博碩士論文 946205001 詳細資訊




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姓名 林宥丞(You-Cheng Lin)  查詢紙本館藏   畢業系所 水文與海洋科學研究所
論文名稱 地形降水對於環境條件與地形特性之敏感度測試:3維理想地形模擬研究
(The Sensitivity of Orographic Precipitation to Ambeint Conditions and Terrain High: An Idealized Three-Dimensional Modeling study)
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摘要(中) 本研究利用WRF模式模擬氣流在不穩定的天候條件下,氣流跨越3維理想鐘形地形時,地形降水的變化情形。根據不同的Fr數可發現,當氣流遇到3維理想地形時,會出現4種降水移動型態:(1)降水初期於山脊區域產生對流性降水,隨時間其降水會往上游處擴展。(2)長延時的對流降水系統滯留於山脊區域。(3)山脊區域存在長延時之層狀降水與對流降水的混合性降水,模擬後期,山脊區域的降水會些微往上游與山脊的背風處擴展。(4)在山脊區域存在長延時的對流性降水或層狀性降水,亦或者混合性降水,而在下游處具有一獨立的對流性降水系統。
  當Fr數較小時,地形阻塞效應明顯,在背風處均可發現背風面渦漩的產生,而背風面渦漩會壓抑住山脊區域降水往下游處的擴展。而隨著風速增加,Fr數越大時,氣流逐漸以越山的形式來取代氣流繞山的形式通過地形的阻擋。當改變氣流入射地形之入射角時,氣流遇到地形時產生不對稱的氣流繞山與越山的運動,導致背風面單一渦漩的生成,同時亦改變地形降水的分佈情況。
  研究中以Fr數來討論地形降水之物理機制,難免有些缺失,未來研究可加入空氣塊軌跡線的變化來討論氣流的偏斜,以及加入地形半幅寬的變化,來討論氣流遇到不同坡度地形時地形降水的差異性,再進一步可加入真實地形與柯氏力的影響來做相同的模擬,以求對台灣地區地形降水的物理特性有更明確的認知。
摘要(英) In this study, idealized simulations are performed to investigate the propagation and type of precipitation systems for a conditionally unstable flow over a three-dimensional mountain. Four moist regimes based on the unstaturated Froude number, can be identified from a series of idealized simulation. The characteristics of these four flow regimes are : (1)Regime I–flow with an upstream-propagating convective system and an early convective system over the mountain ridge; (2)Regime II–flow with a long-lasting orographic convective system over the mountain ridge, upslope, or lee-side slope; (3)Regime III–flow with a long-lasting mixed convective / stratiform precipitation system over the mountain, and a downstream-propagating convective system at later period; (4)Regime IV –flow with an orographic stratiform, convective or mixed stratiform and convective precipitation system over the mountain, and possibly a convective precipitation system downstream.
When the Froude number is smaller, we can find the lee-side vortex downstream, and this lee-side vortex will brake the precipitation systems propagation. When the Froude number is large, we can find a flow-over regime instead of a flow-around regime. When we change the angle of flow incidence, the airstream will encounter differential flow deflection, and a single lee-side vortex can be found downstream, at the low-Froude-number regime.
Although Froude number serves as a control parameter for the propagation of orographic precipitation, it may not completely represent all flow characteristics. Trajectory analyses can be used to further investigate the flow attributes associated with orographic precipitation.
關鍵字(中) ★ 地形降雨
★ 3維理想地形
★ 氣流過山
關鍵字(英) ★ propagation and type of precipitation systems
★ flow regimes
論文目次 摘要 ……………………………………………………………………...i
致謝 …………………………………………………………………….iv
目錄 ……………………………………………………………………vii
圖目錄 ………………………………………………………………….ix
第一章 前言 ……………………………………………………………1
1.1研究動機 ………………………………………………………2
1.2文獻回顧 ………………………………………………………3
1.3論文架構 ………………………………………………………6
第二章 研究方法 ………………………………………………………7
2.1個案描述 ………………………………………………………7
2.1.1梅雨 ……………………………………………………...7
2.1.2秋雨 ……………………………………………………...8
2.2資料設定 ………………………………………………………8
2.2.1探空資料………………………………………………….9
2.2.2穩定度……………………………………………………10
2.2.3地形設定…………………………………………………11
2.2.4降水效率…………………………………………………11
第三章 模式簡介 ……………………………………………………..13
3.1WRF介紹 ……………………………………………………..13
3.2WRF設定 ……………………………………………………..14
第四章 梅雨季節 ……………………………………………………..17
4.1背風面渦漩 …………………………………………………..17
4.2累積降水量 …………………………………………………..19
4.3降水效率 ……………………………………………………..23
4.4降水移動型態 ………………………………………………..24
4.5層狀降水與對流降水 ………………………………………..26
4.6西南風向 ……………………………………………………..29
第五章 秋雨季節 ……………………………………………………..34
5.1背風面渦漩 …………………………………………………..34
5.2累積降水量 …………………………………………………..36
5.3降水效率 ……………………………………………………..38
5.4降水移動型態 ………………………………………………..39
5.5東北風向 ……………………………………………………..41
第六章 結論 …………………………………………………………..45
參考文獻 ………………………………………………………………51
圖目錄
表4.1 :本論文研究與Chen and Lin(2005a) 在相同CAPE值所區分Regime的差異.........................................................................................53
表4.2 :本研究梅雨季節西風實驗組之Fr數與相對應的Regime……53
表4.3 :梅雨季節西南風向實驗組之Fr數與相對應的Regime……….54
表5.1 :秋雨季節西風實驗組別之Fr數與相對應的Regime…………55
表5.2 : 秋雨季節東北風各實驗組別之Fr數與相對應的Regime…...56
圖4.1(a)~(d) :梅雨季節,山高1000公尺,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖……………………57
圖4.1(e)~(h) :梅雨季節,山高2000公尺,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖………………………………58
圖4.1(i)~(l) :梅雨季節,山高3000公尺,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖………………………………59
圖4.2(a)~(d) :山高為1000公尺,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s之梅雨季節18小時累積降雨分佈圖……………………….60
圖4.2(e)~(h) :山高為2000公尺,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s之梅雨季節18小時累積降雨分佈圖……………………….61
圖4.2(i)~(l) :山高為3000公尺,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s之梅雨季節18小時累積降雨分佈圖………………………………….62
圖4.3 :18小時地形降水之降水效率(LSPE)…………………………..63
圖4.4 :18小時降水網格之平均雨量…………………………………..63
圖4.5a :h3000_v10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….64
圖4.5b :h2000_v10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….64
圖4.5c :h3000_v05的18小時降水之Hovmöller diagram…………….64
圖4.5d :h1000_v05的18小時降水之Hovmöller diagram…………….64
圖4.5e :h3000_v20的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5f :h3000_v15的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5g :h2000_v20的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5h :h2000_v15的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5i :h1000_v20的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5j :h1000_v15的18小時降水之Hovmöller diagram…………….65
圖4.5k :h1000_v10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….66
圖4.6 :山高3000公尺,風速10m/s時(a)雨水混合比18小時平均剖面圖(b)降水瞬間的垂直速度剖面圖…………………………….............67
圖4.7 :山高2000公尺,風速10m/s時(a)雨水混合比18小時平均剖面圖(b)垂直速度剖面圖………………………………………………….67
圖4.8 :山高3000公尺時(a)風速20m/s (b)風速15m/s時雨水混合比18小時平均剖面圖………………………………………………………..68
圖4.9 :山高3000公尺時(a)風速20m/s (b)風速15m/s時垂直速度剖面圖………………………………………………………………………..68
圖4.10 : (a)~(e)分別為h2000_v20、h2000_v15、h1000_v20、h1000_v15與h1000_v10之雨水混合比18小時平均剖面圖……………………69
圖4.11 : (a)~(e)分別為h2000_v20、h2000_v15、h1000_v20、h1000_v15與h1000_v10之垂直速度剖面圖………………….………………….70
圖4.12(a)~(d) :山高1000公尺時,西南風向,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s近地面氣流線水平剖面圖…………………………72
圖4.12(e)~(h) :山高2000公尺時,西南風向,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s近地面氣流線水平剖面圖…………………………73
圖4.12(i)~(l) :山高3000公尺時,西南風向,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s近地面氣流線水平剖面圖…………………………74
圖4.13(a)~(d) : 山高1000公尺時,西南風向,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s之18小時累積降水分佈圖……………………….75
圖4.13(e)~(h) : 山高2000公尺時,西南風向,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s之18小時累積降水分佈圖……………………….76
圖4.13(i)~(l) : 山高3000公尺時,西南風向,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s之18小時累積降水分佈圖…………………………77
圖4.14(a)~(c) :梅雨季節西南風向實驗組別中,山高1000公尺,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s之垂直速度剖面圖………………………...78
圖4.15 :梅雨季節的西南風向實驗組,18小時降水效率LSPE……..79
圖4.16 :梅雨季節的西南風向實驗組,降水網格平均雨量………….79
圖4.17a :h3000_ws05的18小時降水之Hovmöller diagram………….80
圖4.17b :h3000_ws10的18小時降水之Hovmöller diagram………….80
圖4.17c :h2000_ws05的18小時降水之Hovmöller diagram………….80
圖4.17d :h2000_ws10的18小時降水之Hovmöller diagram………….80
圖4.17e :h1000_ws05的18小時降水之Hovmöller diagram………….80
圖4.17f :h1000_ws15的18小時降水之Hovmöller diagram………….81
圖4.17g :h3000_ws15的18小時降水之Hovmöller diagram………….81
圖4.17h :h3000_ws20的18小時降水之Hovmöller diagram………….81
圖4.17i :h2000_ws15的18小時降水之Hovmöller diagram………….81
圖4.17j :h2000_ws20的18小時降水之Hovmöller diagram………….81
圖4.17k :h1000_ws10的18小時降水之Hovmöller diagram………….82
圖4.17l :h1000_ws20的18小時降水之Hovmöller diagram………….82
圖5.1(a)~(d) :秋雨季節,山高1000公尺,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖……………………83
圖5.1(e)~(h) :秋雨季節,山高2000公尺,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖………………………………84
圖5.1(i)~(l) :秋雨季節,山高3000公尺,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s時,近地面氣流線水平剖面圖………………………………85
圖5.2(a)~(d) :山高為1000公尺,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s之秋雨季節18小時累積降雨分佈圖……………………….86
圖5.2(e)~(h) :山高為2000公尺,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s之秋雨季節18小時累積降雨分佈圖……………………….87
圖5.2(i)~(l) :山高為3000公尺,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s之秋雨季節18小時累積降雨分佈圖………………………………….88
圖5.3 :18小時地形降水之降水效率(LSPE)…………………………..89
圖5.4 :18小時降水網格之平均雨量…………………………………..89
圖5.5a :h1000_e10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….90
圖5.5b :h1000_e15的18小時降水之Hovmöller diagram…………….90
圖5.5c :h1000_e20的18小時降水之Hovmöller diagram…………….90
圖5.5d :h2000_e10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….90
圖5.5e :h2000_e15的18小時降水之Hovmöller diagram…………….90
圖5.5f :h2000_e20的18小時降水之Hovmöller diagram…………….91
圖5.5g :h3000_e05的18小時降水之Hovmöller diagram…………….91
圖5.5h :h3000_e10的18小時降水之Hovmöller diagram…………….91
圖5.5i :h3000_e15的18小時降水之Hovmöller diagram……………..91
圖5.5j :h3000_e20的18小時降水之Hovmöller diagram……………..91
圖5.6(a)~(d) :山高1000公尺時,西南風向,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s近地面氣流線水平剖面圖…………………………93
圖5.6(e)~(h) :山高2000公尺時,西南風向,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s近地面氣流線水平剖面圖…………………………94
圖5.6(i)~(l) :山高3000公尺時,西南風向,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s近地面氣流線水平剖面圖………………………….95
圖5.7(a)~(d) : 山高1000公尺時,西南風向,風速(a)5m/s (b)10m/s (c)15m/s (d)20m/s之18小時累積降水分佈圖………………………..96
圖5.7(e)~(h) : 山高2000公尺時,西南風向,風速(e)5m/s (f)10m/s (g)15m/s (h)20m/s之18小時累積降水分佈圖……………………….97
圖5.7(i)~(l) : 山高3000公尺時,西南風向,風速(i)5m/s (j)10m/s (k)15m/s (l)20m/s之18小時累積降水分佈圖…………………………98
圖5.8 :秋雨季節的東北風向實驗組,18小時降水效率LSPE……….99
圖5.9 :秋雨季節的東北風向實驗組,降水網格平均雨量…………….99
圖5.10a :h1000_en15的18小時降水之Hovmöller diagram…………100
圖5.10b :h1000_en20的18小時降水之Hovmöller diagram………..100
圖5.10c :h2000_en10的18小時降水之Hovmöller diagram………..100
圖5.10d :h2000_en15的18小時降水之Hovmöller diagram………..100
圖5.10e :h2000_en20的18小時降水之Hovmöller diagram…………101
圖5.10f :h3000_en10的18小時降水之Hovmöller diagram…………101
圖5.10g :h3000_en15的18小時降水之Hovmöller diagram………..101
圖5.10h :h3000_en20的18小時降水之Hovmöller diagram………..101
圖6.1a :Regime I之示意圖…………………………………………...102
圖6.1b :Regime II之示意圖…………………………………………..102
圖6.1c :Regime III之示意圖………………………………………….102
圖6.1d :Regime IV之示意圖…………………………………………102
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指導教授 楊明仁(Ming-Jen Yang) 審核日期 2008-7-15
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