氣 象 遙 測 觀 測 - 氣 象 衛 星 與 氣 象 雷 達 中 央 氣 象 局 氣 象 衛 星 中 心 104 年 5 月
前 言 臺 灣 位 於 亞 熱 帶 地 區, 為 四 面 環 海 地 形 陡 峭 的 島 嶼,3 千 公 尺 以 上 高 山 連 峰 的 中 央 山 脈 呈 南 北 走 向, 常 造 成 中 央 山 脈 左 右 兩 側 截 然 不 同 的 天 氣, 冬 季 東 北 季 風 盛 行 時, 臺 灣 北 部 東 北 部 以 及 東 部 地 區 容 易 有 雨, 西 部 地 區 則 無 ; 春 雨 及 春 夏 之 交 的 梅 雨 季, 由 於 天 氣 系 統 越 過 平 均 5 千 公 尺 的 青 康 藏 高 原, 經 高 山 丘 陵 起 伏 的 華 中 華 南 地 區, 再 通 過 臺 灣 海 峽 才 到 達 臺 灣, 這 些 複 雜 的 地 形 使 天 氣 系 統 所 伴 隨 的 對 流 現 象 變 得 更 難 預 測 但 是 春 雨 梅 雨 季 的 大 雨 或 豪 雨 以 及 夏 季 的 颱 風 冬 天 嚴 寒 的 東 北 風, 在 在 都 影 響 著 一 般 民 眾 的 日 常 生 活 作 息 早 期 的 氣 象 人 員 僅 能 從 地 面 或 高 空 觀 測 的 基 本 氣 象 因 子, 包 括 氣 壓 溫 度 露 點 風 向 風 速 等 的 資 料 中, 以 抽 象 且 非 常 主 觀 的 方 式 進 行 天 氣 分 析 研 判 與 預 報, 自 從 氣 象 雷 達 與 氣 象 衛 星 加 入 觀 測 作 業 以 後, 天 氣 系 統 影 像 化, 成 為 看 得 到 的 系 統 如 對 流 雲 系 鋒 面 雲 系 颱 風 等, 這 兩 種 觀 測 儀 器 所 觀 測 的 資 料, 在 現 代 的 天 氣 預 報 作 業 過 程 中 已 是 不 可 或 缺 的 重 要 角 色 天 氣 預 報 人 員 從 雷 達 與 衛 星 的 觀 測 圖 像 中 可 以 研 判 天 氣 系 統 強 度 的 變 化 與 移 動 的 速 度, 再 配 合 其 他 的 觀 測 與 數 值 預 報 模 式 資 料, 進 行 天 氣 預 報 大 家 可 以 從 中 央 氣 象 局 全 球 資 訊 網, 瀏 覽 雷 達 回 波 圖 與 衛 星 的 觀 測 影 像, 大 致 研 判 天 氣 系 統 的 變 化, 但 是, 常 會 遇 到 一 些 難 以 理 解 的 現 象, 例 如, 有 雷 達 回 波 卻 無 雨 量 觀 測 無 雷 達 回 波 卻 有 雨 量 觀 測 或 是 衛 星 雲 圖 顯 示 有 ( 無 ) 雲 卻 無 ( 有 ) 雷 達 回 波 等 本 文 將 簡 明 敘 述 氣 象 衛 星 及 氣 象 雷 達 的 觀 測 原 理, 同 時 也 以 實 際 的 衛 星 及 雷 達 所 觀 測 到 的 影 像, 配 合 淺 顯 易 懂 的 文 字, 對 前 述 現 象 進 行 說 明, 以 增 進 大 家 對 遙 測 技 術 產 品 的 認 識 - 1 -
氣 象 遙 測 觀 測 - 氣 象 衛 星 與 氣 象 雷 達 目 錄 一 什 麼 是 遙 測 --------------------------------------------------------------------- 二 氣 象 衛 星 的 觀 測 原 理 ------------------------------------------------------------- ( 一 ) 氣 象 衛 星 的 觀 測 類 型 --------------------------------------------------------------- ( 二 ) 氣 象 衛 星 觀 測 頻 道 ----------------------------------------------------------------- ( 三 ) 如 何 利 用 衛 星 雲 圖 辨 識 天 氣 --------------------------------------------------------- 4 5 6 9 12 三 氣 象 雷 達 的 觀 測 原 理 ---------------------------------------------------------- ( 一 ) 雷 達 的 偵 測 波 段 --------------------------------------------------------------------------- 14 ( 二 ) 雷 達 的 偵 測 類 型 與 回 波 分 析 ---------------------------------------------------------- 16 ( 三 ) 防 災 降 雨 雷 達 ---------------------------------------------------------------------------- 21 14 四 雷 達 與 衛 星 觀 測 的 差 異 及 限 制 ----------------------------------------------- ( 一 ) 雷 達 與 衛 星 觀 測 的 差 異 --------------------------------------------------------------- ( 二 ) 雷 達 與 衛 星 觀 測 的 限 制 --------------------------------------------------------------- 五 臺 灣 地 區 四 季 的 主 要 天 氣 系 統 ----------------------------------------------- ( 一 ) 春 季 ---------------------------------------------------------------------------------- 1 春 雨 鋒 面 ----------------------------------------------------------------------- 2 沙 塵 暴 -------------------------------------------------------------------------- 3 霧 --------------------------------------------------------------------------------- 4 梅 雨 鋒 面 -------------------------------------------------------------------------- ( 二 ) 夏 季 ---------------------------------------------------------------------------------- 1 午 後 雷 陣 雨 ------------------------------------------------------------------------- 2 颱 風 --------------------------------------------------------------------------------- ( 三 ) 秋 季 --------------------------------------------------------------------------------------- 1 秋 天 的 鋒 面 -------------------------------------------------------------------------- 2 東 北 季 風 與 颱 風 ------------------------------------------------------------------- ( 四 ) 冬 季 --------------------------------------------------------------------------------------- 1 冷 氣 團 - 寒 流 ------------------------------------------------------------------------- 2 冬 天 的 鋒 面 ------------------------------------------------------------------------ 六 特 殊 天 氣 與 環 境 事 件 個 案 分 析 ---------------------------------------------- ( 一 ) 2013 年 春 季 華 南 地 區 大 雪 ---------------------------------------------------------- ( 二 ) 冬 季 沿 海 浮 冰 -------------------------------------------------------------------------- ( 三 ) 臺 灣 地 區 空 氣 污 染 監 測 ------------------------------------------------------------- ( 四 ) 雷 達 所 觀 測 的 颮 線 ---------------------------------------------------------------------- 23 23 24 25 25 25 26 27 28 29 29 31 34 34 35 38 38 39 41 41 41 42 43-2 -
七 結 語 --------------------------------------------------------------------------------- 45 八 附 錄 衛 星 與 雷 達 影 像 差 異 釋 疑 ------------------------------------------- 46-3 -
一 什 麼 是 遙 測 所 謂 遙 測, 英 文 全 名 為 Remote Sensing, 一 般 定 義 為 利 用 遙 測 儀 器 針 對 目 標 物 進 行 間 接 和 遠 距 離 的 偵 測, 根 據 目 標 物 所 反 射 或 放 出 的 電 磁 波 來 決 定 其 性 質 的 觀 測 技 術 即 稱 之 遙 測, 觀 測 方 式 可 分 為 主 動 式 遙 測 和 被 動 式 遙 測 兩 種 主 動 式 遙 測 為 儀 器 向 外 發 射 電 磁 波, 再 接 收 目 標 物 所 反 射 回 來 的 電 磁 波 回 波, 如 雷 達 觀 測 ; 被 動 式 遙 測 則 是 儀 器 本 身 並 不 對 外 發 射 電 磁 波, 而 是 接 收 目 標 物 所 放 射 或 反 射 出 來 的 電 磁 波, 如 氣 象 衛 星 觀 測 肉 眼 之 所 以 能 看 見 這 美 好 世 界 的 一 景 一 物, 乃 是 因 為 陽 光 照 射 地 球, 而 被 照 射 之 處 反 射 陽 光, 我 們 的 肉 眼 可 接 收 到 的 訊 號 是 太 陽 輻 射 電 磁 波 中 之 一 小 部 分 稱 為 可 見 光, 由 於 肉 眼 並 不 會 主 動 發 射 電 磁 波, 也 不 需 要 貼 在 景 物 上 才 能 看 見, 所 以 肉 眼 看 世 界 也 可 說 是 一 種 被 動 遙 測 方 式 又 如 利 用 相 機 拍 照, 當 您 按 下 快 門 拍 照 的 瞬 間, 即 開 啟 了 快 門, 讓 光 線 進 到 感 光 元 件, 而 得 到 一 張 照 片, 照 相 機 本 身 也 不 會 主 動 發 射 電 磁 波, 所 以 也 是 一 種 被 動 遙 測 方 式 遙 測 的 用 途 非 常 多, 航 照 土 地 測 量 醫 院 之 X 光 照 相 公 路 之 測 速 照 相 等, 都 是 遙 測 技 術 的 應 用, 以 下 本 書 將 就 氣 象 衛 星 與 氣 象 雷 達 的 觀 測 原 理 及 分 析 應 用 加 以 說 明 - 4 -
二 氣 象 衛 星 的 觀 測 原 理 您 們 知 道 氣 象 人 員 如 何 準 確 的 預 報 天 氣 的 變 化, 掌 握 春 天 鋒 面 或 者 夏 天 的 颱 風 到 達 的 時 間 嗎? 氣 象 觀 測 人 員 除 了 從 地 面 觀 看 大 氣 的 變 化, 也 可 利 用 數 學 ( 值 ) 計 算 的 方 式, 了 解 天 氣 系 統 的 演 變 ; 但 是, 這 些 方 法 不 是 只 能 看 到 一 小 部 分 的 天 氣 結 果, 就 是 只 能 看 到 一 大 堆 數 字 或 者 符 號 早 在 50 年 前 ( 約 1960 年 ), 氣 象 人 員 就 使 用 了 一 個 更 好 的 方 法, 那 就 是 從 外 太 空 去 看 地 球 上 的 高 氣 壓 低 氣 壓 鋒 面 與 颱 風 等 天 氣 系 統 的 移 動 與 變 化 氣 象 衛 星 就 是 一 種 從 太 空 中 往 下 觀 看 地 球 天 氣 系 統 的 觀 測 工 具, 我 們 每 天 都 可 以 利 用 氣 象 衛 星 隨 時 看 到 很 大 範 圍 並 且 真 實 的 天 氣 變 化 情 形, 無 論 是 白 天 或 者 黑 夜, 沙 漠 海 洋 或 者 高 山 的 屏 障, 都 不 會 影 響 到 衛 星 的 觀 測, 因 此, 氣 象 衛 星 可 以 稱 為 現 代 千 里 眼 氣 象 人 員 利 用 現 代 千 里 眼 - 氣 象 衛 星, 每 天 持 續 觀 察 天 氣 變 化, 告 訴 我 們 目 前 的 天 氣 狀 況, 也 預 測 未 來 幾 天 的 天 氣, 當 然 如 果 在 太 平 洋 有 颱 風 形 成, 氣 象 人 員 早 在 幾 天 前 就 已 經 由 氣 象 衛 星 掌 握 颱 風 的 動 向, 提 醒 各 界 事 先 做 好 防 颱 準 備 工 作, 以 減 少 生 命 財 產 的 損 失 紅 外 線 感 應 器 感 應 器 感 應 之 電 磁 波 信 號 轉 換 為 溫 度 / 顏 色 顯 示 於 顯 示 器 圖 1 出 入 境 時, 海 關 檢 測 民 眾 的 體 溫 情 形 - 5 -
太 空 中 的 衛 星 又 是 如 何 觀 看 地 球 上 天 氣 的 變 化 呢? 還 記 得 民 國 92 年 發 生 SARS 大 流 行 時 的 狀 況 嗎? 我 們 進 出 許 多 公 共 場 所 時, 都 會 有 負 責 人 員 拿 著 體 溫 測 量 儀 器 測 量 我 們 額 溫 或 耳 溫 ; 另 外, 若 您 有 搭 飛 機 的 經 驗 的 話, 進 出 機 場 海 關 時, 在 出 入 口 處 也 都 有 裝 置 溫 度 感 應 偵 測 器 ( 圖 1 ), 一 段 距 離 外 的 海 關 人 員 就 能 知 道 您 是 否 發 燒, 但 這 些 體 溫 感 測 儀 器 並 沒 有 直 接 跟 我 們 的 身 體 接 觸, 又 如 何 能 知 道 我 們 的 體 溫 呢? 這 是 因 為 人 體 的 溫 度, 能 輻 射 出 紅 外 線 波 段 的 電 磁 波, 感 應 器 即 利 用 吸 收 此 一 波 段 紅 外 線 的 感 應 技 術 來 測 量 我 們 的 體 溫 衛 星 的 偵 測 原 理 就 跟 這 些 溫 度 感 應 器 相 似, 將 這 些 類 似 溫 度 計 卻 能 吸 收 不 同 波 段 電 磁 波 的 感 測 儀 器 放 在 外 太 空 的 衛 星 上, 衛 星 就 能 感 應 到 地 球 表 面 的 海 洋 陸 地 雲 層 所 放 射 或 反 射 的 各 種 電 磁 波 能 量 ( 圖 2 ), 各 種 不 同 的 能 量 值 經 過 電 腦 處 理 技 術 計 算 後 轉 換 成 為 影 像, 就 會 成 為 我 們 所 看 到 的 各 種 衛 星 雲 圖 圖 2 衛 星 接 收 來 自 地 球 所 放 射 或 反 射 的 各 種 電 磁 波 能 量 ( 一 ) 衛 星 的 觀 測 類 型 氣 象 衛 星 在 太 空 中 擔 任 監 看 全 球 天 氣 的 工 作, 依 其 與 地 球 相 對 的 位 置 及 繞 行 地 球 的 方 式, 可 分 為 地 球 同 步 氣 象 衛 星 與 繞 極 軌 道 氣 象 衛 星 兩 種 : 1 地 球 同 步 氣 象 衛 星 - 6 -
地 球 同 步 氣 象 衛 星 位 在 地 球 的 赤 道 上 空 約 36000 公 里 的 高 空 上, 面 對 地 球 與 地 球 一 起 轉 動, 繞 地 球 一 圈 的 時 間 剛 好 也 是 24 小 時, 所 以 無 論 從 外 太 位 置 維 持 在 赤 道 與 固 定 經 度 交 會 點 處 圖 3 地 球 同 步 氣 象 衛 星 觀 測 示 意 圖 空 或 地 球 上 看 這 類 衛 星, 永 遠 都 是 固 定 在 赤 道 上 空 的 同 一 地 點, 因 此 稱 為 地 球 同 步 衛 星 ( 圖 3 ), 例 如 日 本 的 MTSAT-2 氣 象 衛 星 就 是 固 定 在 東 經 145 度 赤 道 的 上 空 觀 測 方 式 為 從 太 空 對 地 球 由 北 往 南 作 東 西 向 連 續 掃 描 ( 圖 4 ), 得 到 1 張 完 整 的 衛 星 影 像 約 需 花 費 25 分 鐘 ( 目 前 每 隔 15~30 分 鐘 就 有 一 次 北 半 球 的 圖 4 地 球 同 步 氣 象 衛 星 掃 描 成 像 方 式 觀 測 ), 而 且 每 一 顆 地 球 同 步 衛 星 依 所 在 經 度 位 置 不 同, 有 其 固 定 的 觀 測 範 圍, 可 以 追 蹤 天 氣 系 統 的 變 化 趨 勢, 所 以 同 步 氣 象 衛 星 雲 圖 已 成 為 氣 象 從 業 人 員 必 備 的 天 氣 分 析 工 具 - 7 -
1 顆 地 球 同 步 衛 星 影 像 可 以 觀 測 到 地 球 表 面 約 三 分 之 一 的 天 氣 系 統, 目 前 地 球 赤 道 上 空 已 有 日 本 ( MTSAT ) 美 國 ( GOES-W GOES-E ) 歐 盟 ( METEOSAT-7,METEOSAT-9 METEOSAT-10 ) 印 度 ( INSAT-3A ) 中 國 ( FY-2D FY-2E FY-2F ) 與 南 韓 ( COMS ) 等 國 所 屬 的 數 顆 地 球 同 步 氣 象 衛 星 在 軌 運 轉, 執 行 例 行 的 觀 測 作 業, 圖 5 為 目 前 赤 道 上 空 在 軌 運 轉 並 執 行 例 行 觀 測 作 業 的 地 球 同 步 氣 象 衛 星 及 位 置 分 布 圖 5 目 前 赤 道 上 空 在 軌 運 轉 並 執 行 例 行 觀 測 作 業 的 地 球 同 步 氣 象 衛 星 及 位 置 分 布 2 繞 極 軌 道 衛 星 繞 極 軌 道 氣 象 衛 星, 其 軌 道 高 度 較 低, 距 離 地 表 高 度 約 850 公 里, 這 類 衛 星 因 為 它 的 軌 道 沿 著 地 球 近 乎 南 北 方 向 不 停 地 繞 行, 每 繞 地 球 1 週 會 經 過 地 球 的 北 極 和 南 極 附 近, 所 以 稱 它 為 繞 極 軌 道 衛 星 ( 圖 6) 繞 極 軌 道 衛 星 又 稱 作 太 陽 同 步 衛 星, 是 因 為 衛 星 環 繞 地 球 的 軌 道 面 和 黃 道 面 註 成 一 固 定 角 度, 因 此, 衛 星 通 過 地 球 赤 道 上 空 附 近 時, 與 當 地 每 天 的 地 方 時 間 相 同 ( 每 天 太 陽 照 射 某 地 的 當 地 時 間 ) 例 如,1 顆 繞 極 衛 星, 繞 註 : 黃 道 面 即 地 球 繞 太 陽 公 轉 的 軌 道 平 面, 與 地 球 赤 道 面 有 23.5 度 的 交 角 - 8-850 公 里 圖 6 繞 極 軌 道 氣 象 衛 星 觀 測 運 行 示 意 圖
行 地 球 1 圈 約 102 分 鐘, 其 每 天 通 過 赤 道 約 12 次, 每 天 約 在 15:00 左 右, 衛 星 固 定 會 經 過 該 地, 因 此 也 稱 為 太 陽 同 步 衛 星 繞 極 軌 道 衛 星 影 像 的 解 析 度 約 1 公 里, 因 為 運 行 軌 道 高 度 較 同 步 衛 星 低, 因 此 每 次 觀 測 掃 描 的 範 圍, 只 能 觀 測 到 約 2000~3000 公 里 寬 度 的 影 像, 相 較 於 地 球 同 步 衛 星, 所 能 看 到 的 範 圍, 當 然 就 小 太 多 了! 但 是, 繞 極 軌 道 衛 星 因 會 經 過 地 球 的 北 極 和 南 極, 故 擁 有 可 觀 測 高 緯 度 及 極 區 之 天 氣 系 統 位 置 的 優 點, 可 以 彌 補 因 為 地 球 曲 率 之 故, 造 成 地 球 同 步 衛 星 無 法 觀 測 高 緯 度 及 極 區 天 氣 系 統 的 不 足 目 前 繞 極 軌 道 氣 象 衛 星 有 美 國 的 NOAA 系 列 Suomi NPP 歐 洲 的 MeTop 系 列 中 國 風 雲 3 號 ( FY-3 ) 系 列 及 美 日 等 國 的 EOS( Earth Observation System ) 系 列, 在 太 空 中 持 續 運 作 ( 二 ) 氣 象 衛 星 觀 測 頻 道 通 常 氣 象 衛 星 搭 載 有 數 種 不 同 頻 道 ( 波 長 ) 的 輻 射 感 應 儀 器, 可 以 偵 測 覆 蓋 在 地 球 表 面 各 種 物 體 包 括 陸 地 海 洋 沙 漠 植 被 或 冰 雪 雲 霧 等, 對 外 太 空 所 發 射 出 來 不 同 波 長 範 圍 的 電 磁 波, 因 此 可 以 得 到 各 種 不 同 特 性 的 衛 星 資 料 ( 圖 7) 氣 象 衛 星 觀 測 可 提 供 的 資 料, 除 了 對 日 常 天 氣 分 析 最 直 接 最 有 用 的 可 見 光 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 水 氣 頻 道 影 像 外, 還 有 各 種 不 同 波 段 的 微 波 資 料, 頻 道 數 可 由 數 十 個 甚 至 到 數 千 個 頻 道 的 衛 星 觀 測 數 據 資 料, 經 由 計 算 反 演 可 提 供 不 同 用 途 所 使 用 日 本 的 MTSAT-2 氣 象 衛 星 有 5 個 觀 測 頻 道 的 影 像, 即 1 個 可 見 光 頻 道 2 個 紅 外 線 頻 道 1 個 水 氣 頻 道 以 及 1 個 近 紅 外 線 頻 道, 這 5 個 頻 道 的 影 像 可 提 供 即 時 的 天 氣 系 統 資 訊, 專 業 的 天 氣 分 析 人 員 可 據 以 分 析 研 判 天 氣 系 統 的 變 化 趨 勢, 作 為 預 報 作 業 的 基 礎 一 般 民 眾 在 氣 象 局 網 站 上 常 看 到 的 雲 圖 有 可 見 光 雲 圖 與 黑 白 雲 圖 彩 色 雲 圖 色 調 強 化 雲 圖 4 種, 其 中 黑 白 雲 圖 彩 色 雲 圖 與 色 調 強 化 雲 圖 都 是 紅 外 線 雲 圖 以 不 同 外 貌 呈 現 的 結 果, 另, 由 於 水 氣 頻 道 與 近 紅 外 線 頻 道 所 呈 現 的 影 像, 其 分 析 及 應 用 方 法 與 眾 所 熟 知 的 可 見 光 及 紅 外 線 雲 圖 完 全 不 同, 不 容 易 用 肉 眼 直 接 研 判 天 氣 系 統, 故 在 網 頁 上 未 放 置 此 二 頻 道 的 影 像, 以 下 就 可 見 光 與 紅 外 線 雲 圖 的 觀 測 原 理 加 以 說 明 - 9 -
圖 7 衛 星 接 收 來 自 地 球 所 放 射 或 反 射 的 各 種 電 磁 波 能 量 1 可 見 光 雲 圖 可 見 光 頻 道 的 波 長 為 0.4 微 米 ~0.7 微 米, 氣 象 衛 星 偵 測 儀 利 用 此 頻 道 由 包 覆 地 球 表 面 的 物 體, 包 括 雲 雪 冰 陸 地 海 面 等 覆 蓋 物 反 射 太 陽 光 能 量 的 大 小 程 度, 所 轉 換 而 成 的 影 像 即 為 可 見 光 雲 圖, 雲 層 愈 厚, 對 陽 光 的 反 射 率 愈 強, 在 衛 星 雲 圖 中, 就 可 以 看 到 愈 白 的 雲 層 ; 相 反 的, 雲 層 愈 薄, 反 射 陽 光 能 力 較 差, 因 此 只 能 看 到 灰 白 色 的 雲, 而 可 見 光 雲 圖 中 雲 層 的 亮 度 也 會 因 為 太 陽 東 昇 西 下, 每 個 時 間 所 觀 測 的 雲 層 的 亮 度 都 不 同, 到 了 晚 上, 因 為 沒 有 陽 光 可 供 反 射, 所 以 夜 間 無 法 觀 測 可 見 光 雲 圖 2 紅 外 線 雲 圖 氣 象 衛 星 紅 外 線 頻 道 使 用 波 長 為 10 微 米 ~12 微 米, 利 用 熱 感 應 原 理 所 得 到 的 紅 外 線 雲 圖 反 映 的 是 包 覆 地 球 表 面 的 物 體, 包 括 雲 雪 冰 陸 地 海 - 10 -
面 等 覆 蓋 物 表 面 的 溫 度 ( 圖 8 ), 對 雲 層 而 言, 由 溫 度 即 可 推 估 雲 頂 高 度 由 於 天 氣 系 統 所 在 的 對 流 層 氣 溫 隨 高 度 降 低, 故 雲 頂 高 度 愈 高, 溫 度 就 愈 低, 紅 外 線 雲 圖 的 色 調 就 愈 白 ; 反 之, 雲 頂 高 度 位 置 愈 低 的 雲, 相 對 的 溫 度 就 比 較 高, 雲 圖 的 色 階 會 呈 現 較 灰 暗 的 顏 色 由 於 地 球 大 氣 系 統 會 全 天 候 對 外 太 空 散 發 紅 外 線 波 段 的 能 量, 在 晚 間 即 可 藉 由 紅 外 線 雲 圖 低 雲 - 溫 度 高 雲 頂 高 度 較 低 高 雲 - 溫 度 低 雲 頂 高 度 較 高 圖 8 氣 象 衛 星 與 地 面 觀 測 之 雲 高 與 溫 度 相 對 關 係 示 意 圖 進 行 天 氣 系 統 辨 識, 故 24 小 時 皆 有 紅 外 線 雲 圖 的 觀 測 由 於 可 見 光 雲 圖 與 紅 外 線 雲 圖 偵 測 的 方 式 不 太 一 樣, 所 以 我 們 要 知 道 一 朵 雲 到 底 有 多 高 或 者 多 厚? 需 要 這 兩 種 雲 圖 一 起 比 較, 才 能 確 定 我 們 所 看 到 雲 是 屬 於 深 厚 的 對 流 雲 或 淺 薄 的 層 狀 雲 由 於 天 氣 系 統 的 降 雨 形 態 ( 陣 性 或 層 狀 ) 及 降 雨 強 度 與 天 氣 系 統 發 展 的 高 度 及 結 構 密 切 相 關, 通 常 我 們 會 將 紅 外 線 雲 圖 經 過 彩 色 影 像 的 處 理, 將 不 同 的 溫 度 區 間 以 不 同 的 顏 色 表 示, 這 種 雲 圖 我 們 稱 之 為 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖, 圖 9 為 2014 年 7 月 15 日 14 時 同 時 觀 測 的 可 見 光 紅 外 線 以 及 紅 外 線 色 調 強 化 衛 星 雲 圖, 色 調 強 化 雲 圖 簡 單 的 分 辨 方 式 是 將 對 流 雲 看 成 一 座 山, 再 圖 9 2014 年 7 月 15 日 14 時 同 時 觀 測 的 可 見 光 雲 圖 ( 左 ) 紅 外 線 雲 圖 ( 中 ) 與 紅 外 線 色 調 強 化 ( 右 ) 雲 圖 - 11 -
由 高 空 鳥 瞰 這 座 山, 右 圖 颱 風 伴 隨 之 雲 系 中, 雲 頂 呈 紫 紅 色 為 雲 層 發 展 最 高 部 分, 此 區 域 的 雲 頂 溫 度 約 為 攝 氏 -64~-80 度, 而 白 色 區 域 則 約 為 攝 氏 -40~-50 度, 雲 頂 高 度 較 紫 紅 色 區 域 為 低 ; 由 同 時 間 的 可 見 光 紅 外 線 及 色 調 強 化 雲 圖, 可 以 研 判 熱 帶 低 壓 所 伴 隨 的 雲 系 對 流 垂 直 發 展 高 度 相 當 高, 降 雨 強 度 亦 強, 另, 因 為 可 見 光 雲 圖 的 解 析 度 較 高, 有 些 特 徵 在 紅 外 線 是 看 不 到 的, 例 如, 颱 風 中 心 附 近 雲 系 在 可 見 光 雲 圖 可 看 出 更 細 緻 的 結 構, 而 紅 外 線 則 顯 示 較 模 糊, 又 如 颱 風 外 圍 雲 帶 在 紅 外 線 雲 圖 呈 現 較 白 的 雲 層, 可 見 光 雲 圖 則 呈 灰 白 色, 這 是 因 為 高 層 為 卷 層 雲 覆 蓋, 而 卷 層 雲 透 光 性 高, 反 射 陽 光 較 少 之 故, 再 如 南 海 海 面 上, 可 見 光 雲 圖 可 見 發 展 較 不 明 顯 的 低 層 雲, 紅 外 線 雲 圖 上 則 無 換 言 之, 要 研 判 雲 系 發 展 深 厚 的 程 度 及 其 強 度 之 變 化, 須 同 時 利 用 多 種 雲 圖 以 及 連 續 時 間 的 雲 圖, 才 能 做 出 最 佳 判 斷 ( 三 ) 如 何 利 用 衛 星 雲 圖 辨 識 天 氣 好 了! 衛 星 的 觀 測 原 理 我 們 已 經 知 道 了, 現 在 我 們 就 要 利 用 衛 星 雲 圖 來 判 斷 天 氣 囉! 當 你 取 得 一 張 衛 星 雲 圖, 首 先 要 確 認 是 哪 一 種 雲 圖? 可 見 光 雲 圖? 還 是 紅 外 線 雲 圖? 通 常, 在 可 見 光 雲 圖 中, 愈 厚 的 雲, 就 會 表 現 的 愈 白, 相 對 的 在 同 一 位 置 的 紅 外 線 雲 圖 上, 如 果 也 是 比 較 亮 的 白 色, 表 示 這 是 發 展 比 較 高 也 比 較 厚 的 雲 層, 當 然 這 些 區 域 大 都 是 天 氣 比 較 不 好 的 低 氣 壓 區, 因 為 低 氣 壓 區 氣 流 往 上 上 升, 容 易 有 雲 形 成 高 氣 壓 的 天 氣 通 常 比 較 穩 定, 這 是 因 為 高 氣 壓 範 圍 內 氣 流 向 下 下 沉, 雲 層 較 不 易 發 展, 雲 頂 高 度 較 低 或 是 晴 空 無 雲, 所 以 在 可 見 光 雲 圖 或 紅 外 線 雲 圖 中, 高 氣 壓 區 大 多 呈 現 較 灰 較 暗 的 色 調, 所 反 映 的 是 發 展 高 度 較 低 的 雲 區 或 是 晴 空 區 內 較 暖 的 陸 地 或 洋 面 因 此 利 用 這 樣 簡 單 的 判 斷 原 則, 可 不 可 以 指 出 圖 10 之 2014 年 6 月 3 日 14 時 的 衛 星 雲 圖 中, 鋒 面 位 置 在 哪 裡 呢? 是 否 會 影 響 臺 灣 地 區 的 天 氣 因 而 下 圖 10 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2014 年 6 月 3 日 14 時 的 衛 星 影 像 - 12 -
雨? 出 門 是 否 需 要 攜 帶 雨 具 呢? 解 答 請 參 考 圖 11, 即 2014 年 6 月 3 日 14 時 的 地 面 天 氣 圖 分 析, 看 看 您 的 研 判 是 否 正 確 呢? 圖 11 2014 年 6 月 3 日 14 時 東 亞 地 面 天 氣 圖 圖 10 與 圖 11 都 顯 示 鋒 面 低 壓 位 於 黃 海, 所 伴 隨 的 雲 帶 通 過 臺 灣 地 區 到 華 南, 衛 星 雲 圖 顯 示 臺 灣 南 部 已 有 強 對 流 雲 系 發 展 - 13 -
三 氣 象 雷 達 的 觀 測 原 理 雷 達 ( RADAR ) 一 詞 是 無 線 電 偵 測 與 測 距 ( RAdio Detection And Ranging ) 的 縮 寫, 即 是 以 無 線 電 波 進 行 物 體 的 探 測 及 測 距 雷 達 發 明 於 第 二 次 世 界 大 戰 前 夕, 最 初 是 用 在 軍 事 上, 隨 後 被 廣 泛 應 用 到 許 多 的 領 域, 其 中 一 項 重 要 的 用 途 就 是 天 氣 監 測 除 氣 象 用 途 之 外, 雷 達 也 常 用 於 航 空 工 業, 包 括 飛 航 中 的 飛 機 定 位 顯 示, 在 飛 機 降 落 及 起 飛 時 提 供 相 當 好 的 安 全 保 障 日 常 生 活 中, 在 球 場 上 的 球 速 測 速 警 車 上 的 移 動 式 與 公 路 上 的 定 點 測 速 裝 置, 都 是 雷 達 應 用 的 例 子 電 磁 波 之 父 海 因 里 希 魯 道 夫 赫 茲 ( Heinrich Rudolf Hertz) 於 1885-1889 年 間 在 實 驗 中, 即 發 現 電 磁 波 的 存 在, 具 有 直 線 傳 遞 反 射 折 射 繞 射 和 偏 振 等 性 質, 並 測 出 電 磁 波 的 波 長 和 速 度, 只 是 赫 茲 未 曾 想 到 這 項 發 現, 在 日 後 能 夠 衍 生 這 許 多 用 途 由 於 氣 象 雷 達 具 有 全 天 候 觀 測 的 特 性, 並 可 觀 測 大 範 圍 的 降 雨 與 氣 流 特 徵 的 能 力, 對 於 氣 象 觀 測 而 言 為 相 當 重 要 的 天 氣 分 析 工 具, 隨 著 科 技 的 發 展, 氣 象 雷 達 的 觀 測 技 術 日 新 月 異, 所 提 供 的 天 氣 監 測 資 訊 也 越 趨 精 準 與 多 樣 性 ( 一 ) 雷 達 的 偵 測 波 段 所 謂 無 線 電 波 即 波 長 大 於 1 毫 米 的 電 磁 波 都 稱 為 無 線 電 波, 波 長 比 氣 象 衛 星 可 見 光 ( 0.4-0.7 微 米 ) 與 紅 外 線 ( 10-12 微 米 ) 頻 道 觀 測 所 用 的 波 長 還 要 長 ( 參 考 圖 7 ), 而 雷 達 所 使 用 的 無 線 電 波 波 長 由 數 毫 米 至 數 公 尺 ( 頻 率 範 圍 100GHz 到 100MHz ), 即 在 微 波 及 超 短 波 波 段, 因 為 雷 達 經 常 使 用 特 定 波 段, 因 此 就 以 英 文 字 母 來 辨 別 該 波 段, 例 如 L 波 段 S 波 段 X 波 段 C 波 段 和 K 波 段, 現 在 作 業 用 氣 象 雷 達 大 多 使 用 S C 及 X 等 波 段 電 磁 波 在 穿 越 任 何 介 質 時 都 會 因 衰 減 效 應 而 減 低 其 能 量, 所 減 少 的 量 則 視 被 穿 越 介 質 的 種 類 及 其 密 度 而 定 以 氣 象 雷 達 而 言, 所 發 射 的 電 磁 波 在 空 氣 中 傳 遞 時, 強 度 會 受 到 空 氣 中 所 含 的 降 水 粒 子 影 響 而 有 所 衰 減, 衰 減 的 程 度 與 電 磁 波 的 波 長 及 降 水 粒 子 的 大 小 有 關 當 雷 達 電 磁 波 波 長 越 短, 或 所 觀 測 到 的 降 水 粒 子 越 大 或 越 密 集 時, 所 受 到 的 衰 減 效 應 越 明 顯 大 氣 中 的 降 水 如 雲 滴 水 滴 雪 及 冰 雹 等, 都 會 使 電 磁 波 的 強 度 減 弱, 其 中 又 以 大 雨 及 冰 雹 所 產 生 的 影 響 為 最 大 一 般 而 言, 波 長 較 長 的 氣 象 雷 達 偵 測 範 圍 較 遠, 電 磁 波 衰 減 現 象 較 小, - 14 -
但 有 較 多 經 由 地 面 ( 或 海 面 ) 反 射 回 來 的 雜 波 ; 而 波 長 較 短 之 氣 象 雷 達 偵 測 範 圍 較 小 電 磁 波 衰 減 現 象 較 大, 但 經 由 地 面 所 反 射 的 雜 波 則 較 少 以 下 就 各 個 波 段 在 氣 象 雷 達 使 用 上 的 優 缺 點 分 別 加 以 說 明 : (a) L 波 段 :L 即 Long 的 字 頭, 波 長 為 20-30 公 分, 最 早 用 於 搜 索 雷 達 的 電 磁 波 波 長 為 23 公 分 (b) S 波 段 :S 即 Short 的 字 頭, 意 為 比 原 有 波 段 (L 波 段 ) 波 長 短 的 電 磁 波, 波 長 為 10 公 分 S 波 段 電 磁 波 不 容 易 衰 減, 能 觀 測 到 數 百 公 里 外 的 降 雨 訊 號, 適 用 於 大 範 圍 的 氣 象 觀 測 ; 若 配 合 使 用 較 大 的 天 線 碟 ( 往 往 超 過 7 公 尺 以 上 ), 則 可 得 到 較 佳 的 解 析 度 (c) X 波 段 :X 代 表 crosshair 即 十 字 瞄 準 線 之 意, 波 長 約 3 公 分, 為 第 二 次 世 界 大 戰 期 間 所 發 展 的 火 控 雷 達 所 用, 主 要 使 用 在 軍 機 射 擊 控 制 之 用 X 波 段 比 S 波 段 電 磁 波 所 受 到 衰 減 來 得 顯 著, 在 氣 象 雷 達 應 用 上, 如 在 雷 達 觀 測 範 圍 內 出 現 較 大 的 雨 勢 時,X 波 段 電 磁 波 只 能 觀 測 到 數 十 公 里 以 內 的 降 雨 訊 號, 因 此, 此 波 段 只 適 用 於 短 距 範 圍 內 的 氣 象 觀 測 由 於 較 小 的 天 線 即 可 達 到 較 高 的 解 析 度, 故 可 作 為 車 載 雷 達, 用 於 短 距 離 小 區 域 之 觀 測, 飛 機 上 也 都 配 備 一 個 X 波 段 雷 達, 用 來 偵 測 航 程 附 近 的 亂 流 和 其 他 天 氣 現 象 也 因 為 波 長 較 短, 雷 達 更 靈 敏, 能 夠 檢 測 更 小 的 顆 粒, 可 用 來 檢 測 如 降 雪 等 的 弱 降 水 X 波 段 雷 達 一 般 常 使 用 於 雲 發 展 的 研 究 都 市 降 雨 觀 測 或 特 殊 的 觀 測 任 務 上, 如 科 技 部 ( 前 國 科 會 ) 委 託 中 央 大 學 大 氣 科 學 系 建 置 的 TEAM-R ( Taiwan Experimental Atmospheric Mobil Radar ) 雷 達 ( 圖 12 ) 日 本 都 會 區 防 災 降 雨 雷 達 以 及 美 國 用 於 颶 風 例 行 性 觀 測 的 飛 機 - 颶 風 獵 者 ( Hurricane Hunters ) 等 都 屬 於 X 波 段 雷 達 圖 12 為 科 技 部 ( 前 國 科 會 ) 委 託 中 央 大 學 大 氣 科 學 系 建 置 的 移 動 式 氣 象 雷 達 (TEAM-R) ( 許 皓 淳 攝 ) (d) C 波 段 :C 為 Compromise 的 字 頭, 結 合 之 意, 即 是 結 合 X 波 段 和 S 波 段 的 優 點, 波 長 約 為 5 公 分 C 波 段 雷 達 發 射 較 窄 小 的 電 磁 波 束, 因 此 天 線 碟 盤 不 需 要 非 常 大, 缺 點 是 訊 號 容 易 衰 減, 所 以 適 合 應 用 於 短 距 離 - 15 -
氣 象 觀 測, 對 於 觀 測 範 圍 需 求 相 對 較 小, 如 監 測 機 場 附 近 航 道 天 氣 之 氣 象 雷 達, 通 常 就 使 用 C 波 段 雷 達 如 加 大 天 線 碟 尺 寸, 則 可 得 到 空 間 解 析 度 較 好 的 觀 測 資 料 (e) K 波 段 : 德 國 人 獨 立 開 發 波 長 為 1.5 公 分 的 雷 達, 此 一 波 段 稱 為 K 波 段 ( K = Kurtz, 德 語 意 為 短 ), 惟 這 一 波 段 的 電 磁 波 會 被 水 蒸 氣 所 吸 收, 以 致 雷 達 不 能 在 有 雨 或 有 霧 的 天 氣 中 使 用 為 了 避 開 這 個 缺 點, 也 有 改 為 使 用 比 K 波 段 頻 率 略 低 的 Ku ( 即 K-under 的 縮 寫, 在 K 波 段 之 下 ) 波 段, 波 長 略 長 為 1.7-2.5 公 分, 和 頻 率 略 高 的 Ka ( 即 K-above 的 縮 寫, 在 K 波 段 之 上 ) 波 段, 波 長 略 短 為 0.75-1.2 公 分 ( 二 ) 雷 達 的 偵 測 類 型 與 回 波 分 析 1 雷 達 的 偵 測 類 型 (1) 雷 達 回 波 蝙 蝠 在 幽 暗 的 洞 穴 中 飛 行 為 什 麼 不 會 撞 到 同 伴 和 牆 壁? 這 是 因 為 牠 們 會 在 飛 行 中 一 邊 發 出 超 音 波 一 邊 接 收 由 四 周 物 體 ( 障 礙 物 ) 反 射 回 來 的 超 音 波, 從 兩 者 間 的 時 間 差 距, 判 斷 物 體 與 本 身 的 距 離, 而 調 整 飛 行 的 速 率 與 方 向 都 卜 勒 氣 象 雷 達 探 測 天 氣 系 統 的 原 理 就 像 蝙 蝠 一 樣, 使 用 單 一 的 天 線 完 成 電 磁 波 的 發 射 與 接 收, 來 判 斷 天 氣 系 統 的 遠 近 及 強 度 變 化 氣 象 雷 達 將 高 能 電 磁 脈 波 透 過 天 線 聚 焦, 以 多 個 仰 角 方 式 做 方 位 角 360 度 旋 轉, 向 空 間 發 射 一 系 列 且 持 續 時 間 很 短 ( 微 秒, 即 10-6 秒 ) 的 微 波 訊 號 若 空 氣 中 存 在 雨 滴, 電 磁 波 經 大 氣 中 的 雨 滴 反 射 回 來 的 訊 號 ( 稱 為 雷 達 回 波 reflectivity ) 被 雷 達 天 線 接 收 之 後, 根 據 接 收 到 雨 滴 所 反 射 回 來 的 訊 號 強 度, 再 利 用 不 同 顏 色 顯 示, 即 可 製 成 雷 達 回 波 圖 回 波 的 強 度 與 水 滴 粒 子 的 大 小 形 狀 狀 態 以 及 集 中 率 ( 單 位 體 積 內 粒 子 的 數 量 ) 有 關, 一 般 來 說, 反 射 回 來 的 訊 號 越 強, 降 雨 的 強 度 就 越 大, 由 雷 達 回 波 圖 即 可 研 判 天 氣 系 統 的 降 雨 強 度 及 分 布 狀 況 由 於 雷 達 觀 測 面 為 圓 錐 面, 距 離 雷 達 愈 遠, 代 表 觀 測 到 的 高 度 就 愈 高, 而 雨 區 與 雷 達 之 間 的 距 離 則 可 利 用 電 磁 波 往 返 所 需 的 時 間 及 電 磁 波 傳 送 速 度 計 算 出 來 由 於 大 氣 中 的 天 氣 現 象 大 多 存 在 於 高 度 約 15-17 公 里 的 對 流 層 內, 加 上 雷 達 觀 測 的 距 離 通 常 都 達 百 公 里 以 上, 在 幾 何 及 地 球 曲 率 的 雙 重 影 響 下, 使 用 高 仰 角 進 行 觀 測 時, 大 部 分 的 觀 測 能 量 將 會 - 16 -
進 到 沒 有 天 氣 現 象 的 平 流 層 內 因 此, 一 般 的 雷 達 的 掃 描 仰 角 都 設 定 20 度 以 下 此 外, 為 使 雷 達 在 垂 直 高 度 上 能 有 完 整 的 觀 測, 不 同 仰 角 間 的 觀 測 角 度, 會 考 量 以 波 束 緊 貼 的 方 式 以 減 少 空 隙 的 存 在, 目 前 氣 象 局 作 業 雷 達 以 11 個 仰 角 進 行 掃 描 觀 測 (2) 都 卜 勒 效 應 奧 地 利 人 都 卜 勒 在 1842 年 發 現, 凡 是 在 運 動 中 的 波 源, 它 的 頻 率 會 隨 著 與 觀 測 者 的 相 對 運 動 狀 態 而 改 變, 即 朝 向 觀 測 者 而 來 的 波 源 頻 率 會 升 高, 遠 離 觀 測 者 而 去 的 波 源 頻 率 會 降 低 例 如 : 當 救 護 車 駛 近 ( 遠 離 ) 時, 聲 調 會 升 高 ( 降 低 ), 這 就 是 著 名 的 都 卜 勒 效 應 都 卜 勒 氣 象 雷 達 與 傳 統 氣 象 雷 達 之 不 同 處, 在 於 都 卜 勒 雷 達 除 了 含 傳 統 氣 象 雷 達 之 功 能 外, 另 外 再 以 都 卜 勒 效 應 為 基 礎, 即 雨 滴 移 近 雷 達 的 速 度 若 越 快, 散 射 回 來 的 電 磁 波 頻 率 就 會 越 高, 再 經 由 檢 測 出 降 水 回 波 的 頻 率 變 化 量, 就 可 得 知 這 些 雨 滴 ( 或 冰 雪 ) 移 近 ( 或 遠 離 ) 雷 達 的 速 度, 而 稱 之 為 徑 向 速 度 ( Radial velocity ) 或 都 卜 勒 速 度 ( Doppler velocity ) (3) 雙 偏 極 化 觀 測 隨 著 科 技 的 發 展, 氣 象 雷 達 的 觀 測 技 術 日 新 月 異, 所 提 供 的 天 氣 監 測 資 訊 也 越 趨 精 準 與 多 樣 性, 其 中 雙 偏 極 化 雷 達 觀 測 則 是 作 業 上 的 重 要 發 展 方 向 由 於 電 磁 波 行 進 時 具 有 方 向 性, 雙 偏 極 化 氣 象 雷 達 設 計 為 可 分 別 發 射 並 接 收 水 平 與 垂 直 方 向 傳 播 的 電 磁 波 ( 都 卜 勒 氣 象 雷 達 只 有 水 平 方 向 ), 因 此 可 測 量 更 多 的 觀 測 資 訊 ( 如 因 雨 滴 產 生 的 電 磁 波 相 位 差 異 量 ), 這 些 新 資 訊 在 降 水 估 計 反 射 率 衰 減 訂 正 及 雜 波 去 除 等 方 面 均 有 更 優 之 表 現, 能 更 精 準 地 分 辨 大 氣 中 降 水 粒 子 如 小 雨 大 雨 雪 及 雹 等 的 分 布 形 狀 及 相 態 ( 液 相 冰 相 ), 對 於 降 水 特 性 及 量 值 有 較 多 的 掌 握 能 力, 甚 至 可 以 分 辨 是 否 為 昆 蟲 鳥 類 等 動 物 所 反 射 的 訊 號 近 來 因 電 子 及 射 頻 元 件 之 進 步, 已 使 線 性 雙 偏 雷 達 之 穩 定 性 達 到 作 業 化 之 要 求, 氣 象 雷 達 雙 偏 極 化 已 逐 漸 成 為 當 前 之 趨 勢 與 主 流 中 央 氣 象 局 在 103 年 3 月 將 五 分 山 都 卜 勒 雷 達 更 新 為 雙 偏 極 化 雷 達, 對 北 部 地 區 可 提 供 更 為 精 準 之 降 雨 估 計 值 2 雷 達 觀 測 網 目 前 臺 灣 地 區 作 業 中 的 氣 象 雷 達 總 計 有 8 座 : - 17 -
(1) 中 央 氣 象 局 所 屬 4 座 氣 象 雷 達, 分 別 為 北 部 五 分 山 波 長 10 公 分 的 雙 偏 極 化 雷 達 1 座, 以 及 3 座 波 長 為 10 公 分 的 都 卜 勒 氣 象 雷 達, 分 別 位 於 西 部 臺 南 七 股 南 部 墾 丁 和 東 部 花 蓮 ( 圖 13); (2) 民 航 局 中 正 機 場 1 座, 為 波 長 5 公 分 的 都 卜 勒 氣 象 雷 達 ; (3) 空 軍 3 座, 皆 為 波 長 5 公 分 的 雷 達, 分 別 為 架 設 於 綠 島 的 都 卜 勒 氣 象 雷 達 1 座 以 及 臺 中 清 泉 崗 澎 湖 馬 公 的 2 座 雙 偏 極 化 氣 象 雷 達 ( Dual Polarimetric Radar ) 這 8 座 作 業 的 氣 象 雷 達 所 構 成 的 雷 達 觀 測 網 密 度 堪 稱 世 界 第 一 ( 圖 14 ), 對 於 山 脈 綿 亙 地 形 陡 峭 的 臺 灣 地 區, 緊 密 的 觀 測 網 可 彌 補 不 同 雷 達 因 地 形 阻 擋 所 產 生 的 觀 測 死 角, 以 提 供 對 於 天 氣 系 統 更 全 面 的 監 測 中 央 氣 象 局 的 氣 象 雷 達 觀 測 始 於 民 國 55 年 建 置 的 花 蓮 氣 象 雷 達 站 以 及 59 年 建 置 的 高 雄 氣 象 雷 達 站 自 民 國 87 年 7 月 1 日 起, 在 建 立 臺 灣 地 區 都 卜 勒 氣 象 雷 達 網 計 畫 下, 整 建 並 更 新 花 蓮 氣 象 雷 達, 而 原 位 於 高 雄 壽 山 頂 的 高 雄 雷 達 由 於 地 理 位 置 不 佳, 雷 達 盲 眼 區 廣 達 20 公 里, 海 浪 回 波 也 特 別 明 顯, 在 國 內 外 氣 象 學 者 一 致 建 議 下, 於 民 國 90 年 三 3 月 奉 准 裁 撤, 另 擇 七 股 新 建 氣 象 雷 達 站, 另 再 新 建 五 分 山 氣 象 雷 達 站 與 墾 丁 氣 象 雷 達 站, 於 91 年 6 月 1 日 開 始 執 行 臺 灣 地 區 都 卜 勒 氣 象 雷 達 24 小 時 的 觀 測 作 業, 連 同 圖 13 中 央 氣 象 局 五 分 山 花 蓮 七 股 及 墾 丁 四 座 都 卜 勒 雷 達 外 觀 合 成 圖 圖 14 臺 灣 地 區 氣 象 雷 達 雷 達 網 民 航 局 及 空 軍 所 擁 有 的 4 座 觀 測 雷 達, 形 成 臺 灣 地 區 氣 象 雷 達 觀 測 網, 完 整 地 監 測 臺 灣 地 區 及 其 鄰 近 460 公 里 海 域 的 天 氣 現 況 在 氣 象 雷 達 觀 測 網 建 置 - 18 -
完 成 後, 對 於 減 低 天 然 災 害 損 失, 保 障 人 民 生 命 財 產 安 全, 提 昇 防 洪 作 業 效 能, 促 進 水 資 源 規 劃 利 用, 增 進 氣 象 科 技 研 究 發 展 等 方 面, 均 有 極 大 助 益 3 雷 達 回 波 分 析 氣 象 雷 達 的 基 本 產 品 有 3 種, 包 括 回 波 強 度 (dbz) 平 均 徑 向 速 度 及 頻 譜 寬, 可 以 輔 助 預 報 人 員 對 天 氣 系 統 強 弱 變 化 做 出 最 佳 的 判 斷 基 本 上, 雷 達 回 波 強 度 變 化, 可 代 表 降 雨 強 度 的 變 化 一 般 而 言, 距 離 雷 達 較 近 的 範 圍 內 ( 約 100-200 公 里 ) 所 觀 測 到 的 回 波 強 度,15-20dBZ 以 上 代 表 會 有 降 雨 的 可 能,20-30dBZ 代 表 雨 勢 較 小,30-40dBZ 代 表 中 等 雨 勢, 45dBZ 以 上 則 代 表 較 強 的 雨 勢 因 雷 達 觀 測 到 的 回 波 強 度 為 瞬 間 觀 測, 可 利 用 經 驗 公 式 將 回 波 強 度 轉 換 為 降 雨 強 度, 並 透 過 多 次 的 觀 測 累 加 計 算 後, 可 以 估 計 出 地 面 可 能 產 生 的 降 雨 量, 稱 之 為 雷 達 降 雨 估 計 惟 在 瀏 覽 氣 象 局 網 頁 之 雷 達 回 波 圖 時, 偶 爾 會 發 現, 有 回 波 出 現, 地 面 觀 測 卻 無 雨 量 ; 或 無 回 波, 地 面 觀 測 卻 有 雨 量 之 現 象 茲 分 別 說 明 其 成 因 及 示 意 圖 如 下 : 狀 況 一 : 有 回 波 觀 測 卻 無 雨 量 (a) 當 雷 達 所 感 應 之 回 波 離 地 面 過 高, 加 上 雲 雨 系 統 的 底 部 離 地 面 有 相 當 高 度 時, 雨 滴 在 降 落 到 地 面 的 過 程 中 已 蒸 發 殆 盡, 致 地 面 觀 測 無 降 雨 ( 圖 15 ) 圖 15 回 波 離 地 面 過 高 圖 16 反 射 性 回 波 ( 地 形 雜 波 ) (b) 雷 達 電 磁 波 可 能 直 接 觸 及 地 形 起 伏 區 域, 產 生 反 射 性 回 波 ( 即 所 謂 的 地 - 19 -
形 雜 波 ) ( 圖 16 ) 或 當 大 氣 有 逆 溫 層 ( 氣 溫 隨 高 度 增 加 的 區 域 ), 電 磁 波 路 徑 會 產 生 超 折 射 (super refraction) 現 象, 產 生 大 幅 偏 離, 觸 及 地 面 或 海 面 而 回 傳 雷 達 ( 即 所 謂 的 非 正 常 傳 播 回 波 ) ( 圖 17 ) 此 皆 將 導 致 有 回 波 出 現, 觀 測 卻 無 雨 量 之 現 象 (c) 當 雷 達 站 附 近 出 現 頻 率 相 近 的 發 射 ( 干 擾 ) 源 時 ( 如 雷 達 天 線 正 對 著 太 陽 無 線 電 臺 等 ), 干 擾 性 回 波 即 會 出 現 ( 圖 18 ) 此 亦 會 導 致 有 回 波 出 現, 觀 測 卻 無 雨 量 之 現 象 圖 17 非 正 常 傳 播 回 波 圖 18 干 擾 性 回 波 狀 況 二 : 無 回 波 觀 測 卻 有 雨 量 (a) 雷 達 掃 描 之 最 低 仰 角 為 0.5 度, 離 雷 達 愈 遠, 雷 達 波 離 地 面 愈 高 當 降 圖 19 降 雨 系 統 的 頂 部 低 於 雷 達 波 束 的 高 度 圖 20 受 到 地 形 遮 蔽 雨 系 統 垂 直 方 向 的 發 展 頂 部 低 於 雷 達 波 束 的 高 度 時, 就 無 回 波 出 現, - 20 -
但 地 面 卻 出 現 降 雨 現 象 ( 圖 19 ) (b) 雷 達 觀 測 也 會 受 到 地 形 遮 蔽 的 影 響 產 生 觀 測 死 角, 無 法 觀 測 到 位 於 山 地 地 形 後 方 ( 如 山 後 的 窪 地 或 河 谷 ) 的 降 雨 狀 況 ( 圖 20 ), 導 致 雷 達 回 波 無 法 反 映 或 低 估 該 地 區 實 際 的 降 雨 量 ( 三 ) 防 災 降 雨 雷 達 由 於 豪 雨 發 生 時 間 短 暫 降 雨 強 度 增 加, 導 致 防 災 工 作 面 臨 極 大 挑 戰, 唯 有 強 化 降 雨 的 監 測, 才 能 提 升 災 害 預 警 能 力 受 到 地 球 曲 率 與 地 形 的 影 響, 目 前 臺 灣 地 區 的 氣 象 雷 達 觀 測 網 有 空 間 上 的 觀 測 死 角, 無 法 即 時 且 有 效 地 監 測 在 短 時 間 內 形 成 發 展 的 劇 烈 降 雨, 故 在 現 有 觀 測 基 礎 上, 另 規 劃 建 立 以 降 雨 觀 測 為 目 的 之 防 災 降 雨 雷 達 網, 提 供 都 會 區 及 低 窪 易 淹 水 區 高 時 空 解 析 度 之 降 雨 量 估 計 資 訊, 應 用 於 淹 水 潛 勢 預 估 及 預 警, 期 能 有 效 地 降 低 水 災 所 造 成 的 生 命 財 產 損 失 防 災 降 雨 雷 達 與 現 行 雷 達 觀 測 之 差 異 比 較 說 明 如 下 : (a) 防 災 降 雨 雷 達 採 用 C 波 段 雙 偏 極 化 雷 達, 本 局 作 業 中 之 雷 達 為 S 波 段 ; (b) S 波 段 氣 象 雷 達 監 測 範 圍 達 460 公 里, 防 災 降 雨 雷 達 能 監 測 75 公 里 範 圍 以 內 的 降 水, 而 60 公 里 則 為 最 佳 觀 測 範 圍, 所 需 發 射 的 能 量 僅 約 為 S 波 段 雷 達 的 四 分 之 一 ; (c) S 波 段 氣 象 雷 達 最 低 觀 測 仰 角 為 0.5 度, 最 高 19.5 度, 高 度 1.5 公 里 以 下 的 低 空 區 域 為 觀 測 死 角, 防 災 降 雨 雷 達 最 低 觀 測 仰 角 為 0 度, 最 高 仰 角 為 2 度 ; (d) S 波 段 氣 象 雷 達 每 10 分 鐘 有 1 筆 資 料, 而 防 災 降 雨 雷 達 每 2 分 鐘 即 可 有 1 筆 資 料 ; (e) S 波 段 氣 象 雷 達 空 間 解 析 度 為 1 至 2 公 里, 而 降 雨 雷 達 為 150 公 尺 目 前 規 劃 於 北 中 南 雲 嘉 南 及 宜 蘭 建 置 共 5 處 區 域 防 災 降 雨 雷 達, 採 用 C 波 段 雙 偏 極 化 建 置, 提 供 2 種 觀 測 模 式, 即 防 災 水 文 模 式 及 一 般 降 雨 模 式 一 般 降 雨 模 式 與 一 般 地 面 的 雙 偏 極 化 雷 達 觀 測 相 同, 主 要 針 對 較 大 範 圍, 以 較 多 仰 角 (9 個 仰 角 ) 進 行 降 雨 的 監 測 防 災 水 文 模 式, 則 以 降 雨 為 觀 - 21 -
測 對 象, 最 高 進 行 4 個 仰 角 觀 測, 可 獲 得 100-250 公 尺 與 1-2 分 鐘 高 空 間 高 時 間 解 析 度 的 降 雨 資 料, 資 料 之 精 確 度 將 大 幅 優 於 現 行 觀 測 資 料, 有 助 於 提 升 防 災 預 警 與 應 變 能 力 這 5 座 區 域 防 災 降 雨 雷 達 建 置 後 將 與 本 局 現 有 的 其 他 S 波 段 雷 達 形 成 緊 密 的 雷 達 觀 測 網, 進 行 整 合 應 用, 可 獲 得 完 整 的 臺 灣 範 圍 觀 測 資 料, 如 雷 達 風 場 與 雷 達 回 波 等, 更 能 正 確 地 掌 握 一 般 天 氣 變 化 或 劇 烈 降 雨 系 統 的 發 展 ( 圖 21) 圖 21 北 中 南 雲 嘉 南 及 宜 蘭 5 座 區 域 防 災 降 雨 雷 達 涵 蓋 範 圍 圖, 個 別 雷 達 所 標 示 半 徑 為 60 公 里 的 最 佳 觀 測 範 圍 - 22 -
四 雷 達 與 衛 星 觀 測 的 差 異 及 限 制 ( 一 ) 雷 達 與 衛 星 觀 測 差 異 由 外 太 空, 利 用 氣 象 衛 星 觀 測 各 種 雲 系 或 天 氣 系 統 的 變 化, 主 要 是 感 應 到 雲 中 或 表 面 對 外 散 發 的 各 種 不 同 波 長 的 輻 射 反 應, 這 些 輻 射 量 值 反 應 了 雲 所 在 位 置 的 溫 度 或 反 射 陽 光 的 程 度, 因 此 我 們 可 以 由 衛 星 看 到 大 範 圍 雲 體 所 呈 現 的 外 觀 ( 圖 22 ) 日 本 MTSAT 氣 象 衛 星 2010 年 5 月 13 日 8 時 紅 外 線 色 調 強 化 與 可 見 光 影 像 衛 星 是 由 高 空 往 下 觀 測 地 表 的 天 氣 系 統, 所 看 到 的 是 雲 頂 表 面 的 溫 度 ( 紅 外 線 雲 圖 ) 與 反 照 率 ( 可 見 光 雲 圖 ), 因 此 衛 星 所 看 到 的 是 表 面 的 雲 滴 並 不 是 降 落 的 水 滴 雷 達 則 是 以 某 固 定 範 圍 仰 角, 由 地 面 往 上 觀 測 大 氣 中 的 雨 滴 2010 年 5 月 13 日 8 時 雷 達 回 波 圖 圖 22 衛 星 與 雷 達 觀 測 的 差 異 而 大 部 分 的 氣 象 雷 達 都 是 裝 置 在 地 面 上, 以 多 重 仰 角, 由 下 往 上, 作 360 度 全 方 位 旋 轉 掃 描 雷 達 站 附 近 ( 半 徑 460 公 里 以 內 ) 上 空 或 降 落 中 的 水 滴 因 此, 雷 達 所 能 看 到 的 就 是 相 對 於 大 範 圍 雲 系 內 較 小 的 降 雨 區 域 - 23 -
( 二 ) 雷 達 與 衛 星 觀 測 的 限 制 通 常 雷 達 掃 描 最 低 仰 角 為 0.5 度, 當 較 遠 的 降 雨 系 統 頂 部 低 於 雷 達 波 束 的 高 度 時, 就 無 回 波 出 現 另 外, 受 地 形 遮 蔽 雨 滴 降 落 至 地 面 前 可 能 發 生 蒸 發 作 用 局 部 的 大 氣 逆 溫 層 ( 氣 溫 隨 高 度 增 加 ) 與 其 他 電 波 發 射 ( 干 擾 ) 源 存 在 等 因 素, 都 會 影 響 雷 達 對 於 降 雨 的 觀 測 結 果 地 球 同 步 衛 星 每 次 觀 測 超 過 地 球 三 分 之 一 的 範 圍, 所 以 可 掌 握 到 大 範 圍 天 氣 系 統 的 移 動 與 變 化 情 形 然 而, 衛 星 為 一 種 由 太 空 往 下 觀 測 的 遙 測 工 具, 因 此 衛 星 的 觀 測 儀 器, 大 部 分 僅 能 觀 測 到 雲 系 表 面 的 變 化, 對 於 雲 系 內 部 與 低 層 的 結 構 特 徵, 則 無 法 明 顯 得 知 另 外, 衛 星 在 太 空 中 接 收 地 表 或 雲 的 輻 射 訊 號, 所 接 收 之 輻 射 強 度, 易 受 到 大 氣 中 各 種 氣 體 或 懸 浮 微 粒 的 干 擾, 增 加 分 析 研 判 以 及 反 演 氣 象 資 料 的 困 難 度 - 24 -
五 臺 灣 地 區 四 季 的 主 要 天 氣 系 統 臺 灣 地 區 位 於 中 緯 度 與 低 緯 度 交 界 處, 因 此 隨 季 節 交 替, 季 風 變 化 明 顯 冬 天 受 蒙 古 高 壓 南 下 影 響, 寒 冷 的 東 北 風 來 到 臺 灣, 氣 溫 經 常 可 下 降 至 10 度 左 右, 高 山 地 區 亦 偶 有 降 雪 發 生 ; 春 季 時, 太 平 洋 高 壓 勢 力 增 強, 蒙 古 高 壓 則 逐 漸 北 退, 此 時 臺 灣 位 在 冷 暖 空 氣 交 會 的 鋒 面 影 響 環 境 下, 經 常 有 豪 ( 大 ) 雨 甚 至 超 大 豪 雨 的 發 生, 因 此, 春 季 降 雨 梅 雨 鋒 面 的 降 雨, 皆 為 臺 灣 地 區 最 顯 著 的 災 害 性 天 氣 之 一 當 時 序 進 入 到 夏 季, 臺 灣 地 區 受 太 平 洋 高 壓 控 制, 天 氣 晴 朗 炎 熱, 高 溫 常 超 過 攝 氏 35 度, 午 後 受 熱 力 作 用 影 響, 在 臺 灣 西 半 部 經 常 有 雷 陣 雨 發 生 ; 同 時, 在 西 太 平 洋 上 亦 有 活 躍 的 熱 帶 低 氣 壓 生 成 熱 帶 低 氣 壓 增 強 後, 常 發 展 成 為 颱 風 並 西 進 侵 襲 臺 灣, 每 年 造 成 臺 灣 地 區 重 大 的 經 濟 損 失 10 月 份, 太 平 洋 高 壓 逐 漸 減 弱, 臺 灣 地 區 再 度 恢 復 受 鋒 面 影 響 的 天 氣 型 態 以 下 將 說 明 臺 灣 地 區, 隨 季 節 變 化, 衛 星 與 雷 達 所 觀 測, 最 具 代 表 性 的 天 氣 現 象 ( 一 ) 春 季 1 春 雨 鋒 面 每 年 3~4 月 時 大 陸 冷 氣 團 尚 未 減 弱, 但 已 有 鋒 面 系 統 在 華 中 華 南 地 區 形 成, 並 迅 速 向 東 移 出, 由 於 南 方 的 水 氣 帶 仍 未 建 立, 受 大 陸 冷 氣 團 的 影 響, 初 春 的 鋒 面 系 統, 較 不 容 易 出 現 明 顯 的 對 流 ( 雷 雨 雲 ), 雲 系 大 都 以 中 低 層 的 層 狀 雲 為 主, 連 續 性 的 降 雨, 大 多 集 中 在 北 部 與 東 北 部 地 區 圖 23 為 2014 年 4 月 (a) (c) 圖 23 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2014 年 4 月 13 日 8 時 觀 測 的 可 見 光 雲 圖 (a) 紅 外 線 雲 圖 (b) 與 色 調 強 化 雲 圖 (c) 以 及 天 氣 分 析 圖 (d) (b) (d) - 25 -
13 日 上 午 8 時 日 本 MTSAT 地 球 同 步 衛 星 觀 測 的 可 見 光 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 及 地 面 天 氣 分 析 圖, 雲 圖 顯 示, 帶 狀 的 鋒 面 雲 帶 自 日 本 南 方 海 面, 向 西 南 延 伸 經 過 臺 灣 到 華 南 沿 海 附 近 此 時 臺 灣 附 近 雲 層 的 雲 頂 溫 度 約 為 10 ~ -32, 雲 頂 高 度 在 4~5 公 里 左 右 ( 藍 色 至 綠 色 漸 進 色 區 域 ), 鋒 面 上 沒 有 明 顯 的 胞 狀 對 流 雲, 大 都 以 中 低 層 的 層 狀 雲 組 成 為 主, 伴 隨 較 微 弱 的 降 雨 現 象 圖 23(d) 為 相 同 時 間 的 地 面 天 氣 分 析 圖, 圖 中 可 看 到 藍 色 的 鋒 面 自 日 本 向 華 南 延 伸, 鋒 面 的 西 北 側 為 乾 冷 的 大 陸 高 壓 東 南 側 則 為 性 質 完 全 不 同 的 暖 濕 太 平 洋 高 壓 2 沙 塵 暴 當 乾 燥 且 寒 冷 的 冷 氣 團 移 經 乾 燥 或 半 乾 燥 地 區, 近 地 面 的 強 風 將 颳 起 乾 燥 地 面 表 層 的 沙 粒 與 灰 塵, 使 得 沙 塵 瀰 漫 在 空 氣 中, 也 降 低 了 能 見 度, 影 響 民 生 交 通 甚 鉅 臺 灣 地 區 每 年 冬 末 春 初, 受 到 來 自 中 國 西 北 和 華 北 蒙 古 一 帶, 包 括 新 疆 甘 肅 河 套 內 蒙 古 蒙 古 等 地 的 沙 塵 暴 影 響, 造 成 空 氣 品 質 下 降 每 當 中 國 大 陸 發 生 沙 塵 暴 時, 這 些 沙 塵 大 部 分 都 向 東 移 至 日 本 與 韓 國 等 地 某 些 情 況 下, 會 經 由 天 氣 系 統 ( 如 南 下 的 鋒 面 ) 的 長 程 輸 送 與 擴 散 過 程, 南 移 至 臺 灣 地 區, 惟 此 時 空 2011 年 5 月 1 日 8 時 2011 年 5 月 1 日 11 時 氣 中 的 沙 塵 與 懸 浮 微 粒 濃 度 都 已 下 降, 不 易 在 衛 星 影 像 中 清 楚 辨 識, 需 經 過 空 氣 品 質 監 測 儀 器 監 測 結 果 才 能 發 現 圖 24 為 2011 年 5 月 1 日 日 本 MTSAT 地 球 同 步 衛 星 每 間 隔 3 小 時 的 可 見 光 頻 道 影 像, 鋒 面 雲 帶 由 日 本 向 西 南 延 伸, 鋒 面 後 方 的 冷 空 氣 區 域 中, 乾 燥 地 表 的 沙 塵 被 強 風 揚 起, 隨 鋒 面 系 統 東 移 而 移 到 海 面, 如 橘 色 虛 線 圈 圍 處 呈 現 灰 色 朦 朧 區 2011 年 5 月 1 日 14 時 2011 年 5 月 1 日 17 時 圖 24 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2011 年 5 月 1 日 每 3 小 時 的 可 見 光 雲 圖 - 26 -
域 沙 塵 暴 自 中 國 河 套 附 近 發 生 後, 伴 隨 鋒 面 後 面 的 冷 空 氣 向 東 移 動, 經 過 黃 海 渤 海 灣, 嚴 重 影 響 韓 國 與 日 本 地 區 的 空 氣 品 質 經 由 當 天 上 午 10 時 54 分 的 地 球 環 境 資 源 衛 星 觀 測 所 得 的 影 像 ( 圖 25 ), 我 們 可 以 更 為 清 楚 的 看 到, 渤 海 灣 與 黃 海 附 近 的 黃 色 沙 塵 散 佈 狀 況, 與 其 東 北 方 與 西 南 方 的 白 色 雲 層 有 著 明 顯 的 差 異 3 霧 沙 塵 暴 圖 25 2011 年 5 月 1 日 上 午 9 時 54 分 EOS-Terra 地 球 環 境 資 源 衛 星 影 像 每 年 約 2~4 月 時 序 進 到 春 季, 冷 空 氣 逐 漸 減 弱, 受 到 南 方 來 的 濕 暖 空 氣 影 響, 空 氣 中 的 水 氣 含 量 遠 高 於 冬 天 當 冷 氣 團 從 中 國 大 陸 移 動 到 東 海 日 本 及 其 南 方 海 面, 臺 灣 地 區 及 中 國 大 陸 沿 海 都 為 偏 東 氣 流, 夜 晚 至 清 晨 時, 近 地 面 空 氣 受 到 地 面 長 波 輻 射 冷 卻, 溫 度 下 降, 使 得 空 氣 達 到 飽 和 而 形 成 濃 霧 的 現 象, 這 種 濃 霧 經 常 造 成 局 部 地 區 的 能 見 度 不 佳 濃 霧 經 常 出 現 在 金 門 馬 祖 一 帶, 臺 灣 西 半 部 中 山 高 速 公 路 的 三 義 苗 栗 段 也 因 為 地 形 之 故, 氣 流 沿 山 坡 爬 升, 溫 度 降 低 而 使 空 氣 達 到 飽 和, 於 夜 間 也 常 有 濃 霧 形 成 另 外, 在 臺 灣 海 峽 與 中 國 大 陸 東 部 海 面, 亦 常 在 春 季 的 夜 晚 與 清 晨, 出 現 持 續 時 間 較 長 的 輻 射 平 流 霧, 影 響 海 面 船 隻 航 行 安 全 甚 鉅 圖 26 為 2012 年 3 月 1 日 上 午 8 時 ( 0000 UTC ) 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 觀 測 的 衛 星 雲 圖, 圖 左 之 可 見 光 雲 圖 中, 可 發 現 臺 灣 海 峽 北 部 往 南 延 伸 到 華 圖 26 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2012 年 3 月 1 日 8 時 的 衛 星 雲 圖 由 左 至 右 分 別 為 可 見 光 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 與 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 - 27 -
南 附 近 海 面 的 灰 白 色 區 域 ( 紫 紅 色 虛 線 處 ), 雲 層 表 面 呈 現 非 常 的 平 滑, 且 邊 界 清 晰, 紅 外 線 或 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 皆 顯 示, 該 區 的 雲 頂 高 度 都 相 當 低, 此 即 為 霧 區 由 地 面 氣 象 站 觀 測 資 料 亦 顯 示, 早 上 8 時 華 南 沿 海 與 臺 灣 臺 南 高 雄 附 近 都 有 霧 的 出 現, 隨 著 日 出 之 後 受 到 太 陽 照 射, 霧 區 逐 漸 消 散 4 梅 雨 鋒 面 華 南 與 臺 灣 地 區 每 年 5 6 月 的 季 節 性 降 雨 以 梅 雨 鋒 面 接 近 移 入 所 帶 來 間 歇 性 或 連 續 性 降 雨 為 主, 此 時 適 逢 東 北 季 風 與 西 南 季 風 的 轉 換 期, 當 梅 雨 鋒 面 滯 留 時 間 較 長 鋒 面 結 構 完 整 時, 常 在 鋒 面 上 出 現 連 續 性 的 對 流 胞 狀 雲, 此 胞 狀 雲 所 引 發 的 雷 雨, 常 造 成 局 部 豪 ( 大 ) 雨 現 象 衛 星 影 像 特 徵 : 2012 年 6 月 11 日 ~12 日 梅 雨 鋒 面 自 華 南 地 區 移 到 臺 灣 地 區, 圖 27 與 圖 28 為 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 氣 象 衛 星 分 別 於 6 月 11 日 23 時 與 6 月 12 日 8 時 所 觀 測 的 衛 星 雲 圖 27 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 氣 象 衛 星 2012 年 6 月 11 日 23 時 所 觀 測 的 的 紅 外 線 雲 圖 ( 左 ) 與 色 調 強 化 雲 圖 ( 右 ) 圖, 顯 示 鋒 面 雲 帶 上 存 在 著 非 常 活 躍 的 雷 雨 胞 狀 雲, 對 流 胞 於 11 日 深 夜 ( 圖 27) 盤 據 北 臺 灣, 利 用 色 調 強 化 雲 圖 更 容 易 分 辨 對 流 最 強 位 置 及 其 雲 頂 發 展 高 度,6 月 12 日 8 時 ( 圖 28) 的 雲 圖 則 顯 示 北 臺 灣 的 對 流 有 減 弱 趨 勢, 但 臺 灣 海 峽 及 南 臺 灣 的 對 流 則 發 展 更 旺 盛, 早 上 8 時 的 可 見 光 雲 圖 因 為 太 陽 仍 位 於 臺 灣 東 方, 陽 光 斜 射 之 故, 可 清 楚 看 到 涵 蓋 在 臺 灣 本 島 的 雲 層 表 面, 由 於 雲 圖 28 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 氣 象 衛 星 2012 年 6 月 12 日 8 時 所 觀 測 的 可 見 光 雲 圖 ( 左 ) 紅 外 線 雲 圖 ( 中 ) 及 色 調 強 化 雲 圖 ( 右 ) - 28 -
的 發 展 高 度 不 同, 有 明 顯 的 陰 影 而 呈 凹 凸 不 平 雷 達 回 波 分 析 : 雷 達 回 波 觀 測, 除 了 可 以 直 接 得 到 即 時 降 雨 強 度 的 資 訊 外, 另 外 利 用 雷 達 回 波 與 降 雨 率 的 經 驗 關 係 式, 更 可 以 直 接 估 算 出 小 時 累 積 雨 量 的 分 布 情 形, 提 供 防 災 單 位 預 警 重 要 的 參 考 資 料 圖 29 為 6 月 11 日 22 時 50 分 的 北 臺 灣 雷 達 回 波 圖 ( 參 考 圖 27 之 衛 星 雲 圖 ), 顯 示 在 臺 灣 西 北 側 有 明 顯 的 強 回 波, 由 6 月 11 日 上 午 8 時 到 6 月 12 日 上 午 8 時 的 24 小 時 累 積 降 雨 量 ( 圖 30) 顯 示, 桃 園 新 北 市 與 臺 北 市 多 處 地 區 雨 量 超 過 350 毫 米 ( 暗 紅 色 區 域 ), 這 一 波 的 梅 雨 鋒 面 的 確 在 臺 北 市 文 山 區 造 成 淹 水 災 情 圖 29 2012 年 6 月 11 日 22 時 50 分 雷 達 回 波 圖 圖 30 2012 年 6 月 11 日 8 時 至 6 月 12 日 8 時 累 積 降 雨 量 分 布 圖 ( 二 ) 夏 季 每 年 6~10 月, 逐 漸 進 入 到 夏 天 的 天 氣 型 態, 臺 灣 地 區 的 天 氣 除 受 西 太 平 洋 上 所 發 生 的 颱 風 侵 襲 影 響 外, 其 間 則 為 午 後 出 現 的 雷 陣 雨 由 於 臺 灣 複 雜 的 地 形 變 化, 使 得 降 雨 分 布 極 不 平 均, 從 衛 星 與 雷 達 影 像 分 析 資 料 中, 都 可 以 發 現 兩 者 的 特 徵 差 異 1 午 後 雷 陣 雨 夏 日, 臺 灣 受 到 太 平 洋 高 壓 影 響 下, 上 午 通 常 為 無 雲 的 好 天 氣, 如 果 空 - 29 -
氣 中 飽 含 水 氣, 地 面 受 太 陽 直 接 加 熱 後, 水 氣 不 斷 的 蒸 發 上 升 並 在 大 氣 中 凝 結 成 雲 因 此, 約 在 中 午 前 後, 西 半 部 的 山 區 附 近, 開 始 有 積 雲 出 現 並 逐 漸 2013 年 7 月 24 日 11 時 2013 年 7 月 24 日 12 時 2013 年 7 月 24 日 13 時 2013 年 7 月 24 日 14 時 2013 年 7 月 24 日 15 時 2013 年 7 月 24 日 16 時 2013 年 7 月 24 日 17 時 圖 31 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 於 2013 年 7 月 24 日 11 時 至 17 時 每 小 時 可 見 光 雲 圖 發 展 成 為 積 雨 雲, 此 積 雨 雲 即 我 們 一 般 所 稱 的 雷 雨 胞, 通 常 這 些 積 雨 雲 在 午 後 發 展 達 到 最 強, 所 以 降 雨 經 常 在 中 午 過 後 出 現, 持 續 至 傍 晚 逐 漸 減 弱 衛 星 影 像 特 徵 : 圖 31 為 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2013 年 7 月 24 日 11 時 至 17 時 每 小 時 可 見 光 雲 圖, 圖 中 我 們 可 以 看 到 上 午 臺 灣 本 島 地 區, 皆 為 晴 朗 的 好 天 氣, 僅 在 山 區 有 零 星 雲 系 中 午 12 時 過 後, 各 地 雲 量 陸 續 發 展, 這 是 由 於 受 到 太 陽 加 熱 作 用, 所 發 展 的 積 雲 ; 隨 後, 即 迅 速 發 展 成 為 積 雨 雲, 下 午 4 時, 在 臺 灣 的 西 半 部 已 經 發 展 成 為 數 個 胞 狀 雷 雨 雲, 並 降 下 局 部 性 大 雨 雷 達 回 波 分 析 : 圖 32 為 2013 年 7 月 24 日 下 午 2 點 40 分 的 雷 達 回 波 圖, 從 雷 達 回 波 圖 上, 可 以 看 到 在 臺 灣 陸 地 上 出 現 有 如 爆 米 花 般 的 小 範 圍 回 波 在 臺 灣 西 部 地 區 出 現 小 範 圍 明 顯 強 降 水 區 午 後 對 流 發 展 變 化 快 速, 從 開 始 生 成 到 消 散, 可 能 只 有 數 分 鐘 到 數 小 時, 圖 32 2013 年 7 月 24 日 下 午 2 點 40 分 雷 達 回 波 圖 - 30 -
利 用 雷 達 在 時 間 上 較 為 密 集 的 觀 測, 較 衛 星 觀 測 更 能 精 準 的 掌 握 在 臺 灣 附 近 所 發 展 的 對 流 雲 的 移 動 增 強 或 減 弱 的 資 訊 雷 達 回 波 分 布 的 範 圍, 代 表 降 雨 區 的 範 圍, 當 回 波 在 水 平 方 向 的 差 距 甚 大, 並 出 現 局 部 性 的 極 大 值 時, 代 表 對 流 發 展 劇 烈, 可 能 出 現 強 降 雨 冰 雹 甚 至 龍 捲 風 等 災 害 性 天 氣 以 2013 年 6 月 4 日 的 雷 達 回 波 圖 ( 圖 33) 為 例, 圖 中 最 大 回 波 超 過 65dBZ, 顯 示 可 能 出 現 劇 烈 的 天 氣 現 象, 而 實 際 上, 當 天 在 臺 北 市 許 多 地 方 的 確 有 降 下 冰 雹 的 紀 錄 圖 34(a) 為 2013 年 7 月 7 日 的 午 後 雷 雨 雷 達 回 波 圖, 圖 34(b) 顯 示 1 小 時 的 累 積 降 雨 量 大 於 50 毫 米, 短 時 間 的 強 降 雨 也 造 成 新 北 市 地 區 多 處 淹 水 圖 33 2013 年 6 月 4 日 12 時 20 分 雷 達 回 波 圖, 圖 中 最 大 回 波 超 過 65dBZ (a) (b) 圖 34 (a)2013 年 7 月 7 日 14 時 30 分 雷 達 回 波 圖,(b) 2013 年 7 月 7 日 14 時 至 15 時 雷 達 估 計 降 雨 量 分 布 圖 2 颱 風 每 年 暖 季, 在 北 緯 10~15 度 的 熱 帶 洋 面 上, 容 易 有 熱 帶 低 壓 系 統 風 暴 發 生, 由 於 受 到 地 球 自 轉 影 響, 形 成 具 有 氣 旋 式 旋 轉 的 低 壓 系 統, 加 上 洋 面 上 足 夠 的 的 水 氣 供 應, 使 得 對 流 發 展 旺 盛, 氣 旋 式 旋 轉 產 生 的 輻 合 作 用, 再 增 強 原 來 的 對 流 作 用, 使 低 壓 系 統 漩 渦 繼 續 加 深, 也 就 是 使 四 周 空 氣 加 快 向 漩 渦 中 心 流, 流 入 愈 快, 所 形 成 的 風 速 就 愈 大, 當 近 地 面 最 大 風 速 達 到 或 超 過 每 秒 17.2 公 尺 或 每 小 時 62 公 里 時, 我 們 就 稱 它 為 颱 風, 當 颱 風 繼 續 增 強 至 一 定 強 度 時, 中 心 會 有 下 沉 氣 流 出 現, 而 形 成 所 謂 的 颱 風 眼 熱 帶 洋 面 的 低 - 31 -
壓 系 統, 因 為 發 生 的 源 地 不 同, 各 使 用 不 同 的 名 稱, 我 們 所 在 的 西 北 太 平 洋 地 區, 將 發 展 成 熟 的 熱 帶 低 壓 風 暴 稱 為 颱 風 (Typhoon); 北 美 洲 地 區 稱 為 颶 風 (Hurricane), 印 度 洋 澳 洲 及 南 太 平 洋 等 地 區 則 稱 為 氣 旋 (Cyclone) 衛 星 影 像 特 徵 : 一 般 發 展 成 熟 的 颱 風 具 有 颱 風 眼 眼 牆 外 圍 雲 雨 帶 等 特 徵 ; 颱 風 的 眼 牆 與 外 圍 雲 帶 都 伴 隨 著 活 躍 的 對 流 雲, 因 此, 每 當 颱 風 移 經 臺 灣 地 區 時, 常 有 顯 著 的 降 雨 發 生, 造 成 生 命 及 財 產 的 嚴 重 損 害 圖 35 為 發 展 到 一 定 強 度 並 且 結 構 完 整 的 颱 風 例 子, 當 颱 風 強 度 增 強 為 強 烈 颱 風 時, 由 衛 星 可 見 光 頻 道 或 者 是 紅 外 線 頻 道, 都 可 以 看 到 中 央 部 分, 有 颱 風 眼 形 特 徵 同 時, 在 颱 風 眼 的 外 圍, 環 繞 著 發 展 高 度 最 高, 紅 外 線 溫 度 最 低 的 劇 烈 對 流 雲, 我 們 通 稱 為 眼 牆, 此 部 分 為 颱 風 主 要 的 降 雨 區 域, 其 次, 則 是 集 中 在 外 圍 雲 帶 上 圖 35 發 展 完 整 的 颱 風 結 構 雷 達 回 波 分 析 : 雷 達 在 颱 風 監 測 方 面, 依 據 颱 風 的 大 小 發 展 階 段 構 造 上 之 特 徵 地 形 之 影 響 以 及 季 節 而 不 同, 可 說 是 千 變 萬 化, 它 的 完 整 外 觀 結 構 主 要 包 含 - 32 -
了 : 颱 風 眼 眼 牆 以 及 外 圍 的 螺 旋 雨 帶 颱 風 眼 區 主 要 特 徵 為 無 回 波 或 弱 回 波 的 區 域, 通 常 為 眼 牆 所 包 圍 眼 牆 區 為 經 常 成 環 狀 封 閉 形 狀, 主 要 為 對 流 性 的 強 降 水 區, 同 時 是 颱 風 風 速 最 強 的 區 域 螺 旋 雨 帶 顧 名 思 義 其 降 水 區 呈 螺 旋 狀, 回 波 的 強 度 一 般 較 眼 牆 區 弱, 且 無 封 閉 的 情 形 發 生, 由 於 其 影 響 區 域 廣 闊, 也 經 常 是 造 成 劇 烈 降 雨 重 要 的 原 因 之 一 在 實 際 作 業 中, 雷 達 回 波 可 提 供 颱 風 中 心 定 位 過 去 移 速 移 向 以 及 最 強 雨 區 分 布 的 判 定, 分 別 敘 述 如 下 : (a) 中 心 定 位 颱 風 眼 區 的 中 心, 在 作 業 上 通 常 可 定 義 為 颱 風 的 中 心, 在 雷 達 降 水 回 波 圖 顯 示 為 無 降 水 區, 圖 36 為 4 個 侵 臺 颱 風 眼 牆 附 近 的 降 水 回 波 分 布, 由 降 水 回 波 顯 示 圖 (a) 1996 年 賀 伯 颱 風 的 眼 為 一 個 橢 圓 形 的 形 狀, 颱 風 眼 長 軸 約 70 公 里, 圖 (b) 2001 年 的 納 莉 颱 風 與 圖 (d) 2007 年 的 柯 羅 莎 颱 風 的 眼 型 則 是 呈 現 較 對 稱 的 圓 眼 結 構, 颱 風 眼 直 徑 約 60 公 里, 而 圖 (c) 2007 年 韋 帕 颱 風 的 圖 36 颱 風 雷 達 回 波 圖, 圖 中 藍 線 為 利 用 弱 回 波 中 心 所 決 定 之 颱 風 中 心 路 徑 - 33 -
眼 直 徑 約 只 有 30 公 里 左 右, 相 對 而 言 為 較 小 的 眼 (b) 移 速 及 移 向 圖 36 中 之 藍 色 線 為 利 用 每 一 觀 測 時 間 所 決 定 之 中 心 所 繪 製 之 中 心 路 徑, 由 這 些 定 位 的 位 置, 可 計 算 出 颱 風 在 過 去 一 段 時 間 內 的 移 動 速 度 及 方 向, 可 輔 助 對 於 颱 風 在 短 時 間 之 移 動 趨 勢 的 參 考 (c) 降 雨 分 布 圖 36 的 雷 達 回 波 圖 顯 示 颱 風 眼 四 周 為 彎 曲 的 螺 旋 狀 雨 帶 所 包 圍, 而 雨 帶 並 非 對 稱 分 布, 圖 36(a) 中 顯 示 賀 伯 颱 風 (1996) 中 心 被 橢 圓 形 眼 牆 所 包 圍, 在 眼 牆 之 外 則 有 螺 旋 雨 帶, 南 方 的 螺 旋 狀 雨 帶 中, 呈 現 強 降 雨 回 波 值 的 範 圍 明 顯 較 眼 牆 區 域 來 的 廣 闊 ; 圖 36(b) 為 2001 年 的 納 莉 颱 風, 則 是 呈 現 相 對 圓 形 對 稱 的 眼 牆 結 構, 其 外 圍 的 螺 旋 雨 帶 也 非 常 顯 著 ; 而 圖 36(c) 2007 年 的 韋 帕 颱 風 和 圖 36(d) 柯 羅 莎 颱 風 則 皆 顯 示 眼 牆 結 構 為 不 對 稱 的 形 態, 韋 帕 颱 風 的 眼 牆 與 螺 旋 雨 帶 的 強 降 雨 區 主 要 集 中 在 颱 風 的 東 側 與 東 南 側, 而 柯 羅 莎 颱 風 主 要 的 降 雨 區 域 出 現 在 颱 風 的 西 北 側, 而 颱 風 的 南 側 降 雨 明 顯 較 弱 ( 三 ) 秋 季 當 秋 天 來 臨, 太 陽 的 直 射 區 域, 逐 漸 南 移 到 赤 道 附 近, 太 平 洋 高 壓 的 強 度 不 似 夏 季 那 麼 強, 但 是 位 於 中 低 緯 度 的 臺 灣, 仍 能 感 受 到 太 平 洋 高 壓 的 餘 威 ( 秋 老 虎 ), 氣 溫 相 較 於 夏 日, 略 為 下 降, 早 晚 溫 差 增 大, 感 覺 稍 有 涼 意, 此 季 節 大 家 最 關 心 的 莫 過 於 第 一 道 鋒 面 何 時 南 下, 以 及 並 非 夏 季 專 屬 的 颱 風 1 秋 天 的 鋒 面 我 們 常 聽 到 氣 團 這 個 名 詞, 到 底 氣 團 是 什 麼 呢? 凡 是 大 範 圍 性 質 相 近 的 空 氣 就 稱 為 氣 團, 如 太 平 洋 高 壓 位 於 太 平 洋 廣 大 的 洋 面 上, 為 既 溫 暖 濕 度 又 高 的 暖 氣 團, 而 蒙 古 高 壓 或 西 伯 利 亞 高 壓 位 於 高 緯 度 地 區, 此 處 地 勢 廣 大 又 平 坦, 空 氣 既 乾 燥 且 寒 冷, 稱 為 冷 氣 團 當 時 序 進 入 9 月 秋 天 來 臨, 太 陽 的 直 射 區 域, 逐 漸 南 移 到 赤 道 附 近, 太 - 34 -
平 洋 高 壓 的 強 度 不 似 夏 季 那 麼 強, 北 方 的 冷 空 氣 強 度 趁 勢 逐 漸 增 強, 當 乾 冷 氣 團 往 南 潰 流 而 推 擠 到 前 方 的 暖 濕 氣 團, 鋒 面 系 統 於 是 形 成, 鋒 面 系 統 隨 著 冷 氣 團 的 推 擠 持 續 向 南 移 動, 如 果 冷 氣 團 夠 強, 將 鋒 面 系 統 南 推 到 臺 灣 附 近, 此 時 臺 灣 地 區 東 北 部 及 北 部 首 當 其 衝, 天 氣 型 態 首 先 會 有 明 顯 的 變 化, 然 後 大 家 可 以 感 覺 到 氣 溫 開 始 下 降, 故 入 秋 後, 首 波 影 響 臺 灣 的 鋒 面 系 統 到 圖 37 2013 年 9 月 11 日 08 時 (0000UTC) 的 MTSAT 可 見 光 雲 圖 以 及 天 氣 圖 底 何 時 到 達, 經 常 是 大 家 所 關 心 的 圖 37 為 2013 年 9 月 11 日 08 時 ( 0000UTC ) 的 MTSAT 可 見 光 雲 圖 及 天 氣 圖, 雲 圖 中 自 日 本 海 經 朝 鮮 半 島 黃 海 到 華 中 的 雲 帶 即 為 鋒 面 系 統 所 伴 隨 的 雲 帶, 雲 帶 北 方 呈 晴 空 無 雲 狀 態, 此 即 為 穩 定 的 乾 冷 氣 團 所 籠 罩 的 區 域 2 東 北 季 風 與 颱 風 在 這 時 期, 太 平 洋 上 仍 然 還 是 有 颱 風 發 生, 此 時 最 擔 心 的 除 了 颱 風 的 移 動 方 向 外, 還 得 注 意 大 陸 冷 高 壓 的 位 置 是 否 引 進 東 北 風, 當 颱 風 移 到 臺 灣 附 近 時, 此 時 臺 灣 地 區 很 可 能 會 因 冷 空 氣 南 下, 同 時 受 到 颱 風 的 環 流 與 東 北 季 風 共 伴 的 雙 重 效 應 影 響, 不 僅 地 面 風 速 增 強, 降 雨 量 也 大 增, 尤 以 東 部 東 北 部 影 響 最 明 顯 ; 或 是 因 高 氣 壓 南 下 引 進 東 北 風, 而 造 成 颱 風 向 西 南 方 向 移 動 圖 38 為 2009 年 10 月 5 日 02 時 ( 1800UTC ) 的 天 氣 圖 及 日 本 MTSAT 地 球 同 步 衛 星 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖, 由 圖 顯 示, 編 號 17 號 輕 度 颱 風 芭 瑪 ( Parma ) 正 位 於 恆 春 南 南 西 方 之 巴 士 海 峽 海 面, 所 伴 隨 的 主 要 雲 系 已 減 弱, 很 明 顯 的 - 35 -
其 外 圍 雲 帶 於 臺 灣 花 蓮 宜 蘭 一 帶 引 發 劇 烈 對 流 圖 38 2009 年 10 月 5 日 02 時 (1800UTC) 天 氣 圖 及 MTSAT 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 圖 39 則 為 2010 年 10 月 21 日 20 時 ( 1200UTC ) 的 天 氣 圖 及 MTSAT 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖, 也 顯 示 編 號 13 號 的 梅 姬 ( Megi ) 颱 風 位 於 恆 春 西 南 方 即 巴 士 海 峽 西 側, 颱 風 中 心 雲 系 仍 伴 隨 劇 烈 對 流, 未 受 地 形 影 響 而 破 壞 其 結 構, 颱 風 眼 仍 清 晰 可 見, 而 在 臺 灣 東 部 及 海 面 上 出 現 較 劇 烈 的 對 流 雲 系 圖 39 2010 年 10 月 21 日 20 時 (1200UTC) 天 氣 圖 及 MTSAT 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 由 以 上 兩 個 個 案 之 天 氣 圖 皆 可 看 出 鋒 面 系 統 已 東 移, 鋒 面 後 方 引 進 微 弱 的 北 方 冷 空 氣, 臺 灣 東 北 部 及 東 部 因 颱 風 外 圍 環 流 加 上 東 北 風 共 伴 效 應 的 影 響 之 下, 雲 圖 皆 可 見 明 顯 出 現 發 展 較 為 劇 烈 的 對 流 雲 系, 而 引 發 豪 大 雨 現 象 2001 年 編 號 16 號 的 納 莉 ( Nari ) 颱 風, 形 成 於 琉 球 群 島 北 方, 在 附 近 打 個 轉 且 強 度 一 度 減 弱 為 熱 帶 性 低 氣 壓 (TD), 而 後 又 再 度 發 展, 由 於 北 方 高 氣 壓 南 下, 引 進 的 東 北 風, 引 導 納 莉 颱 風 自 9 月 14 日 開 始 緩 慢 向 西 南 方 向 移 - 36 -
圖 40 上 至 下 分 別 為 日 本 GMS 地 球 同 步 衛 星 2001 年 9 月 15 日 及 16 日 08 時 的 可 見 光 雲 圖 ( 左 ) 及 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 ( 右 ) 2001 年 9 月 15 日 08 時 2001 年 9 月 16 日 08 時 圖 41 2001 年 9 月 15 日 及 16 日 08 時 (0000UTC) 地 面 天 氣 圖 動, 圖 40 為 9 月 15 日 08 時 與 9 月 16 日 08 時 的 MTSAT 可 見 光 與 紅 外 線 色 調 強 化 衛 星 雲 圖, 顯 示 此 時 的 納 莉 颱 風 已 有 颱 風 眼 形 成, 愈 接 近 臺 灣, 眼 型 與 雲 系 結 構 愈 好, 亦 即 強 度 增 強 中 ; 圖 41 為 9 月 15 日 08 時 與 9 月 16 日 - 37 -
08 時 的 地 面 天 氣 圖, 顯 示 颱 風 位 於 高 氣 壓 之 南 側, 由 圖 40 與 圖 41 顯 示 纳 莉 颱 風 受 到 東 北 風 影 響, 向 西 南 方 向 移 動 9 月 16 日 晚 間 納 莉 颱 風 由 臺 灣 東 北 角 登 陸, 再 繼 續 向 西 南 移 動 貫 穿 臺 灣 西 部 地 區, 歷 經 49 個 小 時 後 才 由 臺 南 安 平 附 近 離 開 陸 地, 侵 臺 期 間 颱 風 移 動 速 度 非 常 緩 慢, 為 臺 灣 各 地 帶 來 豐 沛 的 雨 量, 造 成 北 臺 灣 及 西 部 地 區 嚴 重 淹 水 ( 四 ) 冬 季 1 冷 氣 團 - 寒 流 冬 天 的 北 半 球, 沒 有 了 太 陽 直 射 的 熱 力 支 持, 因 此, 太 平 洋 上 的 高 壓 勢 力, 逐 漸 往 東 消 退, 此 時 即 是 北 方 蒙 古 高 壓 或 西 伯 利 亞 高 壓 發 威 的 季 節, 當 大 陸 冷 氣 團 的 冷 空 氣 堆 積 到 一 定 的 程 度 後, 冷 空 氣 由 中 國 大 陸 的 北 方, 往 東 南 方 向 潰 流, 經 黃 海 東 海, 有 時 即 可 南 下 至 臺 灣 冷 氣 團 源 於 寒 冷 乾 燥 的 北 方 大 陸, 因 此 除 了 冷 空 氣 所 到 之 處, 氣 溫 下 降 外, 空 氣 中 水 氣 非 常 少, 天 氣 晴 朗, 不 易 有 雲 發 生 ; 但 是 當 冷 空 氣 南 下, 移 經 相 對 較 暖 的 海 面 時, 由 於 冷 空 氣 較 重 向 下 沉, 暖 空 氣 較 輕 而 被 抬 升, 於 是 在 離 岸 不 遠 的 海 面 上, 形 成 排 列 整 齊 且 幾 乎 與 地 面 風 平 行 的 雲 系, 稱 為 雲 街, 大 氣 底 層 也 因 為 受 到 洋 面 上 水 氣 蒸 發 影 響, 使 得 冷 氣 團 中 的 水 氣 量 增 圖 42 EOS-Terra 地 球 環 境 資 源 衛 星 2013 年 1 月 18 日 上 午 10 時 31 分 之 真 實 色 影 像 - 38 -
加 圖 42 是 EOS-Terra 地 球 環 境 資 源 衛 星, 於 2013 年 1 月 18 日 上 午 10 時 31 分 所 觀 測 到 東 亞 地 區 之 高 解 析 度 衛 星 雲 圖 在 圖 中 我 們 可 以 看 到 北 方 冷 空 氣 自 大 陸 出 海 後, 黃 海 海 面 出 現 雲 街, 越 往 南 邊 雲 量 越 多, 但 大 多 為 不 易 導 致 降 雨 的 淺 積 狀 雲 冷 空 氣 經 過 洋 面, 到 達 臺 灣 附 近, 風 場 轉 變 為 東 北 風 型 態, 空 氣 中 水 氣 量 增 加, 因 為 受 臺 灣 地 形 抬 升 而 形 成 雲, 這 些 低 層 的 積 狀 雲 大 都 堆 積 於 臺 灣 的 東 半 部 地 區, 也 是 臺 灣 東 北 部 地 區 東 北 季 風 南 下 時 經 常 下 雨 的 原 因, 西 半 部 則 因 為 地 形 阻 擋, 為 較 晴 朗 的 天 氣 此 時 東 北 亞 地 區 近 地 面 層 盛 行 北 至 西 北 風, 在 韓 國 濟 州 島 的 下 風 區, 常 可 發 現 呈 渦 漩 狀 排 列 之 渦 狀 雲, 這 種 雲 型 稱 為 卡 門 渦 旋 列 2 冬 天 的 鋒 面 冬 季, 當 北 方 的 冷 氣 團 南 下 時, 冷 空 氣 會 推 擠 其 前 緣 的 暖 濕 氣 團 往 東 南 方 向 移 動, 此 交 界 面 即 是 鋒 面, 由 於 冷 空 氣 較 重 從 底 部 向 南 推 擠 暖 空 氣, 於 是 暖 空 氣 被 抬 升 高 度, 此 即 所 謂 的 對 流, 但 因 冬 季 的 對 流 強 度 較 春 夏 季 的 對 流 為 弱, 故 鋒 面 上 所 形 成 的 雲 系 大 多 為 垂 直 發 展 高 度 較 低 的 層 狀 雲 圖 43 為 2010 年 2 月 12 日 上 午 8 時, 日 本 MTSAT-1R 地 球 同 步 氣 象 衛 星 紅 外 線 與 可 見 光 頻 道, 所 觀 測 到 冬 季 鋒 面 的 例 子 圖 中 可 發 現, 受 大 規 模 冷 空 氣 南 移 影 響, 鋒 面 雲 帶 被 推 展 到 日 本 南 方 海 面, 並 向 西 南 延 伸 至 華 南 地 區 因 為 冬 季 大 氣 環 境 的 水 氣 不 像 暖 季 那 麼 旺 盛, 鋒 面 上 通 常 不 會 有 明 顯 的 圖 43 日 本 MTSAT-2 地 球 同 步 衛 星 2010 年 2 月 12 日 8 時 可 見 光 雲 圖 箭 頭 所 指 處 即 為 繩 索 雲 (rope line) - 39 -
對 流 胞 出 現, 組 成 鋒 面 的 雲 系 主 要 為 層 狀 雲 或 淺 積 雲 此 案 例 中 受 到 大 規 模 冷 空 氣 在 下 方 推 擠 的 效 果, 鋒 面 的 前 緣 即 冷 空 氣 與 暖 空 氣 的 交 界 處, 在 衛 星 影 像 可 看 到 細 長 且 連 續 的 淺 積 雲 ( 紅 色 箭 頭 ), 此 種 連 續 的 積 狀 雲 外 觀 類 似 繩 子, 因 此 又 稱 為 繩 索 雲 ( Rope Line ) - 40 -
六 特 殊 天 氣 與 環 境 事 件 個 案 分 析 ( 一 ) 2013 年 春 季 華 南 地 區 大 雪 圖 44 為 2013 年 2 月 16 日 與 2 月 20 日 繞 極 衛 星 EOS-Aqua 地 球 環 境 資 源 衛 星 觀 測 所 得 中 國 大 陸 華 中 一 帶 的 真 實 色 影 像, 圖 中 顯 示 2 月 16 日 在 長 江 口 附 近 的 太 湖 高 郵 湖 與 洪 澤 湖 等 地 貌 清 晰 可 見 上 海 附 近, 有 零 星 積 雲 存 在, 沿 海 受 河 水 所 攜 帶 大 量 的 泥 沙 等 懸 浮 顆 粒 影 響, 水 色 呈 現 黃 灰 色 2 月 19 日 華 中 的 江 蘇 安 徽 一 帶, 發 生 開 春 後 的 第 一 場 大 雪, 造 成 路 面 結 冰, 部 分 高 鐵 列 車 也 暫 停 行 駛 南 京 市 的 大 雪, 甚 至 達 到 暴 雪 等 級, 國 中 小 以 下 的 學 校, 都 延 到 21 日 才 開 學 因 此, 在 2 月 20 日 的 衛 星 影 像 中 可 以 看 到 南 京 上 海 等 地, 一 夜 之 間 都 覆 上 一 片 雪 白 ( 紫 色 虛 線 與 箭 頭 所 指 區 域 ) (a)2013 年 2 月 16 日 下 午 13 時 11 分 (b)2013 年 2 月 20 日 中 午 12 時 47 分 洪 澤 湖 + 南 京 高 郵 湖 巢 湖 太 湖 + 長 江 口 上 海 圖 44 繞 極 環 境 資 源 衛 星 EOS-Aqua 於 2013 年 2 月 16 日 下 午 13 時 11 分 (a) 及 2 月 20 日 中 午 12 時 47 分 (b) 之 觀 測 所 得 的 影 像 ( 二 ) 冬 季 沿 海 浮 冰 冬 季 時, 中 高 緯 度 地 區, 大 都 以 固 態 降 水 ( 亦 即 下 雪 ) 為 主, 除 在 衛 星 的 連 續 動 態 影 像 上, 可 發 現 陸 地 持 續 存 在 的 白 色 積 雪 外, 就 是 沿 海 海 面 的 海 冰 現 象 圖 45 為 2012 年 2 月 7 日 與 5 月 21 日 的 日 本 MTSAT2 地 球 同 步 氣 象 衛 星 可 見 光 雲 圖 ( 左 上 與 右 上 圖 ) 與 EOS 地 球 環 境 衛 星 的 真 實 影 像 比 較 圖 ( 左 下 - 41 -
與 右 下 圖 ), 在 冬 季 時 期 的 2 月 7 日 可 發 現 在 左 上 與 左 下 的 紅 色 箭 頭 所 示 的 101 年 2 月 7 日 11 時 可 見 光 影 像 101 年 5 月 21 日 11 時 可 見 光 影 像 101 年 2 月 7 日 13 時 04 分 真 實 色 彩 影 像 101 年 5 月 21 日 10 時 43 分 真 實 色 彩 影 像 圖 45 2012 年 2 月 7 日 與 5 月 21 日 日 本 MTSAT2 地 球 同 步 氣 象 衛 星 可 見 光 雲 圖 ( 上 ) 與 EOS 地 球 環 境 衛 星 觀 測 所 得 的 真 實 影 像 ( 下 ) 中 國 遼 東 灣 與 西 朝 鮮 灣 海 面 附 近, 出 現 白 色 的 浮 冰, 尤 其 是 在 左 下 圖 的 衛 星 真 實 色 彩 影 像, 特 別 清 晰 當 時 序 漸 漸 進 入 春 季 時, 天 氣 逐 漸 回 暖, 在 右 側 5 月 21 日 的 衛 星 影 像 則 已 不 復 見 海 面 的 浮 冰 ( 三 ) 臺 灣 地 區 空 氣 污 染 監 測 當 大 氣 純 淨 無 雲 時, 通 常 我 們 由 衛 星 影 像 中, 可 清 楚 的 辨 識 各 種 地 表 的 地 貌 或 洋 面 水 色 分 布 情 形, 如 大 氣 中 存 在 各 種 懸 浮 微 粒 時, 則 大 氣 會 呈 現 非 透 明 狀 態, 將 影 響 衛 星 觀 測 的 清 晰 度 我 們 從 圖 46(a) 2013 年 1 月 31 日 的 真 實 影 像, 發 現 臺 灣 大 部 分 地 區, 清 晰 的 河 流 與 地 形 邊 界, 僅 在 高 雄 附 近 的 高 屏 溪 一 帶, 影 像 些 許 模 糊 不 清 2 月 23 日 如 圖 46(c), 臺 灣 西 半 部 地 區 雖 然 無 明 顯 雲 系 出 現, 但 由 於 受 - 42 -
到 嚴 重 空 氣 污 染 物 的 影 響, 使 得 影 像 中 的 河 流 與 地 貌 變 得 模 糊 不 清 Aqua Aqua Terra (a)1 月 31 日 (b)2 月 18 日 (c)2 月 23 日 圖 46 2013 年 1~2 月 間,EOS 地 球 環 境 資 源 衛 星 Terra 與 Aqua 所 觀 測 之 影 像 更 多 沙 塵 霧 霾 等 特 殊 天 氣 現 象 出 現 時 之 衛 星 觀 測 影 像, 請 參 見 氣 象 局 全 球 資 訊 網 之 衛 星 雲 圖 精 選, 網 址 為 http://www.cwb.gov.tw/v7/knowledge/ satellite_topics/truecolor.htm ( 四 ) 雷 達 所 觀 測 的 颮 線 颮 線 是 由 數 個 線 狀 排 列 的 雷 雨 胞 所 組 合, 在 雷 達 回 波 圖 上 呈 現 為 狹 窄 長 形 的 強 回 波, 圖 47 為 2007 年 6 月 6 日 23 時 雷 達 回 波 圖, 顯 示 有 一 颮 線 在 臺 灣 西 北 方 海 面 組 織 發 展, 呈 線 狀 窄 帶 排 列 的 強 回 波 區, 快 速 移 入 臺 灣, 所 經 過 之 處 風 強 雨 驟 圖 47 2007 年 6 月 6 日 23 時 雷 達 回 波 圖, 顯 示 臺 灣 西 北 方 海 面 有 一 颮 線 形 成 圖 48 為 2012 年 11 月 26 日 11 時 的 雷 達 回 波 圖, 在 臺 灣 東 部 外 海 形 成 - 43 -
一 接 近 直 線 的 颮 線, 圖 49 則 為 同 時 間 的 立 體 雷 達 回 波 圖, 圖 中 尺 標 為 高 度, 單 位 為 千 呎 (Kft), 從 3 度 空 間 的 結 構 圖, 可 以 清 楚 看 到 颮 線 是 由 數 個 雷 雨 胞 呈 線 狀 排 列 組 合 而 成 圖 48 2012 年 11 月 26 日 11 時 雷 達 回 波 圖, 顯 示 臺 灣 東 部 外 海 之 颮 線 圖 49 3 度 空 間 雷 達 回 波 顯 示 颮 線 由 一 連 串 垂 直 發 展 的 雷 雨 胞 所 構 成 - 44 -
七 結 語 衛 星 與 雷 達, 雖 然 同 屬 於 遙 測 系 統, 但 是 兩 者 之 間, 因 為 觀 測 原 理 的 不 同 與 觀 測 限 制, 因 此 無 法 互 相 取 代 我 們 可 以 說, 衛 星 與 雷 達 對 於 天 氣 系 統 的 觀 測, 實 則 為 相 輔 相 成 的 關 係 衛 星 具 有 觀 測 數 千 公 里 以 外 天 氣 系 統 的 偵 測 能 力, 我 們 可 以 在 數 天 前 就 掌 握 影 響 臺 灣 的 各 種 天 氣 系 統 的 行 蹤 與 變 化 同 時, 衛 星 所 搭 載 的 各 種 感 應 偵 測 儀 器, 可 以 提 供 天 氣 系 統 內 部 結 構 的 重 要 資 訊, 但 是 衛 星 卻 無 法 提 供 較 為 詳 細 的 降 雨 訊 息 雷 達 觀 測 的 範 圍 則 遠 較 衛 星 為 小, 但 可 分 析 天 氣 系 統 內 部 的 3 度 空 間 的 風 雨 分 布 狀 況 ; 並 分 辨 及 追 蹤 天 氣 系 統 內 個 別 對 流 胞 或 雷 雨 胞 的 成 長 或 消 散 狀 況, 而 獲 得 更 為 精 確 的 降 雨 量 資 訊 衛 星 與 雷 達 資 料 每 天 不 間 斷 的 應 用 在 觀 測 天 氣 變 化, 已 經 超 過 60 年 以 上 的 歷 史 但 這 些 遙 測 資 料 在 日 常 生 活 中, 雖 然 近 在 各 位 的 眼 前, 卻 又 似 乎 有 著 無 比 遙 遠 的 距 離 ; 因 為, 她 的 艱 澀 難 懂 嗎? 所 以, 大 部 分 僅 止 於 氣 象 分 析 與 科 學 研 究 使 用 記 得 回 教 先 知 穆 罕 默 德 在 對 其 門 徒 講 道 時 曾 說 過 : 山, 不 就 我, 我 就 山! 現 在, 相 信 透 過 這 本 書, 我 們 把 這 座 遙 測 知 識 的 山, 更 貼 近 於 普 羅 大 眾, 她 不 再 是 那 麼 的 詰 屈 聱 牙! - 45 -
八 附 錄 衛 星 與 雷 達 影 像 差 異 釋 疑 氣 象 衛 星 與 雷 達 同 樣 為 天 氣 觀 測 的 重 要 工 具, 但 二 者 的 觀 測 方 式 與 觀 測 目 標 物 有 很 大 的 差 異, 雷 達 為 主 動 式 觀 測 儀 器, 亦 即 雷 達 發 射 電 磁 波 束, 波 束 遇 到 雲 層 內 的 雨 滴 會 將 波 束 反 射 回 來, 雷 達 回 波 的 強 度 與 水 滴 粒 子 的 大 小 形 狀 狀 態 以 及 集 中 率 有 關, 一 般 來 說, 反 射 回 來 的 訊 號 越 強, 降 雨 的 強 度 就 越 大, 由 於 雷 達 由 地 面 往 空 中 觀 測, 最 低 仰 角 為 0.5 度, 距 離 雷 達 愈 遠 的 回 波, 代 表 所 在 的 高 度 就 愈 高 氣 象 衛 星 為 被 動 式 觀 測 儀 器 由 高 空 往 下 觀 測 地 球, 依 據 觀 測 頻 道 與 特 性 差 異, 常 用 的 頻 道 有 可 見 光 頻 道 與 紅 外 線 頻 道, 若 觀 測 雲 層 反 射 太 陽 光 能 量 的 大 小, 是 為 可 見 光 雲 圖, 在 可 見 光 雲 圖 裡 雲 層 愈 厚 反 射 愈 強, 色 調 則 愈 白, 反 之, 雲 層 愈 薄 反 射 愈 弱, 色 調 愈 灰 暗, 地 球 因 為 自 轉 而 有 太 陽 自 東 邊 升 起 西 邊 落 下, 僅 白 天 有 可 見 光 雲 圖, 也 造 成 每 次 觀 測 的 亮 度 都 不 相 同 ; 紅 外 線 頻 道 則 偵 測 地 球 表 面 的 物 體 包 括 雲 雪 冰 陸 地 海 面 等 覆 蓋 物 吸 收 太 陽 能 量 後 轉 變 成 溫 度 形 式 放 射 出 來 的 輻 射 能, 亦 即 紅 外 線 雲 圖 觀 測 雲 頂 表 面 所 在 位 置 的 溫 度 與 高 度, 色 調 愈 白 表 示 溫 度 愈 低, 即 雲 頂 高 度 愈 高, 反 之, 色 調 愈 暗 表 示 溫 度 愈 高, 雲 頂 高 度 就 愈 低 因 為 紅 外 線 雲 圖 相 當 於 溫 度 的 分 布, 並 不 會 因 為 夜 間 而 無 資 料, 所 以 24 小 時 皆 可 不 間 斷 觀 測, 若 將 不 同 溫 度 區 間 以 不 同 的 灰 階 或 顏 色 取 代, 即 稱 為 色 調 強 化 雲 圖 由 於 衛 星 與 雷 達 兩 者 觀 測 方 式 及 特 性 的 差 異, 相 同 時 間 所 觀 測 的 雷 達 回 波 圖 與 衛 星 雲 圖 亦 可 能 有 很 大 的 差 異, 尤 其 是 在 冬 季, 由 於 雲 層 的 發 展 通 常 很 低, 沒 有 較 強 對 流 發 生, 而 近 地 層 也 經 常 為 霧 所 籠 罩 以 下 幾 個 個 案 為 103 年 1 月 ~2 月 臺 灣 及 附 近 地 區 雷 達 回 波 圖 與 衛 星 雲 圖 的 觀 測 差 異 所 做 的 分 析 釋 疑 一 雲 圖 顯 示 有 雲, 卻 無 雷 達 回 波 個 案 1 臺 灣 四 周 雲 量 很 多, 雷 達 卻 沒 有 回 波 顯 示 圖 1 為 103 年 1 月 26 日 1500L 的 衛 星 雲 圖 及 雷 達 回 波 圖, 衛 星 雲 圖 顯 示 臺 灣 四 周 雲 量 很 多, 雷 達 卻 沒 有 回 波 顯 示 由 1 月 26 日 14 時 的 地 面 天 氣 圖 ( 圖 2) 可 知 北 方 高 氣 壓 南 下, 高 壓 中 心 約 於 北 緯 35 度 附 近 移 出 海, 氣 流 行 - 46 -
經 海 面 到 達 臺 灣 之 前, 空 氣 性 質 已 轉 為 較 潮 濕 的 空 氣, 由 於 水 氣 含 量 多, 造 圖 1 103 年 1 月 26 日 1500 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 成 臺 灣 附 近 地 區 雲 量 較 多, 又 因 冬 季 地 表 加 熱 不 足, 並 無 明 顯 對 流, 故 雲 層 發 展 高 度 較 低, 在 紅 外 線 衛 星 雲 圖 上 可 見 較 密 色 調 較 灰 暗 且 雲 頂 較 平 滑 的 雲 層, 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 則 可 發 現 臺 灣 海 峽 北 部 臺 灣 北 部 到 東 部 海 面 上, 皆 呈 綠 色 亦 即 雲 層 略 高, 因 為 雲 層 較 密, 對 太 陽 光 的 反 射 率 較 強, 所 以 可 見 光 雲 圖 的 色 調 看 起 來 就 稍 微 亮 一 些 圖 2 103 年 1 月 26 日 1400 時 的 地 面 天 氣 圖 在 雷 達 回 波 圖 上 看 到 的 回 波 不 像 衛 星 雲 圖 一 樣 多, 這 是 由 於 雷 達 掃 描 之 最 低 仰 角 為 0.5 度, 離 雷 達 站 愈 遠, 雷 達 波 束 離 地 面 愈 高, 當 雲 層 頂 部 低 於 雷 達 波 束 的 高 度 時, 就 無 回 波 出 現, 此 即 為 臺 灣 海 峽 在 衛 星 雲 圖 上 有 雲 出 現, 卻 無 雷 達 回 波 出 現 的 原 因 ; 而 臺 灣 東 部 則 因 雲 層 發 展 略 高, 故 在 雷 達 回 波 圖 上 可 見 有 回 波 出 現 個 案 2 可 見 光 雲 圖 在 臺 灣 西 北 部 及 臺 灣 海 峽 雲 量 相 當 多, 卻 無 雷 達 回 波 圖 3 為 103 年 2 月 7 日 0900 時 的 衛 星 雲 圖 及 雷 達 回 波 圖 紅 外 線 雲 圖 圖 3 103 年 2 月 7 日 0900 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 - 47 -
顯 示 臺 灣 周 圍 為 灰 暗 的 色 調, 可 見 光 雲 圖 顯 示 臺 灣 西 側 北 側 及 東 側 海 面 上 雲 量 都 很 多, 由 紅 外 線 雲 圖 的 色 調 與 可 見 光 雲 圖 對 太 陽 的 反 照 強 度 可 判 斷 臺 灣 周 圍 應 為 高 度 較 低 的 低 雲 層, 但 是 雷 達 回 波 圖 卻 顯 示 臺 灣 周 圍 並 無 回 波 存 在, 表 示 雲 層 頂 的 高 度 低 於 雷 達 波 束 的 高 度, 故 無 回 波 出 現, 圖 4 為 103 年 2 月 7 日 0800 時 的 天 氣 圖, 顯 示 高 氣 壓 由 大 陸 東 北 地 區 向 東 移, 臺 灣 東 北 方 海 面 為 一 新 生 成 的 臺 灣 低 壓, 臺 灣 地 區 主 要 受 鋒 後 即 高 壓 前 緣 東 北 風 帶 來 較 朝 濕 空 氣 影 響, 造 成 臺 灣 附 近 雲 量 多 圖 4 103 年 2 月 7 日 0800 時 的 地 面 天 氣 圖 個 案 3 臺 灣 海 峽 雲 量 相 當 多, 卻 無 雷 達 回 波 顯 示 圖 5 為 103 年 2 月 10 日 1400 時 的 衛 星 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖, 圖 6 為 同 時 間 的 地 面 天 氣 圖 地 面 天 氣 圖 顯 示 高 氣 壓 位 置 偏 高, 東 北 風 帶 來 潮 濕 氣 流, 圖 5 103 年 2 月 10 日 1400 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 所 以 衛 星 雲 圖 上 顯 示 臺 灣 周 圍 低 雲 層 的 雲 量 非 常 多, 由 於 雲 層 結 構 相 當 厚 實, 對 太 陽 光 的 反 射 率 較 大, 故 可 見 光 雲 圖 的 色 調 看 起 來 較 亮, 雷 達 回 波 圖 顯 示 臺 灣 海 峽 並 沒 有 回 波, 但 臺 灣 南 北 兩 端 以 及 東 部 海 面 上 都 有 明 顯 的 回 波, 雲 層 高 度 雖 低, 因 為 距 離 雷 達 站 不 遠, 雲 層 頂 的 高 度 達 到 雷 達 波 束 的 高 度, 所 以 顯 示 有 雷 達 回 波 圖 6 103 年 2 月 10 日 1400 時 的 地 面 天 氣 圖 個 案 1 到 個 案 3( 圖 1 圖 3 圖 5 ) 的 紅 外 線 及 可 見 光 雲 圖, 都 顯 示 臺 灣 - 48 -
周 圍 有 雲 層 存 在, 且 雲 層 頂 的 高 度 相 當 低, 由 於 雷 達 掃 描 之 最 低 仰 角 為 0.5 度, 故 離 雷 達 站 愈 遠, 雷 達 波 束 離 地 面 就 愈 高, 當 雲 層 頂 部 低 於 雷 達 波 束 的 高 度 時, 就 無 回 波 出 現, 故 上 述 個 案 中 衛 星 雲 圖 有 雲, 而 無 雷 達 回 波 即 此 之 故 ; 當 雲 層 頂 發 展 較 高, 又 達 雷 達 觀 測 波 束 的 高 度 以 上, 在 雷 達 回 波 圖 上 即 可 見 有 回 波 出 現 個 案 4 紅 外 線 雲 圖 顯 示 無 雲, 雷 達 亦 無 回 波 出 現, 但 可 見 光 雲 圖 卻 顯 示 有 雲 圖 7 為 103 年 1 月 31 日 1300 時 的 衛 星 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖, 圖 8 為 103 圖 7 103 年 1 月 31 日 1300 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 年 1 月 31 日 0800 時 的 地 面 天 氣 圖 地 面 天 氣 圖 顯 示 高 氣 壓 中 心 已 經 移 到 朝 鮮 半 島, 臺 灣 天 氣 受 高 壓 迴 流 的 影 響, 紅 外 線 雲 圖 顯 示 臺 灣 附 近 為 無 雲 狀 況, 但 可 見 光 雲 圖 上 顯 示 在 臺 灣 海 峽 北 部 有 白 色 雲 區, 外 觀 呈 平 滑 濃 稠 狀, 此 即 為 霧 區 在 雲 圖 上 的 特 徵, 近 地 層 水 氣 遇 冷 凝 結, 即 形 成 霧, 因 而 當 霧 區 頂 部 高 度 低 於 雷 達 波 束 之 高 度 時, 雷 達 回 波 圖 即 顯 示 為 晴 空 無 回 波 由 於 霧 區 高 度 很 低 其 溫 度 接 近 海 面 或 地 面 溫 度, 使 衛 星 熱 感 應 之 紅 外 線 頻 道 不 易 分 辨 霧 區 或 海 面, 導 致 紅 外 線 雲 圖 顯 示 為 無 雲 狀 態, 而 反 射 太 陽 光 之 可 見 光 頻 道 則 明 顯 顯 示 霧 區 之 存 在 圖 8 103 年 1 月 31 日 0800 時 的 地 面 天 氣 圖 個 案 5 紅 外 線 雲 圖 顯 示 臺 灣 海 峽 南 部 有 雲, 卻 無 雷 達 回 波 - 49 -
圖 9 為 103 年 2 月 12 日 2300 時 的 衛 星 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖, 此 為 夜 間 的 個 案, 故 只 圖 9 有 紅 外 線 雲 圖 而 沒 有 可 見 光 雲 圖, 圖 10 為 103 年 2 月 13 日 0200 時 的 地 面 天 氣 圖 由 於 天 氣 圖 顯 示 高 氣 壓 中 心 約 位 於 東 經 113 度, 北 緯 36 度, 位 置 偏 高 緯 度, 所 引 進 的 冷 空 氣 即 會 伴 隨 有 足 夠 的 水 氣, 故 紅 外 線 衛 星 雲 圖 顯 示 臺 灣 及 附 近 地 區 的 雲 量 相 當 多, 色 調 強 化 雲 圖 顯 示 雲 層 皆 為 發 展 不 高 的 低 層 雲, 但 因 雲 頂 色 調 呈 現 不 同 亮 度 的 綠 色, 顯 示 雲 頂 高 度 有 高 低 之 差 異, 臺 灣 北 方 海 面 的 雲 層 發 展 即 明 顯 地 較 其 他 地 區 為 高 為 密 臺 灣 東 北 部 北 部 近 海 由 於 雲 層 發 展 較 高, 且 達 到 雷 達 觀 測 可 掃 描 之 高 度, 故 雷 達 回 波 圖 有 明 顯 的 回 波 顯 示 ; 澎 湖 東 北 方 之 低 雲 因 距 離 雷 達 較 近, 雲 頂 亦 高 於 雷 達 最 低 高 度 的 波 束, 故 也 有 雷 達 回 波 顯 示 ; 而 臺 灣 海 峽 南 部 之 低 層 雲 則 因 雲 層 發 展 較 低 且 距 離 雷 達 站 較 遠, 雷 達 觀 測 掃 描 最 低 仰 角 所 觀 測 到 的 高 度 已 高 於 雲 頂, 故 無 回 波 顯 示 103 年 2 月 12 日 2300 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 圖 10 103 年 2 月 13 日 0200 時 的 地 面 天 氣 圖 個 案 6 衛 星 雲 圖 顯 示 有 雲, 雷 達 回 波 則 顯 示 部 分 地 區 有 回 波, 部 分 地 區 則 無 回 波 圖 11 為 103 年 2 月 20 日 1400 時 的 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖, 圖 12 為 103 年 圖 11 103 年 2 月 20 日 1400 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 - 50 -
2 月 20 日 1400 時 的 地 面 天 氣 圖 由 地 面 天 氣 圖 得 知, 高 氣 壓 中 心 位 於 山 東 半 島, 位 置 偏 高 緯 度, 東 北 氣 流 仍 帶 來 較 潮 濕 的 冷 空 氣, 衛 星 雲 圖 顯 示 臺 灣 由 北 部 東 部 到 巴 士 海 峽 都 有 雲 層, 色 調 強 化 雲 圖 顯 示 這 些 雲 層 都 是 近 地 層 的 雲, 雲 頂 高 度 非 常 低, 低 於 雷 達 觀 測 波 束 的 高 度, 故 在 雷 達 回 波 圖 上 是 沒 有 回 波 的, 但 是 雷 達 回 波 圖 顯 示 在 臺 灣 東 北 角 海 面 出 現 扇 形 且 非 常 規 則 的 回 波, 這 是 由 於 雷 達 觀 測 波 束 的 旁 波 觸 及 海 面, 為 浪 花 反 射 所 形 成 的 訊 號, 稱 為 海 面 回 波, 並 非 降 雨 所 造 成 的 回 波 二 有 雷 達 回 波, 但 衛 星 雲 圖 無 雲 圖 12 103 年 2 月 20 日 1400 時 的 地 面 天 氣 圖 個 案 7 衛 星 雲 圖 顯 示 恆 春 半 島 周 圍 無 雲, 但 卻 顯 示 有 雷 達 回 波 圖 13 為 103 年 2 月 25 日 1100 時 的 衛 星 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖, 圖 14 為 103 年 2 月 25 日 1100 時 的 地 面 天 氣 圖 由 地 面 天 氣 圖 得 知, 鋒 面 系 統 由 東 海 海 圖 13 103 年 2 月 25 日 1100 時 的 彩 色 雲 圖 紅 外 線 雲 圖 紅 外 線 色 調 強 化 雲 圖 可 見 光 光 雲 圖 與 雷 達 回 波 圖 面 經 浙 江 向 西 南 延 伸 到 廣 西 省 一 帶, 所 伴 隨 的 雲 帶 位 於 臺 灣 北 部 海 面 上, 臺 灣 則 位 於 鋒 面 前 方 較 穩 定 區 域, 衛 星 雲 圖 顯 示 臺 灣 本 島 幾 乎 無 雲, 周 圍 雲 量 也 少, 僅 東 部 沿 岸 有 些 許 低 雲, 由 於 鋒 前 為 西 南 風 提 供 較 暖 空 氣, 在 可 見 光 雲 圖 上 也 可 發 現 臺 灣 海 峽 有 一 霧 區 存 在, 其 雲 頂 較 平 滑, 而 由 雷 達 回 波 圖 可 看 到 東 部 海 面 有 少 許 回 波, 臺 灣 海 峽 則 是 無 回 波, 但 是 恆 春 半 島 圖 14 103 年 2 月 25 日 1100 時 的 地 面 天 氣 圖 - 51 -
周 圍 在 衛 星 雲 圖 看 來 是 無 雲 的, 卻 有 淺 藍 色 雷 達 回 波 出 現, 這 是 因 為 雷 達 觀 測 波 束 的 旁 波 觸 及 海 面, 為 海 面 浪 花 反 射 所 形 成 強 度 較 弱 的 海 面 回 波, 並 非 降 雨 所 造 成 - 52 -