衛星資料反演海氣參數在乾旱預警之研究

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陳宇敬(Yu-Ching Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

水文與海洋科學研究所

論文名稱

衛星資料反演海氣參數在乾旱預警之研究
(Drought Forecasting with Sea-atmospheric Parameters Retrieved from Satellite Observations)

相關論文

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摘要(中)

本研究之最主要的目標是以分析總可降水量 (total precipitable water, TPW) 、海氣參數及降雨量的變化情形建立一個適用於台灣地區的乾旱分析方法，以期尋找出可能的乾旱預警指標。並針對全球、區域及單站等不同尺度來看台灣旱象降水與海氣參數的特徵。以全球尺度而言，NOAA系列衛星求得全球緯向0-30度總可降水量平均；區域尺度而言，DMSP衛星選取北緯0至40度，東經100-140度作區域性的範圍平均；單站而言，分別以板橋及花蓮探空測站為例。結果顯示：2002、2003年的總可降水量，不論其單月平均或是年平均可降水量，均較於近十二年來之長期平均值有明顯減少的現象，而在海氣參數的部分較近八年平均值，海溫在2002年底都是偏低，而2003年底偏低的情況略少，此外潛熱通量在2003年底時並無偏低的情況，而這也是說明了在2004年初的春雨並無大幅減少的可能原因。經由海氣參數與地面雨量站作相關性分析後以A區(北台灣海峽)為建置乾旱指標的研究地區，而指標的結果與下ㄧ季全台平均雨量在定性上約有70％的準確性，而在定量上的相關性約0.5。此外若以年底末季所合成的乾旱指標預報隔年的年平均雨量，在定性上預報準確性約有85％，在定量上相關性約有0.8。

摘要(英)

The purpose of the research is to analyze the total precipitable water (TPW), rainfalls, and the sea-atmosphere parameters variations around Taiwan area, and to make a drought index for predicting the drought occurrence in Taiwan area.
First, the zonal mean TPW of 0o to 30oE from NOAA satellites were analyzed to understand the global scale TPW variation, and TPW and the sea-atmosphere parameters within the area covered 0 to 40N and 100 to 140E measured by the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) satellites were analyzed to see the local scale variation. Radiosonde data collected at Panchiao and Hualian stations in Taiwan were also used to compare the previous two sets of satellite observations for validation.
The result shows that TPW of 2002 and 2003 had the lowest values during the past 12 years. In addition, the latent heat flux and sea surface temperature of 2002 had the lowest values during the recent 8 years.
In the end of 2003, the result also shows that the latent heat flux was normal and the sea surface temperature slightly below normal. That is the reason why the spring rain still maintain normal in the early months of 2004. By the correlation analyzing, the North Taiwan Strait test area was pickup, and the sea-atmospheric parameters in this area were used to make a drought index for the whole Taiwan area. The test result shows that the drought index made in this study could work well.

關鍵字(中)

★ 可降水量
★ 乾旱
★ 水氣

關鍵字(英)

★ total precipitable water (TPW)
★ drought
★ satellite

論文目次

目錄
摘要i
目錄iii
表目錄v
圖目錄vi
第一章序論1
1.1 前言1
1.2 研究動機與目的2
1.3 文獻回顧2
第二章研究方法6
2.1 探空資料求總可降水量方法6
2.2 SSM/I資料反演海氣參數7
2.3 合成乾旱指標方法及流程8
第三章資料收集與處理10
3.1 探空資料10
3.2 SSM/I衛星資料10
3.3 雨量資料11
第四章結果分析與討論12
4.1 全球北緯0-30度緯向平均可降水量變化12
4.2 區域性海氣參數之變化13
4.2.1 A區域（北台灣海峽,25-27N,120-123E)13
4.2.2 B區域 (台灣海峽,22-25N,118-120E)15
4.2.3 C區域 (巴士海峽,20-21.8N,119-123E)16
4.2.4 D區域 (近台灣太平洋,22-25N,122-124E)18
4.2.5 E區域 (南海,18-21N,113-119E)20
4.2.6 F區域 (西太平洋,22-25N,123-131E)22
4.2.7 G區域 (東海,26-29N,123-131E)23
4.3 地面測站27
4.3.1 由探空資料對衛星反演可降水量之驗證27
4.3.2 雨量站29
4.4 由衛星資料反演海氣參數與雨量站之相關性分析30
4.5 乾旱指標32
4.5.1預報準確性之分析33
4.5.2相關性之分析34
第五章結論建議與未來展望35
參考文獻38
附表42
附圖46
附錄99
表目錄
表1 SSM/I各頻道之特性 (摘自SSM/I 使用手冊)。
表2 2002-2003年板橋探空平均總可降水量變異。
表3 2002-2003年花蓮探空平均總可降水量變異。
表4 SSM/I反演出可降水量與台灣分區雨量之相關性。
表5 SSM/I反演出海溫與台灣分區雨量之相關性。
表6 SSM/I反演出潛熱通量與台灣分區雨量之相關性。
表7以季為單位合成乾旱指標預報下一季雨量之標準差。
表8 以年底最末季所合成乾旱指標預報隔年年平均雨量
之標準差。
表9 以季為單位預報下一季雨量合成乾旱指標之係數。
表10 以年底最末季預報隔年年平均雨量所合成乾旱指標
之係數。
圖目錄
圖1 乾旱指標建置流程圖。
圖2 DMSP美國國防氣象衛星飛行模擬圖。(摘自
http://www.ngdc.noaa.gov/dmsp
/descriptions/dmsp_sensors.html)
圖3 DMSP衛星的外觀及SSM/I被動式微波輻射計的掃描參
數與型態。(摘自
http://podaac.jpl.nasa.gov：
2031/SENSOR_DOCS/ssmi.html)
圖4 SSM/I各頻道之解析度。
圖5 NOAA 15、16、17衛星所估算得全球北緯0-30度緯向
日平均總可降量，(a)2000年、(b)2001年、(c)2002
年、(d)2003年、(e)2004年。
圖6 台灣海域研究分區圖。
圖7 由SSM/I計算1997年至2004年1月，A區(120-123E及
25-27N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)風速(m/sec)、(d)近海面空氣溼度
(g/kg)、(e)海面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(W/m^^)
的時間序列變化圖。
圖8 由SSM/I計算1997年至2004年1月，A區(120-123。E
及25-27N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫
度(K)、(c)潛熱通量(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的
變異圖。
圖9 由SSM/I計算1997年至2004年1月，B區(118-120E及
22-25N)範圍內總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)風速(m/sec)、(d)近海面空氣溼度
(g/kg)、(e)海面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(w/m^^)
的時間序列變化圖。
圖10 由SSM/I計算1997年至2004年1月，B區(118-120E及
22-25N)範圍內(a)總可降
水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)潛熱通量
(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變異圖。
圖11 由SSM/I計算1997年至2004年1月，C區(119-123E及
20-21.8N)範圍內(a)總可
降水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)風速
(m/sec)、(d)近海面空氣溼度(g/kg)、(e)
海面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(W/m^^)的時間序列
變化圖。
圖12 由SSM/I計算1997年至2004年1月，C區(119-123E及
20-21.8N)範圍內(a)總可
降水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)潛熱通量
(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變異
圖。
圖13 由SSM/I計算1997年至2004年1月，D區(122-124E及
22-25N)範圍內(a)總可降
水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)風速(m/sec)、
(d)近海面空氣溼度(g/kg)、(e)海
面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(W/m^^)的時間序列變
化圖。
圖14 由SSM/I計算1997年至2004年1月，D區(122-124E及
22-25N)範圍內(a)總可降
水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)潛熱通量
(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變異圖。
圖15 由SSM/I計算1997年至2004年1月，E區(113-119E及
18-21N)範圍內(a)總可降
水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)風速(m/sec)、
(d)近海面空氣溼度(g/kg)、(e)海面溼度(g/kg)、
(f)潛熱通量(W/m^^)的時間序列變化圖。
圖16 由SSM/I計算1997年至2004年1月，E區(113-119E及
18-21N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)潛熱通量(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變
異圖。
圖17 由SSM/I計算1997年至2004年1月，F區(123-131E及
22-25N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)風速(m/sec)、(d)近海面空氣溼度
(g/kg)、(e)海面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(W/m^^)
的時間序列變化圖。
圖18 由SSM/I計算1997年至2004年1月，F區(123-131E及
22-25N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)潛熱通量(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變
異圖。
圖19 由SSM/I計算1997年至2004年1月，G區(123-131E及
26-29N)範圍內(a)總可降水量(mm)、(b)海表面溫度
(K)、(c)風速(m/sec)、(d)近海面空氣溼度
(g/kg)、(e)海面溼度(g/kg)、(f)潛熱通量(W/m^^)
的時間序列變化圖。
圖20 由SSM/I計算1997年至2004年1月，G區(123-131E及
26-29N)範圍內(a)總可
降水量(mm)、(b)海表面溫度(K)、(c)潛熱通量
(W/m^^)、(d)全台雨量(mm)的變異
圖。
圖21 1990-2003年板橋探空月平均總可降水量分布圖。
圖22 (a)1990-2001各月份總可降水量平均值 (b)2000年
板橋探空總可降水量月平均的變異 (c) 2001年板橋
探空總可降水量的月平均變異 (d) 2002年板橋探空
總可降水量的月平均變異(e) 2003年板橋探空總可
降水量的月平均變異；其中(b)至(e)是以1990-
2001年各月份平均值為標準值所計算得的結果。
圖23 1990-2003年花蓮探空月平均總可降水量分布圖。
圖24 (a) 1990-2001各月份總可降水量平均值、(b)2000
年花蓮探空總可降水量的月平均變異、(c)2001年花
蓮探空總可降水量的月平均變異、(d)2002年花蓮探
空總可降水量的月平均變異、(e)2003年花蓮探空總
可降水量的月平均變異；其中(b)至(e)是以
1990-2001年各月份平均值為標準值所計算得的結
果。
圖25 2000年至2003年各月份月平均總可降水量比較圖，
(a)板橋站、(b)花蓮站。
圖26 中央氣象局雨量分區圖。
圖27 1900年至2003年台灣年平均雨量時序圖。
圖28 1900年至2003年年平均雨量變異圖。
圖29 1900至2003年全台雨量之頻譜分析圖。
圖30 由SSM/I衛星資料反演可降水量與台灣北、中、南地
區平均雨量之相關性。
圖31 由SSM/I衛星資料反演海溫與台灣北、中、南地區
平均雨量之相關性。
圖32 由SSM/I衛星資料反演潛熱通量與台灣北、中、南區
雨量站之相關性。
圖33 (a)全台乾旱指標；(b) 北區乾旱指標；(c)中區乾
旱指標；(d) 南區乾旱指標；(e)
全台季平均雨量；(f)北區季平均雨量；(g)中區季
平均雨量；(h)南區季平均雨量。
圖34 (a)全台乾旱指標；(b) 北區乾旱指標；(c)中區乾
旱指標；(d) 南區乾旱指標；(e)
全台年平均雨量；(f)北區年平均雨量；(g)中區年
平均雨量；(h)南區年平均雨量。
圖35 乾旱指標與下ㄧ季降雨量變異之相關性(a)全台灣；
(b)北台灣；(c)中台灣；(d)南台灣。
圖36 由年底最末季乾旱指標與隔年年平均降雨量變異之
相關性(a)全台灣；(b)北台灣；(c)中台灣；(d)南
台灣。

參考文獻

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參考網站:
http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/arad2/MSPPS/
http://www.saa.noaa.gov

指導教授

劉振榮(Gin-Rong Liu)

審核日期

2004-7-18

推文