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

Abstract

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。 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。