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Subject: search.filters.subject.理想化模擬

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    冬季東北季風對宜蘭地區降水與氣流分佈影響之理想模擬研究
    (2023) 李俊賢; Li, Chun-Hsien
    秋冬季(9～2月)東北季風降雨為臺灣東北部與東部地區重要的降雨來源之一。由於宜蘭地區特殊的口袋狀地形使平原內氣流形成偏轉、產生輻合，而在東南側山區迎風面造成大量的降雨。本研究欲探討單純的東北風對宜蘭地區降雨及風場造成的影響，利用2020年宜蘭劇烈降雨觀測實驗(Yilan Experiment for Severe Rainfall in 2020，YESR2020)期間東北風事件的大氣環境為基礎，以CReSS模式的理想化模擬，探討不同環境濕度、風速及風向下的降雨及風場分佈。本研究以臺灣東北方海面之分析資料時空間平均，製作水平向均勻、無氣壓梯度的模式初始場及邊界條件，進行東北風理想模擬實驗。實驗設計了3種相對濕度(80%、70%、60%)、3種風速(12、8、4 m s-1)及7種風向(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)，共63種大氣環境組合，探討各實驗在蘭陽平原及其周圍山區局部環流與降雨之間的關係。 各實驗分析結果顯示，當環境相對濕度改變時，對大氣穩定度、降雨量、氣流遇地形障礙後的運動方式等都有顯著影響。當空氣濕度較高時，其具有豐沛的水氣及較低的穩定度，各地山區迎風面均有較大的降雨量，且較容易爬升越過地形。氣流進入平原西南側後，由於空氣的質量堆積及沿地形舉升後的絕熱冷卻造成氣壓上升，形成較大的擾動氣壓及擾動氣壓梯度，導致氣流產生逆鐘向水平繞流，使平原東南側山區輻合降雨增強。 當環境風速改變時，對降雨強度、擾動氣壓梯度、氣流遇地形障礙後的運動方式等都有明顯改變。當環境風速較高(12 m s-1)，氣流容易沿著地形爬升、產生較大氣壓擾動，導致平原內形成水平繞流及東南側輻合增強。而當環境風速較低(4 m s-1)時，水氣供應減少，降雨強度減弱，風場較容易受擾動氣壓影響。在東北風到偏東風情境，近地面的離岸氣壓梯度力範圍越向外海移動，使輻合雨帶向東移。當環境風向改變時，降雨區域、擾動氣壓分佈、平原內氣流運動情形亦有明顯不同。當環境風向為東北風時(30°～60°)，氣流較容易進入蘭陽平原西南側形成較大擾動氣壓，導致平原內形成逆鐘向繞流增強。在環境風向較偏東風時，平原內有較大的擾動氣壓，且在高濕度、高風速情境下，平原西南側有較大的擾動氣壓梯度，在沿海地區搭配海陸地面磨擦差異，形成較強的輻合帶。
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    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
    (2019) 謝竣安; Hsieh, Chun-An
    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。