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計畫&論文

土地利用型態對地表能量收支與海陸風模擬的影響

許郁卿


摘要

        WRF (Weather Research and Forecasting) 模式所使用的地表資料為USGS (U.S. Geological Survey) 土地利用型態,此資料是由西元1992 年至1993 年之間AVHRR 遙測資料所得,近幾十年來台灣的都市發展快速,土地利用型態已經和20 年前大不相同,因此USGS 資料是否能反映出真實台灣土地利用情形是值得討論的議題。WRF 更新到3.1 版後,地表資料選項多了MODIS 土地利用型態,該資料是從2001 年MODIS 酬載設備遙測反演所得,這兩種資料都無法正確的描述台灣土地利用的現況。為了解決這個問題,本研究利用2007 年SPOT 衛星影像,重新建構一組新的台灣土地利用型態分類資料,並以NCU 資料稱之。由於不同的土地利用型態會影響地表和大氣間能量交換,進而影響氣象模式模擬結果。本研究將利用上述三種土地利用資料進行模擬分析與比較,並討論土地利用資料的改變對地表能量收支與局部環流模擬產生的影響。
        在綜觀影響較不顯著的天氣形態下,不同地表資料對氣象場模擬影響顯著。由於MODIS 分類為都市的區域最廣,造成模擬溫度較高,有較多的能量是以可感熱通量呈現。在海溫變化不大的情況下,白天MODIS 模擬的海陸溫差最大。夜間輻射冷卻,使地表溫度低於海洋溫度,MODIS 模擬的地表溫度是三者最高,因此夜晚海陸溫差最小。USGS 土地利用型態以灌溉地為主,模擬結果和MODIS相反, NCU 則是介於兩者之間。灌溉地設定的粗糙長度短,使用USGS 資料的風速模擬結果較強。MODIS 和NCU 都會區和森林分佈較多,粗糙長度設定較長,風速模擬較小。但在沿岸因為MODIS、NCU 兩組模擬的白天海陸溫差大,因此模擬的海風風速較強。比對模擬結果,可發現都市地區,三者的溫度、風速模擬結果差異明顯,在非都市區的溫度和風速差別較小,可見模式中正確的都市分布以及範圍對於模式的重要性。分類的差異也讓能量收支略有不同,都市區因植被阻抗較高、葉面積指數小,不利於蒸發散,因此潛熱通量較小,能量主要以可感熱通量呈現。MODIS 在台灣西半部的都市分布較廣,潛熱通量小,可感熱通量大;USGS 以灌溉地分佈為主,都市範圍最少,因此潛熱通量大,可 感熱通量小;NCU 介於兩者之間。整體而言,使用USGS 土地利用型態的BowenRatio 是三者當中最小的,顯示土讓的狀況較為潮濕。使用MODIS 土地利用利用型態的Bowen Ratio 是三者當中最大的,土壤的溼度較為乾燥。
        利用中央氣象局測站的觀測資料來進行模擬結果之驗證分析,顯示使用MODIS 資料模擬的溫度過高,使用NCU 和USGS 的模擬結果較接近觀測值。三種模擬風速都有高估的情況,其中使用USGS 資料高估最嚴重,使用NCU、MODIS 資料的模擬結果和觀測最相近。綜合而言,使用NCU 數據的模擬能改善MODIS 高估溫度的缺點,以及USGS 高估風速的問題,但這只是單一個案討論,未來必頇進行更多個案統計比較,才能夠更進一步了解這三種台灣土地利用型態資料的特性以及對模擬結果的影響。

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