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東亞氣候的多重尺度交互作用---台灣百年氣候之再研究
(2008/08-2009/07) 洪致文; 許晃雄
近年來，在全球暖化過程中，對於局部地區的影響，不管是氣候平均狀態的改變，或是極端天氣現象發生頻率的變化，都是各國氣象學者關注的焦點。台灣百年來的氣候變遷，雖然有相當多的研究嘗試去解答與描述，然而受限於觀測數據的時間限制，大多集中在研究一九五０年代後到現今的氣候變遷。儘管台灣的部分氣象測站有約百年的觀測歷史，然而因為缺乏對早期資料來源的文史調查與紀錄，測站搬遷往往造成觀測數據分析上的困難。本研究將重新找尋清代台灣的珍貴氣象觀測，加上整理日本在台時期總督府氣象台的各式氣象紀錄，配合戰後更完整的氣象局觀測數據，重新替台灣的百年氣候找出更精確的科學描述。在本研究中，利用重新出土的氣象觀測資料，台灣在清代幾個通商港埠氣象紀錄，可以回推至十九世紀後期的一八八五年。這些珍貴的氣象觀測史料，將讓過去受限於觀測數據時間長度而較難分析的台灣地區年代際（十年以上尺度）變化，可有機會做更進一步的科學分析。日本時代在台灣各地普遍設置的雨量觀測站，其雨量記錄也是一份可以提供與現今氣象局自動雨量站數據比對的新素材。透過老資料的新發現，本研究將重新再研究台灣的百年氣候，並以科學的觀點有系統分析並提出更完整的看法。
東亞氣候的多重尺度交互作用---台灣百年氣候之再研究
(2009/08-2010/07) 洪致文; 許晃雄
近年來，在全球暖化過程中，對於局部地區的影響，不管是氣候平均狀態的改變，或是極端天氣現象發生頻率的變化，都是各國氣象學者關注的焦點。台灣百年來的氣候變遷，雖然有相當多的研究嘗試去解答與描述，然而受限於觀測數據的時間限制，大多集中在研究一九五０年代後到現今的氣候變遷。儘管台灣的部分氣象測站有約百年的觀測歷史，然而因為缺乏對早期資料來源的文史調查與紀錄，測站搬遷往往造成觀測數據分析上的困難。本研究將重新找尋清代台灣的珍貴氣象觀測，加上整理日本在台時期總督府氣象台的各式氣象紀錄，配合戰後更完整的氣象局觀測數據，重新替台灣的百年氣候找出更精確的科學描述。在本研究中，利用重新出土的氣象觀測資料，台灣在清代幾個通商港埠氣象紀錄，可以回推至十九世紀後期的一八八五年。這些珍貴的氣象觀測史料，將讓過去受限於觀測數據時間長度而較難分析的台灣地區年代際（十年以上尺度）變化，可有機會做更進一步的科學分析。日本時代在台灣各地普遍設置的雨量觀測站，其雨量記錄也是一份可以提供與現今氣象局自動雨量站數據比對的新素材。透過老資料的新發現，本研究將重新再研究台灣的百年氣候，並以科學的觀點有系統分析並提出更完整的看法。
氣候自然變異與年代際變化
(中華民國氣象學會, 2012-11-01) 許晃雄; 羅資婷; 洪致文; 洪志誠; 李明營; 陳雲蘭; 黃威凱; 盧孟明; 隋中興
地球氣候不斷的變化，呈現多重時間尺度的特性。過去一百多年的地球氣候除了有長達百年的暖化趨勢，亦呈現明顯的年代際變化，如20世紀初至1940年代的暖化趨勢，1950年代至1970年代的冷卻趨勢，以及1980年代以後更明顯的暖化趨勢。降雨也呈現明顯的年代際變化，而且區域性強。 IPCC第四次評估報告對過去數十年全球暖化加速的看法，忽略了年代際振盪的貢獻。過去30年剛好處於大西洋多年代振盪朝正相位（亦即溫度上升）發展的時期，加上全球溫度上升趨勢，因此顯得暖化速率特別快。無論檢視過去氣候變化或推估未來氣候變遷趨勢，吾人都需考慮年代際的影響，因為年代際振盪造成的是近期影響，人為溫室效應則是遠期影響。年代際振盪的影響不僅不可忽視，甚至可能提供較為準確的近期氣候推估。IPCC 已經將年代預報納為重要的研究方向，並將於第五次評估報告首次提出研究成果。此項觀察與長期暖化趨勢的存在並不牴觸。年代際振盪以北半球最為明顯，南半球的海溫與全球海面高度皆呈現顯著的長期上升趨勢與微弱的年代際振盪。理論上，如果人為溫室效應確實影響了地球氣候，海水溫度與熱容量是最容易延續該訊息的氣候變數，這是因為海水的熱容量遠大於氣體與土壤，具有較長的「記憶」。南半球的海溫與全球海面高度的顯著長期上升趨勢很可能反應了此一人為影響。人造溫室氣體是過去數十年氣溫上升的主因之一。最近的觀測顯示，自京都議定書以來，全球溫室氣體的排放不但無法抑制，反而加速成長。人類排放的溫室氣體造成的溫室效應已經十分明顯，而且大多數氣候模式都顯示人為溫室效應的影響大於其他已知的自然因素，因此過去一百多年來的溫度上升有一部分受到人為溫室效應的影響是極其可能的。依據IPCC的情境推估，在2100年暖化程度為1.1°C至6.4°C。此一暖化幅度遠大於年代際振盪造成的溫度變化，也大於火山爆發帶來的短期冷卻。即使考慮未來如果發生像造成小冰期的Maunder Minimum，其造成的全球冷卻效應約為0.3°C，仍遠小於人為溫室效應造成的暖化。整體而言，如果溫室氣體的增加無法抑制，全球暖化程度將遠遠超過自然變化的幅度，無任何已知的過去百年來的自然變化可以抵銷。地球史上曾發生過的毀滅性災難如果再次發生，或許可以抑制全球暖化趨勢。但是，這類事件無法預知也非人類所樂見。抑制全球暖化以減緩對地球生態環境的可能衝擊，勢在必行。因此，如何抑制溫室氣體的排放，降低大氣溫室氣體濃度的增加速率，是目前人類面臨的最大的課題與挑戰。
臺灣氣候變遷推估研究
(中華民國氣象學會, 2014-12-01) 陳正達; 朱容練; 許晃雄; 盧孟明; 隋中興; 周佳; 翁叔平; 陳昭銘; 林傳堯; 鄭兆尊; 吳宜昭; 卓盈旻; 陳重功; 張雅茹; 林士堯; 林修立; 童裕翔; 楊承道
本研究以全球氣候模式模擬的結果為基準，運用統計降尺度技術，分析未來臺灣氣候變遷的可能性機率分布範圍。運用機率方式表示是以科學與客觀的方式呈現上述氣候模式差異、自然氣候變動以及降尺度方法所疊加的不確定範圍，同時區域的氣候變遷推估機率分布特徵也可以用以評估我們對未來臺灣氣候變遷推估的信心度。以A1B單一未來發展情境為例，下列是針對21世紀末未來臺灣氣候變遷推估的主要發現：（1）在近地表氣溫季節及區域平均的變化部份，所有氣候模式所推估中位數大約是介於2.1°C至2.4°C之間，北臺灣較南臺灣的增溫幅度略高，而秋季較其他季節略低。約有一半的模式顯示未來變化主要是介於1.8°C至2.9°C之間。90%以上的模式推估區域季節平均變化將在1.3°C以上或小於3.1°C，同樣是北臺灣較南臺灣的增溫幅度略高。（2）在季節及區域平均降水的變化方面，未來冬季雨量有近乎四分之三的模式推估變化都是減少的，約有一半的模式的推估是介於+0%至–23%之間，只有少數（10%）的模式推估區域冬季雨量減少可能在–34%以上或反而可能有+6%的增加。而未來夏季雨量變化方面，則有將近60%的模式推估降水都是增加，約有一半的模式認為未來夏季變化主要是介於+15%至+45%之間，雖然只有少數（10%）的模式推估區域夏季雨量增加可能在+34%以上。這些推估結果對原本就是夏季多雨、冬季少雨的中南部地區而言，如何調配豐枯水期的水資源，在未來將會是更為嚴峻。對於未來臺灣近地面氣溫變遷推估而言，無論是月、季或是年平均的氣候平均氣溫變化，在21世紀末的變化幅度都遠超過模式所估算的氣候自然變動與統計降尺度方法的誤差範圍。不過，對於未來臺灣降雨變遷推估的應用，必須注意其變化幅度往往未必具有統計上的顯著性，模式推估分布的可能性機率分布範圍或甚至符號都改變，科學上對相關結果可靠性的信心則相對較為不足。
陸地表過程對東亞夏季季風之影響研究
(2007) 于宜強; Yi-Chiang Yu
本研究針對Purdue Regional Model (PRM)進行地表過程模式的改進。Sun and Chern （2005）發表一個新的地表過程模式，可以精準的長時間模擬，Sleeper河谷地表溫度。這個新的地表過程模式，包括植物、覆雪及土壤三個部分，利用這個模式，精進PRM的地表過程。並針對1998年東亞夏季季風個案，進行評估比對。東亞夏季季風的主要特性，夏季梅雨鋒面的平均降雨位置、季風肇始時間、降雨帶隨季節北移及季內振盪等現象。模式的模擬，對這些現象的掌握具備相當水準。但是，在模式的表現中，地表溫度比實際偏高，以及太平洋高壓的勢力仍比實際觀測偏強，這個太平洋高壓的誤差與過去模擬相同。太平高壓偏強的誤差，導致南海與中南半島模擬雨量減少，東亞地區鋒面的北移，過於偏北。在地表使用（land use）資料的使用上，本研究蒐集二種新的高解析的地表使用資料，分別為美國馬里蘭大學（UMD， University of Maryland）及法國國家氣象研究中心（CNRM, centre national de recherches meteologiques / METEO-France），解析度均為1km×km。在植物模組中，引進植物葉面積指數（LAI）的衛星觀測資料，進行植物分布的修正。在不同地表使用與植物衛星資料的靈敏度測試中，發現當使用法國氣象研究中心的地表資料，模擬1998年東亞夏季季風，結果較為理想。當加入衛星植物LAI，可以小幅修正模擬的結果。在這些靈敏度的測試模擬中，使用法國資料模擬的地表溫度比UMD模擬的結果低，較為接近觀測資料。此結果的改善，是透過地表過程改變，使其高低層季風環流發生變化，影響降雨分布。地表過程與大氣之間的交互作用是非常的複雜，為了瞭解地表過程對季風的影響如何，在此設計了一組地表過程的靈敏度實驗，實驗中透過地表加熱過程的改變、地表覆蓋改變（裸土、闊葉林及農田）及土水改變進行。在上述的實驗中，針對模擬的東亞大陸全部進行改變，雖然各式的改變，熱能與水文的變化會同時發生，但是由於熱能改變海陸間對比所造成水氣通量的改變，遠遠大於當地因為熱能與水文改變，所釋放出的蒸發量。所有模擬中雨量的改變，都受其季風水氣傳送帶改變所主導。當地表過程呈現增溫時，季風環流將增強，水氣傳送的通量明顯增加，導致東亞地區雨量增加。但因為地表增溫，季風環流增強，使得太平洋高壓減弱東退。並在東海與日本附近海面上，激發增強一個氣旋式系統。次環流的增強使韓國及中國華北地區西南季風減弱，降雨減少，因此在東亞大陸上出現一個類似三明治的結構降雨變化。在呈現降溫的模擬結果中，太平洋高壓明顯增強，並向西伸。使得季風水氣傳送帶，向西移動至高原邊緣，東亞地區的雨量明顯減少。在東亞季風進入與通過東亞地區時，必經的二個區域分別為中南半島，及華南地區。在此希望瞭解局部區域地表覆蓋的改變，對東亞季風的影響。二地區利用與前面相同的地表覆蓋改變（裸土、闊葉林及農田），當地表改為裸土時，地表溫度呈現增溫，當改為闊葉林時，地表呈現降溫，農田部分則呈現溫度變化較不明顯。當模擬中呈現增溫的模擬中，因為地表溫度上升增加海陸溫差，使其季風環流增強，季風的水氣傳送通量進入東亞地區增多。模擬降溫者，其反應相反，季風環流減弱，進入東亞地區的水氣傳送通量減少。在地表改變時，粗糙度隨植物種類改變而改變，其中農田與裸土部分較為相近。比較二者模擬，可以瞭解因為海陸溫差所增加的季風環流與水氣傳送量。中南半島增溫與粗糙度降低，所造成季風環流增強的位置，大致相近，都由中南半島陸地相東北延伸至台灣日本附近。華南地區的增溫，則增加由南海到台灣東北海域一帶的水氣傳送通量。華南地區的粗糙度改變，增加由南海向北方陸地傳送的水氣量。二者降雨的改變，都與水氣傳送的改變有關。地表過程的改變，對東亞地區夏季季風環流與降雨分布的影響，相當顯著。
颱風對於臺灣降雨之貢獻
(2010/05/22-23) 洪致文; 許晃雄