSS 模式輸出之可降水粒子混合比(雨水、軟雹與雪之總混合比)最大值，色階間距如右方色階表所示，(g kg-1)。2008 X.

(12) 年 6 月(a)12 日 0600 UTC 至(l)16 日 1200 UTC，時間間距與圖 3.6 相同。 ......................................................................... 89 圖 4.8. 同圖 3.7，但累積時段以 UTC 為準。色階間距如右方所示。 ................................................................................................. 90. 圖 4.9. 同圖 4.8，但為 CReSS 模擬累積雨量。色階間距如右方所示。 ................................................................................................. 91. 圖 4.10. 2008 年 6 月 12-18 日 0000 UTC (a) TRMM 之 0.25°經緯度與 (b) 模式模擬平滑處理後 25 km 網格每 3 h 之降水強度( mm h-1)，於 20-26N、112.5-122.5E 範圍(圖 4.6e 所示)之經度時間剖面分布圖。 .................................................................. 92. 圖 5.1. 同圖 4.10，但為(a) CTL 與(b) SNP 實驗之每 15 分鐘、水平解析度 2.5 km 之降水強度資料(mm hr-1)之經度-時間剖面分布圖比對。C1、C2 與 C3 為各別之降水系統，箭號為其移行特性。 ......................................................................................... 93. 圖 5.2. CTL 實驗模擬於地面高度 10 m 處之氣流場(灰色箭號)、輻合場(紫色實線，間隔為 2×10-4)、與降雨強度(色階，mm hr-1)，色階分析間距如右方色階表所示。灰色實線為地形於 450 m 高度線。時間分別為 2008 年 6 月 13 日 (a) 0000 UTC 至. XI.

(13) (h) 14 日 1800 UTC 每 6 h，及 (i) 15 日 2100 UTC 至 (n) 16 日 1200 UTC 每 3 h。(b) A-A’ (f) B-B’紅實線為圖 5.5 中垂直剖面。............................................................................ 94 圖 5.3. SNP 實驗模擬於地面高度 10 m 處之氣流場(灰色箭號)、輻合場(紫色實線，間隔為 2×10-4)、與降雨強度(色階，mm hr-1)，色階分析間距如右方色階表所示。時間分別為 2008 年 6 月 13 日 (a) 0000 UTC 至(h) 14 日 1800 UTC 每 6 h，及 (i) 15 日 2100 UTC 至 (n) 16 日 1200 UTC 每 3 h。 .................. 99. 圖 5.4. 同圖 4.9 但為 SNP 實驗模擬累積雨量，色階間距如右方所示。 ............................................................................................... 104. 圖 5.5. 2008 年 6 月(a) 13 日 0600 沿圖 5.2b 中垂直剖面 A-A’ 與(b) 14 日 0600 UTC 沿圖 5.2f 中垂直剖面 B-B’之位溫場(黑色虛線，間隔為 5 K)、垂直與剖面水平合成風向量(ux、w，m s-1)、與可降水粒子混合比最大值，色階間距如下表所示，g kg-1。 ............................................................................................... 105. 圖 5.6. 2008 年 6 月(a) 15 日 2100 至(d) 16 日 1500 UTC 每 6 h CTL 實驗模擬於地面高度 1594 m 處之風場(黑色風標)、上升運動場(紫色實線，間隔為 5 m s-1)、與於地面高度 1.5 m 處之位溫. XII.

(14) 場(色階，K)，色階分析間距如右方色階表所示。C-C’黑實線為圖 5.8 中垂直剖面。 ......................................................... 106 圖 5.7. 2008 年 6 月(a) 15 日 2100 至(d) 16 日 1500 UTC 每 6 h. SNP. 實驗模擬於地面高度 1594 m 處之風場(黑色風標)、上升運動場(紫色實線，間隔為 5 m s-1)、與於地面高度 1.5 m 處之位溫場(色階，K)，色階分析間距如右方色階表所示。 .............. 107 圖 5.8. 2008 年 6 月(a) 15 日 2100 至(d) 16 日 1500 UTC 每 6 h 之沿圖 5.6 中垂直剖面 A 至 A’之輻合場(橘色實線，間隔為 5×10-4)、垂直與剖面水平合成風向量(vy、w，m s-1)、與可降水粒子混合比最大值，色階間距如下表所示，g kg-1。紫色虛線為 300 K 之等位溫線。 ....................................................................... 108. 圖 5.9. 2008 年 6 月 12 日至 18 日 0000 UTC 於 (a) (b). DIU 實驗、與. DIUNT 實驗之降水強度(mm hr-1)，排除模擬結果前後 12. 小時，取平均日夜變化並重複兩次於 20-26 N、112.5-122.5E 範圍(圖 4.6 e 所示)之經度-時間剖面分布圖。 ..................... 110 圖 5.10. 台灣地區於(a) DIU 與(b) DIUNT 實驗排除模擬結果前後 12 h 之平均 24 h 累積雨量 (mm，色階示於各圖右方)、於地面高度 10 m 處之總平均氣流場(黑色箭號) 、與輻合場(白色實線間隔為 0.3×10-4)。 ................................................................ 111 XIII.

(15) 圖 5.11. NCEP 分析場資料取 2008 年 12 日至 18 日逐日各時間之平均日夜變化，於平均時間 (a) 0600、與 (b)1800 UTC 之 K 指數(紫色實線，間隔為 1)、與於地表面之距平相當位溫 (色階， K)，色階分析間距如右方色階表所示。 ........................... 112. 圖 5.12. 2008 年 6 月 12 日至 18 日 0000 UTC 於 DIU 實驗中排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日夜變化，於平均時間 (a) 0000 至(d) 1800 UTC 每 6 h 之地面高度 10 m 處距平風場(黑色向量，m s-1)、距平氣壓場(紫色實線，間隔為 0.1 hPa)、與平均降雨強度(色階，mm/hr)，色階分析間距如右方色階表所示。(e) 為地面高度 10 m 處總平均風場(黑色向量)、總平均氣壓場(紫色實線，間隔為 1 hPa)。黑色細實線為地形於 450 m 高度線。 ........................................................................... 113. 圖 5.13. 2008 年 6 月 12 日至 18 日 0000 UTC 於 DIUNT 實驗中排除模擬結果前後 12h，取逐日各時間之平均日夜變化，於平均時間 (a) 0000 至(d) 1800 UTC 每 6 h 之地面高度 10 m 處距平風場(黑色向量，m s-1)、距平氣壓場(紫色實線，間隔為 0.1 hPa)、與平均降雨強度(色階，mm hr-1)，色階分析間距如右方色階表所示。(e) 為地面高度 10 m 處總平均風場(黑色向量)、. XIV.

(16) 總平均氣壓場(紫色實線，間隔為 1 hPa)，紅色方框為圖 5.14 計算平均之範圍。 ................................................................ 115 圖 5.14. 於 DIU 實驗中取 22.5°-26.5° N、 113°-118° E 範圍(如圖 5.13e 紅色實線區所示)，計算其範圍內逐日之 (a)平均降水強度、與(b) 於地面 10 m 高度平均氣壓。各色線日期如右上方色線表所示，黑色虛線為排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日變化。 ............................................................ 117. 圖 5.15. DIUNT 實驗中取 22.5°-26.5°N、 113°-118°範圍(如圖 5.13e 紅色實線區所示)，計算其範圍內逐日之 (a)平均降水強度、與(b)於地面 10 m 高度平均氣壓。各色線日期如右上方色線表所示，黑虛線為排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日變化。 ....................................................................... 118. 圖 5.16. 同圖 5.1，但為 (a) CTL 與 (b) DIU 實驗之每 15 min、水平解析度 2.5 km 之降水強度 (mm hr-1)於經度-時間剖面分布圖比對。紅色圈為辨識兩者對流激發時間與地點類似之處。 ............................................................................................... 119. 圖 5.17. CTL 實驗中取 22.5°-26.5° N、 113°-118°E 範圍(如圖 5.13e 紅色實線區所示)，計算其範圍內逐日之 (a)平均降水強度、與(b)於地面 10 m 高度平均氣壓。各色線日期如右上方色線 XV.

(17) 表所示，黑虛線為排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日變化。 ....................................................................... 120 圖 5.18. SNP 實驗中取 22.5°-26.5° N、 113°-118°E 範圍(如圖 5.13e 紅色實線區所示)，計算其範圍內逐日之 (a)平均降水強度、與(b)於地面 10 m 高度平均氣壓。各色線日期如右上方色線表所示，黑虛線為排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日變化。 ....................................................................... 121. 圖 5.19. (a) CTL 與(d)SNP 實驗中排除模擬結果前後 12 h，取逐日各時間之平均日夜變化，於 22.5°-26.5° N 南北方向作平均，顯示於 113°-118° E 之平均降水強度(左縱軸單位)、與地形高度 (右縱軸單位)之關係。各色線時間如右方色線表所示，(a)黑實線為平均地形高度。 ........................................................ 122. 圖 5.20. 2008 年 6 月 13 日 0600 UTC 與 17 日 0600 UTC 於 (a) (b) CTL 與 (c) (d) SNP 實驗模擬於地面高度 10 m 處之氣流場 (灰色箭號)、輻合場(紫色實線，間隔為 2×10-4)、與降雨強度 (色階，mm hr-1)，色階分析間距如右方色階表所示。 ......... 123. XVI.

(18) 第一章 1.1. 緒論. 前言「梅雨」為副熱帶東亞地區於春末夏初時特有的天氣與氣候現象，. 在季節轉換期間，東北季風逐漸減弱而西南季風逐漸增強，大陸冷高壓與副熱帶太平洋高壓之間，常形成移動緩慢的梅雨鋒面，造成持續約一個月的多雨期，並經常挾帶著豪大雨出現。梅雨現象的盛行區，包括台灣、中國大陸的華中、華南、以及日本與韓國等地(Chen 1983； Tao and Chen 1987；Ding 1992)。梅雨現象的發生期間在各地略有不同：華南與台灣地區約在五月下旬至六月下旬，華中地區則約在六月下旬至七月下旬，長江流域與日本(稱之 Baiu)約發生於六月中旬至七月中旬，韓國地區(稱之 Chang-Mai)約於七月中旬至八月中旬。而台灣地區每年梅雨現象的開始與結束時間略有不同，梅雨期長度亦不相同，為了作業上的方便，中央氣象局將五、六月訂為台灣的梅雨季。根據中央氣象局統計分析，梅雨季的總雨量約佔台灣全年總雨量的 1/5，僅次於颱風季，且其所造成的水患與災害，每年平均約造成 30 億元的損失，約佔總損失的 16 %。因此，梅雨季對於農業、與日常生活水資源的運用上均相當重要，且其伴隨的劇烈降水對於台灣的氣象災害與社會經濟有著舉足輕重的影響，例如：民國 70 年桃竹苗地區之 528 水災、73 年台北桃園地區之 63 水災、與近期 95 年之 69 1.

(19) 水災及 101 年之 612 水災等皆導致嚴重災情與人員傷亡，造成巨大經濟損失。梅雨鋒面附近亦常伴隨著許多中尺度天氣系統(2-2000 公里)之發生，如常見的中尺度低壓與出現於鋒面南側之低層噴流，利於增加暖濕空氣的輸送，對於豪大雨事件的發生扮演著相當重要的角色(Chen 2004)。其中造成豪大雨災害的主因之一為中尺度對流系統(Mesoscale Convective System；MCS)，此雲簇內部常伴有旋轉，因此於衛星雲圖上呈現準圓形。而另一種亦常帶來劇烈的天氣現象為呈線狀的劇烈對流-颮線 (squall line)。然而，傳統的探空觀測網網站平均間距約為 500 公里、每日進行 2 次，於時間與空間上並無法有效的解析中尺度天氣系統的結構、發展及演變。為了改善豪大雨定量降水預報能力，台灣與美國於 2008 年 5 月 15 日至 6 月 30 日合作進行「西南季風實驗」(South-West Monsoon Experiment, SoWMEX) 之密集觀測實驗計畫，藉助額外進行的密集觀測實驗計畫，利用各種先進儀器收集現象發生時的高解析度資料。Xu et al.(2012)分析 SoWMEX 第八次密集觀測 (Intensive Observation Periods 8；IOP-8) 期間，顯示 6 月 14 日與 16 日對台灣地區皆發生持續性的強降雨，但兩者對流系統之類型與發展則有相當大的差異。14 日之對流系統類似組織完整的颮線，並由西向東往台. 2.

(20) 灣地區移動；而 16 日之對流則於台灣西南方海面上局地發展系統。. 1.2. 文獻回顧目前世界各國針對暖季定量降水預報(Quantitative Precipitation. Forecasts；QPFs)之技術得分，長期以來較冷季明顯為低(Fritsch and Carbone 2004) 。顯示氣象研究單位與作業預報上，對於暖季(包括梅雨季)伴隨之中尺度天氣系統、與其所造成之局部豪大雨等現象，仍有相當大的改善空間。Maddox et al.(1980)分析美國暖季多個豪大雨個案，顯示中尺度對流複合體(Mesoscale Convective Complex；MCC) 多於美國大陸午後被激發，並持續至隔日清晨，其平均生命期可超過 12 h。且發現 MCC 發生時常見的綜觀條件特徵為相對潮濕的低對流層，此與長江流域梅雨季之綜觀環境相當類似。 Carbone et al.(2002)利用水平解析度 4 km、每 15 分鐘之高時空解析度雷達回波反演降水強度資料，分析美國大陸地區 1997-2000 年暖季(5-8 月)降水事件，發現受到山脈地形影響於白天有較明顯的輻射加熱，北美大陸地區降水系統傾向於午後於洛磯山脈東側山坡上激發後隨時間向東移行，約於清晨時移經下游之大平原區。Wang et al.(2004,2005)使用 GMS 衛星 5 公里逐時之雲頂溫度資料，針對 1997-2003 年東亞大陸地區做暖季降水東移及其日夜變化的分析，發現於青藏高原地區暖季(5-8 月)之降水系統呈現出規律的日夜反相位 3.

(21) 變化情形，而 5、6 月份有明顯隨時間東移之現象，於 7、8 月則東移之現象減弱。其原因主要為盛夏時(7-8 月)受到太平洋高壓增強、梅雨鋒面北退，造成原可進到副熱帶地區之高層西風帶亦北退、甚至消失；底層亦受到高壓下沉抑制作用，使水氣無法輸送至華南、長江流域等地區(Xu and Zipser 2011)。此外，Yu et al.(2007)與 Chen et al.(2010) 透過實際的雨量觀測、及 Johnson et al.(2010)利用 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)衛星推估降水強度資料，其研究結果皆顯示於東亞大陸地區暖季降水之東移特性。由上述暖季降水之平均日夜變化顯示，降水系統之發展時間與空間分布上，並非完全由綜觀條件主導下隨機發生，亦受到地形加熱差異所形成之局部環流影響，而傾向於一天當中之特定時間激發與發展。因此，若預報模式能進一步掌握此規律降水現象，對於暖季之定量降水預報可望大幅提升與改善。然而 Davis et al.(2003)評估美國大陸區域模式的表現，當時使用水平解析度 22 km 的 Eta 與 WRF 預報模式(Weather Research and Forecasting Model)，其皆對於降水系統移行現象掌握並不理想。且 Wang et al.(2011)評估中央氣象局區域模式亦顯示，水平解析度 45 km 之 NFS(Non-hydrostatic. Forecast System)預報模式對於青藏高原地區暖季降水東移現象亦不顯著。當 Trier et al.(2006)使用 4 km 高解析度之 WRF 模式，即適當地模擬出北美大陸地區降水系統於午後激發後. 4.

(22) 並隨時間向東移行之現象。顯示當模式水平解析度不足時，並無法解析雲本身之內部結構，而必須使用積雲參數化，對流系統即無法順利移行。然而當水平解析度足夠高時，即可解析雲本身內部的結構並使用外顯雲維物理過程，故透過高解析度的模式即可模擬出 MCS 下衝流因蒸發所產生冷池，且於上下衝流之間的渦度與環境垂直風切平衡下，降水系統可長時間維持，並因其冷池動力作用向下游移行 (Rotunno et al.1988) 。一般來說，北美地區於暖季時其綜觀尺度角色較不顯著；相對於東亞大陸地區於梅雨季時，常受到梅雨鋒面、與西南氣流等強綜觀尺度系統影響。Wang et al.(2012)分析 1997-2003 年 5-7 月份於東亞地區暖季降水移行之綜觀條件，定義出四類高層強綜觀環境下適合系統移出之基本配置：首先於 500 hPa 處發現青藏高原背風面有明顯的槽脊系統伴隨著較強氣流與渦度，同時於低層低壓在槽前發展，伴隨其東南側低層噴流(Low Leave Jet；LLJ)之增強。第二類則為高層具一主要深槽，低層低壓同樣於槽前正渦度平流區伴隨著 LLJ 發展。而此 LLJ 一方面能補充水氣支持對流系統的持續發展，另一方面則提供低層垂直風切，並組織對流向東移行。此外還有像是高層移動短波槽、與大尺度合流現象皆為適合系統移出之綜觀條件基本配置。因此，基本上造成降水系統維持與移行之主要條件，首先必須要有不穩定度. 5.

(23) (CAPE)、組織對流移行之垂直風切(LLJ)、與水氣供應以支持對流持續發展(暖平流)，當然亦需要有激發對流之機制。而激發機制通常為中高層渦度平流之動力強迫、與梅雨鋒面等，另外還有受到地形加熱差異所形成之力管環流。Huang et al.(2010)使用 WRF 模式模擬暖季降水之個案發現，青藏高原於日間受到輻射加熱而產生大範圍之上升運動，有利於激發降水系統；反之，青藏高原東側於夜間冷卻，上升運動發生於高原以東之低地，將有利於移至該區域之降水系統增強與維持。其進一步透過敏感度實驗結果發現，降水系統之發展並非全由綜觀環境所提供之有利機制主導，降水系統本身與局部環流間之交互作用皆扮演著重要的角色。Bao et al.(2011) 利用 CMORPH(CPC MORPHing technique)降水強度與 NCEP(National Center for Environmental Prediction)分析資料，分析長江流域暖季降水系統東移現象。亦發現於青藏高原東側受到地形之加熱差異所形成的力管環流，且呈現夜間反相位特徵。另外於四川盆地東側 110∘E 附近亦可發現受到地形落差而產生之力管環流，且於更東側出海口附近之丘陵地形與東海亦有此現象，而此經度位置已很靠近台灣地區。 Wang et al.(2005) 使用 GMS 衛星 5 公里逐時之雲頂溫度資料，針對 1997-2002 年暖季於東亞大陸區每日冷雲最高出現頻率之平均時間作分析，亦可看出於青藏高原東側對流在午後激發隨時間向東移行. 6.

(24) 之現象。另外，值得注意的是於大陸東南沿岸地區，對流於午後被激發出來後，於夜間移經台灣海峽，約至清晨時分移至台灣西側，此種規律的現象。而 Chen et al.(2005)於梅雨期間之實際觀測亦可看出此規律現象，造成台灣西部沿岸平地地區在清晨強降水事件的高峰值。. 1.3. 研究動機與目的由前人研究結果皆顯示，於東亞大陸地區梅雨季期間降水系統有. 向東移行之特性。且降水系統之發展時間與空間分布上，並非完全由綜觀條件主導下隨機發生，亦受到地形加熱差異等效應所形成之局部環流，而傾向於一天當中之特定時間激發與發展，且於台灣、華南地區亦有規律的降水移行現象發生。因此，若預報模式能進一步掌握此規律降水現象，對於暖季之定量降水預報則可望大幅提升與改善。於 2008 年「西南季風實驗」(SoWMEX) 第八次密集觀測期 (Intensive Observation Periods 8；IOP-8) 期間於 6 月 14 日與 16 日，台灣地區皆發生持續性的強降雨，但兩者對流系統之類型與發展則有相當大的差異。第一波豪雨為 6 月 14 至 15 日，在大陸東南沿岸與台灣海峽上有組織良好的中尺度對流系統 (颮線) 發展，並隨著在鋒面系統移向台灣，造成台灣中南部地區的豪大雨，14 日的 24 h 累積雨量達「大豪雨」標準。第二波的 6 月 16-17 日，則是在台灣西南方海面上形成一局地對流系統向北移動，並造成台灣西南部與北部地區 7.

(25) 的豪雨發生，南部者同樣達到「大豪雨」標準。本研究將進一步使用日本名古屋大學(University of Nagoya)的大氣水圈研究中心(Hydrosphere-Atmosphere Research Center)所發展具高解析度與多處理器平行計算特性的中尺度雲解析風暴模式(Cloud Resolving Storm Simulatir；CReSS)，模擬 2008 年 6 月 12 日至 18 日台灣地區之暖季降水個案。以探討第一波於華南、台灣地區向東移行之降水系統、及第二波於台灣海峽南部局地發展之降水系統激發、維持與發展機制，兩者雖於同一道梅雨鋒面所主宰下，卻有如此不同的降水現象。更進一步透過唯有綜觀環境變化、及唯有局部環流日夜變化等敏感度測試實驗進行比對，分析於此個案中局部環流之日夜變化、與綜觀尺度有利條件對於降水系統所扮演的角色。. 1.4. 論文結構本研究共分為六章節，第一章為緒論，包含前言、文獻回顧與研. 究動機與目的。第二章介紹所使用之資料與分析方法、與 CReSS 模式內部之方程式組與架構、初始與邊界條件、與模式參數設定等。第三章敘述個案期間之綜觀條件、雷達回波、與地面觀測站資料等天氣特徵。第四章為模式模擬結果與校驗。第五章進一步透過敏感度實驗測試，探討於此個案中伴隨局部日夜變化之環流與綜觀尺度條件所扮演的角色。第六章為總結。 8.

(26) 第二章. 資料來源與研究方法. 2.1 資料來源本研究個案分析時段為 2008 年 6 月 13 日 0000 至 17 日 0000 UTC，所使用的資料包括下列各項： (1) NCEP (National Center for Environmental Prediction)每 6 小時(0000、 0600、1200、1800 UTC)之 1°×1°經緯度全球模式分析網格資料，垂直方向包括地面、1000、975、950、900、850、800、750、700、 650、600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、 70、50、30、20、10 hPa 共 26 層。氣象參數包括海平面氣壓、各層之重力位高度、溫度、水平風場、垂直速度、及相對濕度等。 (2) 中央氣象局每 12 小時 (0000、1200 UTC)之地面、850、700、500、 200 hPa 天氣圖。 (3) 中央氣象局逐時雷達回波合成圖。 (4) 日本同步氣象衛星 MASAT(Multi-functional Transport Satellite)逐時紅外線頻道雲圖。 (5) 美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration；NASA)及日本宇宙航空研究開發機構(Japan Aerospace Exploration Agency；JAXA)聯合之熱帶降水觀測任務(TRMM)每 3 小時之衛星推估降水強度資料，網格解析度為 0.25°×0.25°。 9.

(27) 2.2. 研究方法本研究所選的梅雨季極端降水個案為 2008 年「西南季風實驗」. (SoWMEX)第八次密集觀測期 (IOP-8) 期間的 6 月 14 至 17 日。首先利用中央氣象局所提供之天氣圖，分析綜觀天氣系統的配置、環境盛行風向、風速的演變，並確認梅雨鋒面位置，以了解台灣與鄰近地區的綜觀環境背景與天氣概況。其次，由雷達回波圖中分析台灣附近對流系統走向、水平結構特徵與其強度演變。而由東亞地區色調強化衛星雲圖，可進一步得知對流系統發展的初始時間、位置、發展強度、及移動路徑。配合 NCEP 分析資料之各層風場、氣壓場、與槽脊系統位置等，將進一步了解綜觀條件是否適合對流系統之發展與移行。並利用 TRMM 之 0.25°衛星資料之降水強度，顯示於經度-時間二維剖面中( Hovmoller 圖)，如此即可看出降水事件隨時間移行之特性。此外，本研究使用 NCEP 每 6 小時之 1°×1°經緯度分析網格資料作為 CReSS 模式模擬之初始場與邊界條件，針對 2008 年 6 月 12 日 0000 UTC 至 6 月 18 日 0000 UTC 梅雨鋒面個案進行共 144 h (6 天) 模擬。並進一步透過控制實驗(CTL)與唯有綜觀環境變化(SNP)，及唯有局部環流日夜變化(DIU、DIUNT)等敏感度實驗之比較(實驗設計如表 2.1)，以探討於此個案中伴隨日夜變化的局部環流的與綜觀尺度條件所分別扮演的角色。. 10.

(28) 2.3. 模式簡介本文所使用的 CReSS 模式（2.3 版）採用非靜力、完全可壓縮之. 方程式系統。本模式亦包含地面輻射參數化與地溫預報模式。水平座標為卡氏座標（Cartesian coordinate）。變數配置在水平向為 Arakara-C、垂直向為 Lorenz 交錯網格。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，共有暖雲與冷雲兩種總體過程可供選用，並無任何積雲參數化方法。邊界層亂流參數化法有 1 和 1.5 階閉合可供選用，後者亦含渦流動能（Turbulence Kinetic Energy；TKE）之計算。垂直座標則為以高度為基礎之追隨地勢座標（terrain–following curvilinear coordinate ；  ），定義為：  x, y, z  . z t z  z s x, y  ……………………………………（1） z t  z s x, y . 模式中所使用之方程式包括：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： p   g z. 其中 p  p  p ' ，      ' （2）狀態方程式： . qv  p  1  1  qv   q x  ………………………….（2） Rd T    qv . 11.

(29) 其中 g 為重力加速度，T 為溫度， 為水氣與乾空氣之分子量比（0.622）， Rd 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、. 冰相粒子之混合比。（3）運動方程式：  u  u u u  p '     u  v  w      f s v  f c w  Turb.u ………..（3） t y z  x  x  v  v v v  p '     u  v  w    f s u  Turb.v ………………….（4） t y z  y  x  w  w w w  p '     u v  w     Buoy.w  f c u  Turb.w …….（5） t y z  z  x. 其中 f s 、 f c 為科氏參數（ f s  2 sin  、 f c  2 cos  ，  為緯度，  為地球自轉之角速度，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 '  u v w  p ' p ' p '      gw  c s 2       u v w t y z   x y z   x. 1 dQ  2  1 d  …………………………………………..  c s   （6）   dt Q dt . 其中 c s 為大氣中的聲速， q  1  0.61qv  q x （5）位溫方程式：   '   '  '  '       w   u v w  Turb.  Src. ………....（7） t y z  z  x. 12.

(30) 其中 Src. 表示非絕熱作用之源與滙（加熱與冷卻）。（6）水氣與滿足混合比方程式：  q v q q  q     u v  v v  w v t y z  x.    Turb.qv  Src.qv …………….（8） .  q x q q  q     u x  v x  w x t y z  x.    Turb.q x  Src.q x   Fall .q x …（9） . 其中 q x 代表雲水（ q c ）、雨（ q r ）、雲冰（ qi ）、雪（ q s ）、及軟雹（ q g ）中任ㄧ種類之混合比。Src.、Turb.、及 Fall 分別代表雲物理過程之源與滙、亂流混合作用、及降水所造成之時間變率。雲物理現象之雲微物理的相關轉換過程（冷雲過程）示於圖 2.1。. 2.4. 模式設定為了解此個案之相關物理過程，並彌補因觀測資料不足而無法完. 整掌握對流系統於時間與空間上之變化，本研究使用 CReSS 模式對此個案進行高解析度模擬。在比對及校驗模擬結果與實際觀測後，顯示模式有相當程度的掌握與模擬能力。接著，本研究進一步透過控制實驗(CTL)與唯有綜觀環境變化(SNP)，及唯有局部環流日夜變化 (DIU、DIUNT)實驗之比較(實驗設計如表 2.1)，以探討於此個案中局部環流的日夜變化與綜觀尺度條件所扮演的角色。敏感度實驗設計表如下：. 13.

(31) (1) Control run (CTL) 本研究在此個案模擬設計上，使用日本名古屋大學之非靜力雲解析風暴模式(CReSS)。針對 2008 年 SoWMEX IOP-8 個案，於 6 月 12 日 0000 UTC 至 6 月 18 日 0000 UTC 進行模擬。CReSS 模式的初始場及邊界資料，來自於 NCEP 1°×1°經緯度全球模式分析網格資料。模式水平網格點數為 600 x480，垂直向共有 40 層(伸展網格)，其解析度為 2.5 x 2.5 km，模擬的初始時間為 2008 年 6 月 12 日 0000 UTC，共積分 144 小時，模式結果於等高面上輸出，其投影方式採用藍伯特投影。 (2) Diurnal run. (DIU). DIU 實驗的模式設定如同控制實驗(CTL)，但將模式的初始場及側邊界重覆輸入個案期間 6 月 12 日至 6 月 17 日所得之 0000、0600、 1200、1800 UTC 平均場，故綜觀環境條件均不隨時間改變、僅含個案期間平均日夜變化之局部環流影響下，作為模式側邊界進行 144 h 的模擬。 (3) Diurnal run with no terrain. (DIUNT). DIUNT 實驗的模式設定、初始場及邊界資料皆同 DIU 實驗，但將其陸地上高於 10 m 之地形皆設定為 10 m，故局部環流將不含地形效應，即唯有海陸差異造成之局部環流影響。. 14.

(32) (4) Synoptic run. (SNP). SNP 實驗的模式設定同控制實驗(CTL)，將模擬期間各時間之分析場資料，均扣除當時之平均日夜變化偏差(擾動)量，故不含日夜變化，僅含綜觀環境之演變。另外，並將模式區域皆設定為海洋，即無海陸差異與地形變化所造成的局部環流影響下，進行 144 h 的模擬。. 15.

(33) 第三章. 個案觀測資料及綜觀分析. 本研究所選的梅雨季極端降水個案為 2008 年「西南季風實驗」 (SoWMEX) 第八次密集觀測期 (IOP-8) 期間的 6 月 14 至 17 日。此段期間，台灣地區先後發生兩波豪雨，主要分別在 14 日與 16 日，其綜觀環境由同一道梅雨鋒面所主宰。第一波豪雨為 6 月 14 至 15 日，在大陸東南沿岸與台灣海峽上有組織良好的中尺度對流系統(颮線) 發展，並隨著綜觀系統移向台灣，造成台灣中南部地區的豪大雨，14 日的 24 h 累積雨量達「大豪雨」標準。第二波的 6 月 16-17 日，則是在台灣西南方海面上形成一局地對流系統向北移動，並造成台灣西南部與北部地區的豪雨發生，南部者同樣達到「大豪雨」標準。. 3.1 綜觀天氣分析圖 3.1 為 2008 年 6 月 13 日至 16 日之每 12 h 地面天氣圖。顯示 13 日 0000 UTC 時(圖 3.1 a)，梅雨鋒面由日本南方海面延伸至大陸東南沿岸，呈東北東－西南西走向，近似滯留並通過台灣北方近海。太平洋高壓脊位於約 28°N。台灣處於鋒前主要為偏南風、風速約 10 kts，鋒後則以東北風為主。至 1200 UTC 時(圖 3.1 b)，鋒面西段稍向北退，大致呈東西走向，太平洋高壓則有西伸趨勢。鋒面接近台灣北端，鋒前主要為西南風或偏南風，台灣北部出現東南風、東部仍為偏. 16.

(34) 南風且風速增強至 25 kts。在 6 月 14 日 0000 UTC 時(圖 3.1 c)，華南地區長江口附近的鋒面持續明顯北退，鋒上並有低壓發展，低壓以西的地面鋒呈東北－西南走向，約略平行於中國東南部海岸線。此時鋒面已遠離台灣，鋒前轉為以偏南風為主，台灣東側偏南風亦逐漸增強、風速約 30 kts。14 日 1200 UTC 時(圖 3.1 d)，太平洋高壓略向東退，而鋒面隨著低壓擾動緩慢東移靠近台灣，低壓並開始東移出海，鋒前的偏南至西南風持續增強。在 15 日 0000 UTC 時 (圖 3.1 e)，太平洋高壓持續東退，鋒面在大陸東南沿岸呈東北－西南走向，並隨低壓出海再度靠近台灣。至 1200 UTC 時 (圖 3.1 f)，鋒面已移至台灣北方近海，先前所述之低壓此時位於台灣東北方的東海海面上，台灣附近的西南至偏南風持續增強，且台灣東側有超過 40 kts 的西南風出現。在 16 日 0000 UTC 時 (圖 3.1 g)，梅雨鋒面在台灣北方近海近似滯留，台灣附近仍有顯著的西南至偏南風，但風速減弱至 25 kts。直至 16 日 1200 UTC (圖 3.1 h) 時，梅雨鋒面則稍北退，而太平洋高壓則持續西伸，台灣附近開始轉為偏南風，隨後在 17 日並明顯減弱(圖未示)。圖 3.2 為 2008 年 6 月 13 至 16 日逐日 0000 UTC 之 850 hPa 天氣圖。13 日(圖 3.2 a)時，大陸西南部雲貴高原附近有一低壓存在，且有低壓槽向東北東方，大致沿著長江流域延伸。低壓東側由於氣壓梯. 17.

(35) 度增強，在大陸華南地區有超過 40 kts 的偏南風低層噴流出現，台灣附近的偏南風則約達 20 kts。14 日 0000 UTC 時(圖 3.2 b)，配合地面低壓擾動的快速發展，850 hPa 的低壓中心已東移並出現在長江口附近，強風軸亦東移至台灣海峽，且風向轉為西南風並有明顯增強，由南海北部向台灣附近輸送豐沛的暖濕空氣。15 日 0000 UTC (圖 3.2 c) 時，強風軸持續東移到台灣附近。台灣地區仍受旺盛的西南氣流影響，台灣海峽南部出現西南風 LLJ，風速可達 30 kts，但長江口附近的低壓則稍有減弱。至 16 日時(圖 3.2 d)，台灣持續受鋒前西南氣流影響，強風軸仍位於台灣東部至台灣海峽南部，氣壓梯度與伴隨的風速則開始稍有減弱。到了 1200 UTC 時，太平壓高壓增強，台灣附近的風向開始轉為偏南風 (圖未示)。圖 3.3 為 2008 年 6 月 13 日至 16 日逐日 0000UTC 之 700 hPa 天氣圖。13 日 0000 UTC(圖 3.3 a)顯示低壓位於 110∘E 附近，大陸華南沿海地區有超過 30 kts 的 LLJ 存在。接下來至 14 日 0000 UTC(圖 3.3 b)低壓中心持續往東北東方發展，LLJ 的範圍隨時間向東擴展至台灣地區並增強，其最大風速可達 50 kts。15 日 0000 UTC(圖 3.3 c) 顯示低壓中心位在上海附近，台灣附近 LLJ 開始減弱。16 日 0000 UTC(圖 3.3 d)低壓中心強度減弱，低層噴流區已消失，太平洋高壓開始增強。17 日 0000 UTC(圖未示)太平洋高壓持續增強，台灣海峽附. 18.

(36) 近也轉為偏南風並增強。圖 3.4 為 2008 年 6 月 13 至 16 日之 500 hPa 天氣圖，圖中顯示在 13 日時，配合前述在 850 hPa 之低壓，有一槽線由日本北海道向西南延伸至長江中游附近，且在中緯度區域，其溫度槽稍微落後高度槽 (圖 3.4 a)。在此槽線之南段，亦可見低壓中心位於長江中游，華南與台灣地區位於該低壓之東南側，盛行槽前的西南西風。伴隨此低壓的東移，華南與台灣地區的西南風在 13 至 15 日持續增強 (圖 3.4 b、 c)，至 16 日太平高壓北抬，使得台灣地區逐漸轉為偏南風，風速亦偏強，但伴隨前述低壓擾動的偏西風則北退至大陸華南地區(圖 3.4 c、 d)。圖 3.5 為 2008 年 6 月 13 日 0000 UTC 至 16 日 0000 UTC 之每 24 小時之 200 hPa 天氣圖。13 日 0000 UTC(圖 3.5 a)時中緯度西風槽位於日本西側向南延伸，槽前有一噴流條存在，其風速超過 90 kts。到了 14 日 0000 UTC(圖 3.5 b)，台灣東北部至東北方海面上出現了超過 50 kts 的偏西風，已達高層噴流的標準。而台灣地區位於噴流條的入區右側，因此高層提供輻散有利於地面對流的發展。15 日 0000 UTC 至 16 日 0000 UTC(圖 3.5 c-d)台灣地區附近風速減弱，高層噴流已消失。隨著高層槽脊系統東移，強風軸也逐漸往東北方移動，對台灣地區影響降低。. 19.

(37) 3.2. 雷達回波和雨量分析圖 3.6 為 2008 年 6 月 12 日 0600 UTC 至 16 日 1200 UTC 之中央. 氣象局垂直向最大雷達回波合成圖，可了解台灣附近對流系統的移動與演變。圖 3.7 則為 6 月 12 日至 17 日之台灣逐日之 24 h 累積雨量分布。在 12 日 0600 UTC 前後(圖 3.6 a)，鋒面位於台灣北部近海，此時伴隨鋒面有一強回波帶，但當日其餘時段，由於地面鋒面稍微北退，北台灣雨勢漸緩，而台灣地區多為零星短暫的降水(圖未示)，在 12 日當日的降雨主要在西北部沿岸與中部山區，最大 24 h 累積雨量約 120 mm (圖 3.7 a)，可達「B 型豪雨」之標準(12 小時大於 50 mm、24 小時小於 130 mm)。在 13 日 0000-1800 UTC 之間，雷達回波圖上清楚顯示，有組織完整的颮線系統在大陸東南沿岸出現，並開始向東移動經台灣海峽、向台灣西部沿岸地區接近 (圖 3.6 b 至 3.6 e)。與圖 3.1 與圖 3.2 比較，可顯示此一組織性中尺度對流系統(MCS) 位於地面鋒前，其位置並與低層噴流接近。由於此颮線尚未登陸台灣，台灣地區在 13 日的降雨主要乃由午後局部雷陣雨、以及颮線前方之零星對流所造成 (圖 3.6 c 至 3.6 d)，特別在花蓮觀測到時雨量達 102 mm 的劇烈對流(圖未示)，使當日總雨量在當地達到接近 200 mm 的「A 型豪雨(時雨量大於 15 mm、24 小時累積雨量超過 130 mm)」標準(圖 3.7 b)。由 14 日 0000 UTC (圖 3.6 f) 開始，颮線系統抵達台灣，此時段. 20.

(38) 地面低壓位於長江口附近發展增強 (圖 3.1 c、d)，雖颮線北段在登陸台灣後明顯減弱，但至 15 日 0000 UTC 之前，台灣中南部沿海與山區持續有劇烈降雨，伴隨颮線的對流胞，不斷於西南部海域一帶生成並移入陸地 (圖 3.6 f 至圖 3.6 i)，因此當日降雨的最大地區即位於台灣西南部，有相當大範圍區域達 130 mm 以上，甚至超過 250 mm (圖 3.7 c)，即達「大豪雨」標準(大於 200 mm)。在 15 日 0000 UTC 之後，颮線系統逐漸離開台灣，當日除了台灣南端的恆春半島附近仍有明顯降雨之外，其餘各地的降雨都有減緩的現象 (圖 3.6 i、j 與圖 3.7 d)。梅雨鋒面在 15 日移至台灣東北方，當日台灣海峽南部的 LLJ 附近仍不斷有對流出現，並向台灣中南部及東南部地區移入並消散，但中部以北地區的鋒面雲系減弱(圖 3.6 i、j 與圖 3.7 d)。15 日 1200 UTC (圖 3.6 j) 之後，南海北部與台灣海峽南部的對流系統再度增強，在 16 日 0000-1200 UTC 時(圖 3.6 k、l) 之雷達回波呈現倒 U 字形，由西南向東北方向移入台灣南部沿岸地區。由 15 日下半日至 16 日的累積雨量圖顯示，台灣西南部與北部地區分別有兩個累積降雨極大值出現，一是在南部高屏沿海地區，其日累積雨量約達接近 300 mm；另一中心則位在北部桃園一帶，日累積雨量則達約 100 mm，較南部者明顯為少(圖 3.7 e)。最後在 17 日，台灣各地降雨明顯趨緩，局部地區之最大 24 h 累積雨量約在 40 mm 左右(圖 3.7 f)。. 21.

(39) 3.3. 衛星雲圖與客觀分析場資料分析圖 3.8 為東亞地區 2008 年 6 月 12 日至 17 日之多功能輸送衛星. (MTSAT)紅外線衛色調強化衛星雲圖，並疊加 NCEP 分析場底層至高層系統配置(地面鋒面位置、850 hPa 鋒面位置及 LLJ 主軸、700 hPa 輻合區、500 及 200 hPa 槽線)之逐日示意圖，以利輔助海上觀測不足、及雷達回波無法取得上游對流發展與分布，並比對分析資料與觀測是否一致。於 12 日時之地面鋒面由台灣東北方海面向西南延伸至大陸東南地區呈近似東北-西南走向，850 hPa 鋒面則稍落後地面鋒面。此時對流主要沿者地面鋒面發展，並與低層噴流所伴隨的輻合區相互配合(圖 3.8 a)。分析場與觀測皆顯示鋒面位置 13 日仍無太大的變化，由日本南方海面延伸至大陸東南沿岸，呈東北東－西南西走向(圖 3.1 a、3.8 b)。但低層噴流強度與範圍增強，並轉為偏南風或西南風帶來充沛的水氣與不穩定的空氣，輻合區範圍也擴大且持續東移(圖 3.2 a、 3.3 a、3.8 b)。此時，在低層噴流輻合區南側，受到中層槽前之不穩地區影響，由地面輻合形成數個 MCS(圖 3.4 a、3.8 b)。14 日時之低壓位於上海，地面鋒面沿者中國東南沿海(圖 3.1 c、3.8 c)。於海峽上強勁的低層噴流內(圖 3.2 b、3.3 b)，有許多對流雲系生成、且從東海延伸至南海(圖 3.6 f、3.8 c)。此時鋒面系統垂直偶和顯著，類似斜壓系統發展(圖 3.1 c、3.2 b、3.8 c)。MCS 亦隨底層至高層系統配置向. 22.

(40) 台灣地區東移，並於西南部海域不斷生成，移入台灣陸地造成強降雨後減弱(圖 3.6 g、h)。到了 15 日對流系統隨著中高層系統移到台灣東北側，台灣海峽至南海北部對流主要還是由低層噴流輻合所形成(圖 3.8 d)。此時鋒面結構為垂直近乎不傾斜的系統(圖 3.1 e、3.2 c、3.8 d)，且中層槽脊系統較不明顯(圖 3.4 c)，顯示大氣開始轉為較似正壓系統。圖 3.4 d 與圖 3.8 e 顯示 16 日中高層槽脊系統皆不顯著，鋒面雲系幾乎都已消散。但台灣持續受鋒前低層噴流影響(圖 3.2 d、3.3 d)，於中南部地區持續有深對流生成移入，並造成局部性降雨產生，其對流餘皆在南海上自主發展(圖 3.6 k-l、3.8 e)。17 日之後隨著鋒面系統北移，南海上對流系統持續往西北方向移入中國內陸(圖 3.8 f)。上述顯示第一波降水系統綜觀條件於中層有明顯的槽脊系統，並於槽前的正渦度平流區伴隨著低層低壓東南側 LLJ 之發展。而此 LLJ 一方面補充水氣、支持對流系統持續的發展；另一方面則提供低層垂直風切、組織對流使其向東移行。因此，此綜觀配置相當適合暖季於東亞地區降水系統之移行(Wang et al. 2012)。而第二波降水系統綜觀條件之中層槽線與低層輻合區皆不顯著，相較不利於降水系統之移行。. 23.

(41) 3.4. 小結 2008 年 SoWMEX IOP-8 個案期間於 6 月 14 日與 16 日對台灣地. 區皆有持續性的降雨系統，但其對流系統之類型與發展則有相當大的差異。14 日之第一波對流系統較類似組織完整的颮線，並由西向東往台灣地區發展；而 16 日第二波之對流則接近為台灣西南方海面上局地發展系統，兩波對流皆造成台灣中南部地區其 24 h 累積雨量皆達「大豪雨」標準。由地面天氣圖與 NCEP 分析場資料顯示，梅雨鋒面於 14 日時最接近台灣地區，其個案期間鋒面皆無通過台灣地區，皆於大陸東南地區接近準滯留的情況(圖 3.9)。第一波降水系統之綜觀條件於中層有明顯的槽脊系統，並於槽前的正渦度平流區伴隨著低層 LLJ 之發展。第一波降水系統隨著 LLJ 之配置，於 13 日至 15 日由西向東移至台灣地區(圖 3.10 a)。第二波降水系統之綜觀條件較不顯著，LLJ 位置隨時間由東向西退，與第一波相比較不利於降水系統之移行(圖 3.10 b)。. 24.

(42) 第四章 4.1. 數值模擬. 綜觀環境比較圖 4.1、4.2 為 13 日 0000 UTC 至 17 日 0000 UTC 逐日 NCEP 分. 析場資料之地面高度 10 m 處風場與 1000 hPa 高度場、並疊加 TRMM 之降雨強度資料，及相同時間 CReSS 模式模擬於地面高度 10 m 處之風場、降雨強度、與高度 100 m 之氣壓場。13 日 0000 UTC 時，NCEP 分析場資料顯示(圖 4.1 a)，梅雨鋒面由日本南方海面延伸至大陸東南地區呈近似東北東-西南西走向，在台灣附近通過台灣北側上空，鋒前主要為偏南風，鋒後則以東北風為主。模式模擬不論在鋒面位置、風向及風速的掌握與分析資料比對皆有相當合理的掌握(圖 4.2 a)。降雨強度部分，雖模式模擬降水明顯高估於 TRMM 之觀測降水資料，但兩者在解析度上有相當大的差異(CReSS 模式為 2.5 km；TRMM 約為 25 km 網格解析度)。但模式對於華中、華南地區與香港附近的降水分布，與 TRMM 降水資料相比大致上皆有掌握到(圖 4.1 a、4.2 a)。 14 日 0000 UTC 分析資料顯示(圖 4.1 b)，低壓位於上海附近，地面鋒面西側沿著中國東南沿海呈東北-西南走向，低壓槽位在台灣的西北方，鋒前則轉為偏南風為主。模式模擬鋒面位置較分析資料略為偏北，且鋒前主要為西南風，鋒後則以東北風為主(圖 4.2 b)。降雨強度部分，模式對於中國東南沿海地區與台灣西北部附近的降水分布，與 25.

(43) TRMM 降水資料觀測一致(圖 4.1 b、4.2 b)。15 日 0000 UTC 分析資料顯示(圖 4.1 c)，鋒面於華中地區呈東北-西南走向，台灣附近受到鋒前西南風至偏南風持續增強影響，於台灣海峽南部附近仍有降雨發生。模式模擬不論在鋒面位置、風場、與降雨分布，皆與分析資料和 TRMM 之觀測降水有相當的契合(圖 4.2 c)。16 日 0000 UTC 分析資料顯示(圖 4.1 d)，梅雨鋒面仍在華中地區近似滯留，台灣附近仍有顯著的西南風至偏南風。模式模擬之鋒面位置較分析資料略為偏南，但於台灣附近之風場、與降雨位置分布，皆與分析資料和降水觀測一致 (圖 4.2 d)。17 日 0000 UTC 分析資料與模式模擬皆顯示(圖 4.1 e、4.2 e)，梅雨鋒面持續滯留，台灣附近轉為偏南風。模式模擬於 112° E、 23° N 處有一氣旋式鋒場存在，在分析資料中亦有相同的結果。降水觀測顯示於香港、澳門之南方海面上有一弓狀降水系統，模式模擬水亦有此降水發生，但其位置略為偏南。圖 4.3、4.4 為 13 日 0000 UTC 至 17 日 0000 UTC 逐日及 NCEP 分析場資料之 850 hPa 風場、高度場與低層噴流(大於 12 m s-1)、同時間 CReSS 模式模擬於高度 1594 m 處之風場、氣壓場、與低層噴流。在 13 日 0000 UTC 時，模式模擬與分析資料皆顯示(圖 4.3 a、4.4 a) 約在 111° E、26° N 處有一低壓中心，低壓東南側伴隨著超過 20 m s-1 偏南風的低層噴流發展。模式對於此低層噴流的位置和風向的掌握相. 26.

(44) 當良好，雖在中國東南沿岸附近的風速與強風區範圍較分析資料弱，差距約在 5 m s-1 以下。14 日 0000 UTC 分析場資料顯示(圖 4.3 b)，受到低壓中心往東北移至上海附近，低層噴流強風區亦向東北移至長江出海口與台灣海峽附近，且風向轉為西南風。模式模擬亦顯示(圖 4.4 b)，在低層噴流之風場位移與風向轉變皆有合理的掌握，但於中國東南沿海與台灣海峽南部地區，模式模擬之風速約在 15 m s-1 以上，與分析場資料之風速約為 15 m s-1 以下有些差異。15 日 0000 UTC 時，分析資料與模式模擬結果相當一致(圖 4.3 c、4.4 c)低層噴流強風區持續東移至台灣東北側海面上。16 日 0000 UTC 分析場顯示(圖 4.3 d)，低層噴流強風區位於台灣東部一直延伸到海峽南部，台灣持續受到西南氣流影響。模式模擬在台灣西部與西南部海面上，除了風速略高於分析資料約 5-10 m s-1，其皆與分析資料吻合(圖 4.4 d)。17 日 0000 UTC 分析場顯示(圖 4.3 e)，受到太平壓高壓增強，台灣地區附近風向開始轉為偏南風，低層噴流強風區移至台灣海峽與台灣北部海面。模式模擬於台灣海峽與中國東南沿岸附近之風速與強風區範圍較分析資料略為偏高(圖 4.4 e)。圖 4.5、4.6 為 13 日 0000 UTC 至 17 日 0000 UTC 逐日 NCEP 分析場資料之 500 hPa 風場、高度場與相對渦度模式，及相同時間模擬在高度 5773 m 處之風場、氣壓場、與相對渦度。13 日 0000 UTC 分. 27.

(45) 析場顯示(圖 4.5 a)，有一主要深槽線於 112° E、30° N 處向南延伸至香港地區附近，且槽前正渦度平流伴隨著華南與台灣地區之西南西風。模擬結果亦有掌握到此槽前正渦度區、與西南西盛行風場(圖 4.6 a)。 14 日 0000 UTC 時分析場顯示(圖 4.5 b)，有一短波槽移至台灣海峽北部，台灣附近西南風風速增強。且模式亦顯示台灣位於此短波槽前，其槽前正渦度區伴隨著西南風風速增強，有利於對流發展(圖 4.6 b)。到了 15 日 0000 UTC 分析場與模擬結果皆指出(圖 4.5 c、4.6 c)，此短波槽減弱且開始北退，台灣地區轉為偏西風且風速持續減弱。16 日 0000 UTC 至 17 日 0000 UTC 分析場顯示，(圖 4.5 d-e)受到太平高壓增強，台灣地區逐漸主為偏南風且風速持續增強。模式模擬顯示(圖 4.6 d-e)，對於 16 日台灣附近偏南風風場掌握並不理想，但於台灣西南部之正渦度區與氣旋式風場相當契合。模式模擬成功掌握住 17 日風場轉為偏南風且風速持續增強，但於台灣附近之風速較分析資料弱，差距約在 5 kts。. 4.2. 雷達觀測比較由前述之雷達回波圖(圖 3.6 )可看出，IOP-8 個案期間於 6 月 14. 日與 16 日對台灣地區皆有持續性的降雨系統，但其對流系統之類型與發展則有相當大的差異。14 日之對流系統較類似組織完整的颮線，並由西向東往台灣地區發展；而 16 日之對流則接近為台灣西南方海 28.

(46) 面上局地發展系統。利用模式模擬 2.5 km 解析度輸出之降水粒子(雨水、軟雹與雪)總混合比垂直向最大值的結果，用來檢視模式模擬中尺度對流系統與雷達回波圖是否一致。圖 4.7 為 2008 年 6 月 12 日 0600 UTC 至 16 日 1200 UTC 模式模擬之最大降水粒子總混合比分布圖。12 日 0600 UTC(圖 4.7 a)時，模式模擬順利掌握到台灣中部以北之對流系統，雖其位置稍嫌偏西。13 日 0000 至 1200UTC(圖 4.7 b-d)之間，由最大降水粒子總混合比分布圖顯示於大陸東南沿岸形成近似東北-西南走向之颮線系統，逐漸向東移經台灣海峽並在移動過程中有增強的趨勢，約於 1800 UTC(圖 4.7 e)時，對流系統前緣登陸台灣西北部沿岸地區。台灣地區 14 日 0000 至 0600 UTC(圖 4.7 f-g)受此波對流影響，持續有降雨發生，對流隨著時間逐漸往東、東北方向移動，強對流區呈現東西向籠罩在台灣中部以南地區。接著 1200 UTC (圖 4.7 h)時，可看到中尺度對流系統於西南部海域附近不斷生成並在移入台灣陸地造成降雨後減弱。到了 15 日 0000 UTC 之後(圖 4.7 i)，對流系統逐漸離開台灣地區，除了在台灣南部，其餘地區降雨皆有減緩之現象。對於造成台灣中南部地區 14-15 日的第一波豪雨，雷達觀測顯示出組織良好的線狀對流系統在大陸東南沿岸發展後東移(圖 3.6 b-c)，並於台灣海峽上逐漸增強(圖 3.6 d-e)，與其對流系統登陸台灣的時間(圖 3.6 f)，模式模擬皆有相當. 29.

(47) 程度的掌握。 15 日 0000 至 1200 UTC(圖 4.7 i-j)模擬結果顯示在台灣海峽南部附近仍有 MCS 發生，並向台灣中南部及東南部地區移入並消散。台灣南部地區對流胞持續生成，並逐漸往北移動，中部以北地區，對流雲系減弱，15 日 1200 UTC(圖 4.7 j)時台灣海峽南部的對流系統暫時減弱。到了 16 日 0000 UTC 之後(圖 4.7 k)海峽南部對流系統再度增強，在台灣中南部地區持續有深對流生成移入，造成持續性的局部降雨。到了 1200 UTC，由觀測顯示於台北地區受午後對流影響，此時北部地區有顯著的回波區(圖 3.6 l)，但模式模擬並未掌握到相對的最大降水粒子總混合比(圖 4.7 l)。1200 UTC 之後原海峽南部對流系統減弱並往西北方移動，直到 2000 UTC，在南部及台北地區的對流雲系皆已消散，接下來雖各別對流仍向東移，但整體對流系統則是往西北方移入中國內陸（圖未示）。雷達觀測顯示 15 日至 16 日對流系統持續在台灣海峽與巴士海峽南側發展與消散(圖 3.6 i-k)，雖模式模擬之對流發展時間上不完全一致，但其對流發展位置仍與觀測相當接近。且模式在模擬時間之第 5 天(16 日)，雖台灣北部地區有預報不足，但對於台灣西南方海面上局地發展之第二波豪雨仍模擬得相當出色。. 30.

(48) 4.3. 降水分布比較此處將比較觀測與 CReSS 模式模擬在 6 月 12 日至 17 日間，. 台灣地區每 24 h 之逐日累積雨量，兩者分別示於圖 4.8 與圖 4.9。由兩圖的比較，顯示此前後 6 日之模擬降雨，不論在雨區分布型態與降雨量，均與實際觀測有頗高的相似度，兩者之降雨最多均出現在 14 日與 16 日。模式在模擬初始前兩日的掌握良好，甚至包括東部地區之對流性降雨 (圖 4.8 a,b 與圖 4.9 a,b)；14 日之降雨位於中部與南部的平地與山區，且模式在略有過度預報，最大累積直達 300 mm 以上 (圖 4.8 c 與圖 4.9 c)；模式於 15 日所產生的降雨與觀測相同，主要集中在西南部平原與北部山區 (圖 4.8 d 與圖 4.9 d)；16 日則降雨同樣位於此兩區域但雨量更增，模式則在西南部者表現良好、但北部者則預報不足 (圖 4.8 e 與圖 4.9 e)，最後在 17 日 (第 6 日) 觀測仍有南北走向的帶狀降雨，但最高尚不足 40 mm，模擬則位置出現在東南部且過多，但雨帶走向相似 (圖 4.8 f 與圖 4.9 f)。由於對梅雨季而言，144 h 為非常長的模擬長度，CReSS 模式在整段 6 日期間均能對降水分布有高度掌握，實屬不易，故整體而言為非常難得的優異表現。. 31.

(49) 4.4. 降水移行比較利用 TRMM 之 0.25°衛星資料與 CReSS 模式平滑處理後 25 km. 網域資料之每 3 h 降水強度，分別選取 20°-26° N、112.5°-122.5° E 為計算範圍，顯示於經度-時間二維剖面中( Hovmoller 圖)，即可看出降水事件隨時間移行之特性。圖 4.10 a 為 TRMM 衛星推估降水強度之 Hovmoller 圖，顯示 13 日至 14 日時，第一波降水系統於中國東南地區發展後，約以速度 29 km h-1 由西向東移至台灣地區。而 16 日於台灣西南方海面上局地發展之第二波降水後，系統隨著 LLJ 之位置，由東向西退回中國內陸地區。模式模擬雖對於第一波降水系統之移速較為稍慢，速度約 27 km h-1，但大致上皆有掌握到降水系統發展之時間與位置(圖 4.10 b)。. 4.5. 小結本研究使用 CReSS 模式對於 2008 年 6 月 12 日至 17 日期間個案. 進行模擬，並由 NCEP 分析場與 TRMM 之降水強度資料對模擬結果進行分析比對。顯示模式對於地面梅雨鋒面位置、風向及風速與降水分布皆有相當程度之契合，雖模式模擬降水明顯高估於 TRMM 之觀測資料，但兩者於解析度上有相當大的差異。另外，模式對於 850 hPa 低層噴流走向與鋒面位置、及 500 hPa 槽脊系統，與觀測相比皆有合理的掌握。當模式順利掌握到綜觀尺度條件下，並可進一步模擬出第 32.

(50) 一波降水系統隨著綜觀有利條件之配置，於 13 日至 15 日由西向東移至台灣地區之移行現象。比對紅外線雲圖及雷達回波圖，顯示組織良好的颮線系統於大陸東南沿岸發展後東移，並於海峽上逐漸增強，與降水系統登陸台灣之時間，模式模擬與觀測兩者相當一致。雖模式對於 14 日當日累積降水略有過度預報，但兩者降水分布皆位於台灣中部與南部的平地與山區。15 日至 16 日對流持續於台灣海峽與巴士海峽南側發展與消散，雖模式模擬對流發展之時間上不完全一致，但其對流發展之位置仍與觀測相當接近。模式模擬 16 日第二波豪雨之當日累積雨量，雖台灣北部地區有預報不足，但對於台灣西南方海面上局地發展之對流系統仍模擬得相當出色。此外，利用 TRMM 與 CReSS 模擬之降水強度顯示於 Hovmoller 圖中，即可看出模式雖對於 13 日至 14 日時、由西向東之第一波降水系統之移速較為偏快，但大致上皆有掌握到降水系統發展之時間與位置。由以上所述，CReSS 模式對於 2008 年 6 月 13 至 17 日 SoWMEX IOP-8 個案期間，於各方面皆有相當程度模擬能力。因此，將進一步利用模擬結果，探討與分析第一波由華南向東移至台灣地區之降水系統、及第二波於台灣西南方海面上局地發展系統之激發、維持與發展機制。. 33.

(51) 第五章. 敏感度測試. 由前述之觀測與模式模擬之比對及校驗顯示，CReSS 模式對於 2008 年 SoWMEX IOP-8 期間 6 月 13 至 17 日之個案，於中國東南地區降水系統之移行性特徵，有相當程度的掌握與模擬能力。因此，本研究進一步透過控制實驗(CTL)與唯有綜觀環境變化(SNP)，及唯有局部環流日夜變化(DIU、DIUNT)實驗之比較(實驗設計如表 2.1)，以探討於此個案中，局部環流的日夜變化與綜觀尺度條件所扮演的角色。. 5.1. CTL 與 SNP 實驗模擬結果比較圖 5.1 為 CTL 與 SNP 實驗每 15 分鐘之降水強度資料，選取. 20°-26° N、112.5°-122.5° E 為計算範圍，分別顯示於 Hovmoller 圖中。圖 5.2 a-h、圖 5.3 a-h 分別為 CTL 與 SNP 實驗中 6 月 13 日 0000 UTC 至 14 日 1800 UTC 每 6 h 於地面高度 10 m 處之氣流場與降水強度。由圖 5.1 a、b 顯示出 CTL 與 SNP 實驗對於降水系統之移行特徵、及對流發展的時間與位置，兩者大致上表現頗為相似。此顯示本個案期間，主要由綜觀環境在控制大部分降水的時間與位置，但對於對流激發的細節兩者仍有差異。由 13 日 0000 至 1200 UTC 時 SNP 實驗顯示 (圖 5.1 b、5.2 a-c)，若將局部環流部分完全去除(模式為全海洋表面)，原於 CTL 實驗中大陸東南部陸地上 C1 降水系統即無法發展(圖 5.1 a、. 34.

(52) 5.2 a-c)，更無法東移造成 13 日當日台灣中部沿岸之降水(圖 5.4 b)。 SNP 與 CTL 實驗於 13 日 1800 UTC 時(圖 5.2 d、5.3 d)，主要受到綜觀條件影響於台灣海峽南側海面上，兩者皆發展出 C2 降水系統並由西向東移至台灣(圖 5.1 a、b)。CTL 實驗顯示 14 日 0000 UTC 至 0600 UTC 時(圖 5.2 e、f)，盛行氣流因受到台灣地形的阻塞產生繞流現象，使 C2 降水系統於台灣海峽上輻合增強。而 SNP 實驗中為全海洋地表在未受台灣地形影響下，C2 降水系統於海峽上增強現象則較不明顯 (圖 5.3 e、f)。14 日 1200 UTC 至 1800 UTC 時，CTL 實驗中 C3 降水系統仍受到地形繞流增強(圖 5.2 g、h)，使雨帶較 SNP 實驗中稍早影響台灣(圖 5.3 g、h)。由 14 日 24 h 之累積雨量圖亦可明顯看出，CTL 實驗中於台灣中部平原地區之累積強降水(圖 4.9 c)，因 SNP 實驗中未受到地形阻擋增強海峽上對流之輻合，使其中部地區豪雨並未發生 (圖 5.4 c)。另外於 120° E 台灣附近，主要受到高聳地形影響，CTL 實驗中降水多於臺灣西側發生，而 SNP 實驗中則較易移至台灣東側地區發展，(圖 5.1 a、b、圖 5.4 a、c、d)。於本個案中，鋒前西南氣流受到台灣山脈阻擋而轉向，並與海峽上 MCS 之下衝流產生輻合增強，造成台灣中南部地區之豪大雨產生，皆與 Wang et al.(2005)之個案分析相當一致。顯示於本個案期間台灣地形及局部環流對於降水系統發展與移行、及強度維持仍有相當的重要性。. 35.

(53) 此外，若對此移行之組織性中尺度對流系統作穿過系統走向之垂直剖面(如圖 5.2 b、f 所示)，可發現相當類似於颮線之結構。圖 5.5 顯示，此上下衝流同時發生於不同位置，且於上下衝流之間的渦度與環境垂直風切平衡下，降水系統可長時間維持，並因其下衝流因蒸發所產生冷池動力作用向下游移行(Rotunno et al.1988)。前述於 16 日受到高層之槽脊系統北退，其綜觀環境有利條件已明顯減弱(圖 3.8 e)，但 16 日之 24 h 累積雨量仍達到 300 毫米的局地性強降水(圖 4.9 e)。根據 CTL 模擬降水強度顯示，第二波降水系統約於 15 日 2100 UTC 時，於台灣西南部沿海與鄰近海面開始發展(圖 5.2 i)。三小時以後，降水系統逐漸增強且範圍持續擴大壟罩整個台灣西南部與鄰近海面(圖 5.2 j)。降水系統以非常緩慢的速度向台灣西南沿海移動，並於登陸台灣造成降水後消散，且一直持續至 16 日 1200 UTC，造成台灣地區持續約 15 h 之局地強降水(圖 5.2 k-n)。而此持續性降水過程則類似於後造型(back building)降水系統(Xu et al. 2012)。 Xu et al. (2012)研究顯示，受到 14、15 日降水後，可能於台灣地區與鄰近海面上形成冷池，但於上游海面上受到海氣通量之交互作用影響，冷池效果將不易維持。而此個案期間西南氣流受到台灣高聳地形之阻塞，使得冷池易位於台灣西南部地區維持。根據 CTL 模擬結果配合水平及剖面分析圖，選取一東北-西南走向垂直剖面 C 至 C’. 36.

(54) (如圖 5.6 所示)，可進一步了解此持續性後造型降水系統發展與維持。從 15 日 2100 UTC 時於地面高度 1.5 m 處位溫顯示，台灣西南部陸地與上游海面約有 3-4 K 之位溫差異，且此時於上游海面高度 1594 m 處(約 850 hPa)已有 LLJ 之存在(圖 5.6 a、5.8 a)。隨著 LLJ 之增強並由台灣西南方上游海洋帶來暖濕不穩定空氣，其受到此相對穩定之冷池抬升，使台灣西南部上游處之 LLJ 與海岸處偏弱風於此冷暖交界處產生輻合，造成後造型局地降水系統持續發展，並於移入台灣西南部地區造成降水後消散 (圖 5.6 b-c、5.8 b-c)。到了 16 日 1500 UTC，隨著冷池效應逐漸消散，台灣西南地區局部性降水亦逐漸減緩(圖 5.6 d、 5.8 d)。上述現象與 Xu and Zipser (2012)由 SoWMEX 觀測資料對於 IOP-8 期間之個案分析結果相當一致。更進一步由敏感度實驗進行比對顯示，雖於 SNP 實驗中於台灣地區亦有 14、15 日之降水產生(圖 5.4 c、d)，但因 SNP 實驗中假設為全海洋表面，在未受到台灣高聳地形的阻擋限制、與海洋表面較大可感熱通量之情形下，冷池現象則較不易維持(圖 5.7)，因此局部性降水系統無法於台灣西南部發展(圖 5.4 e)。顯示出台灣地形阻擋所形成之冷池現象，對於此個案期間之持續性後造型降水系統發展與維持扮演著重要的關鍵角色。. 5.2. DIU 與 DIUNT 實驗結果比較因假設 DIU 與 DIUNT 實驗中，由邊界進入之綜觀環境條件不隨 37.