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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳承翰
論文名稱:亞洲沙塵暴之模擬
指導教授:林能暉林能暉引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:大氣物理研究所
學門:自然科學學門
學類:大氣科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:200
中文關鍵詞:沙塵暴氣流軌跡氣象場解析度
相關次數:
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摘 要
本研究旨在應用大氣傳送模式模擬沙塵在大氣中的傳送行為與分布情形,進而了解沙塵暴對台灣空氣品質之影響程度。在2000年至2001年之沙塵暴個案期間,經由地面天氣圖分析結果可知高低壓間的強風速帶移入中國西北或華北之沙漠區是造成沙塵暴現象產生的原因之一,由500 hPa天氣圖分析結果可發現斜壓的情形會使得沙源風速更強,溼度更低,進而發生揚塵或沙塵暴之天氣現象。在影響台灣的個案中沙塵主要受到高壓牽引的影響而往東南方之下游處移動,從沙塵暴產生到影響台灣的時間在36 — 96小時之內,端視天氣系統移動速度而定。
經由氣流軌跡後推結果可發現個案期間之氣流皆來自於中國西北或華北一帶,顯示台灣空氣品質惡化主因在於沙塵暴的影響。經由大氣傳送模式模擬沙塵暴傳送過程之結果發現沙塵行進方向受高壓行進路線影響而先往東南方移動,當移出中國時會受日本附近之低壓牽引而漸漸往東北方向移動。
本研究中存在幾點不確定性而使得模式無法完全掌握真實之觀測結果,即氣象場解析度、沙塵源區之土壤成份以及大氣中之沙塵與氣膠的交互作用,未來可加強在沙塵暴生成之機制研究及觀測數據之取得上,或可與國際研究人員加強連繫合作,以獲得充足之沙塵暴資訊,咸信對於模擬結果有相當大之助益。
目 錄
摘要…………………………………………………………………… i
致謝…………………………………………………………………….. iii
目錄…………………………………………………………………….. iv
表說明…………………………………………………………………...vi
圖說明…………………………………………………………………..vii
第一章 前言1
1.1 研究緣起1
1.2 相關研究回顧2
a. 沙塵暴之定義2
b. 沙塵暴天氣成因分析5
c. 亞洲沙塵暴發生頻率之統計7
e. 沙塵暴之生命史10
e. 沙塵暴對台灣之影響11
f. 沙塵暴對人類及生態影響13
1.3 研究目的14
第二章 研究方法15
2.1 台灣空氣品質資料15
2.2 大氣傳送模式簡介16
2.3 氣象資料17
2.4 沙塵起沙之程序17
a. 沙塵排放量之計算17
b. 黃沙物理參數設定22
c. 沙塵排放之程序23
2.5 模擬值與觀測值之比較基準23
第三章 沙塵暴之綜觀天氣形態24
3.1 沙塵暴個案分析24
第四章 沙塵暴傳送之模擬35
4.1 沙塵暴模擬結果35
a. 氣流軌跡計算35
b. 起沙模組測試36
c. 沙塵長程傳送過程39
d. 影響台灣之沙塵暴演化40
e. 沙塵之垂直分布41
f. 衛星觀測與模擬之比較42
4.2 其他個案之模擬44
a. 2000/3/21-2644
b. 2000/3/25-4/146
c. 2000/5/11 - 1547
4.3 不確定性評估49
第五章 結論與展望51
參考文獻53
附錄A
表說明
表1.1 中國西北地區沙塵暴天氣強度劃分標準 (徐,1997) 。65
表1.2 1952 - 1995年中國發生沙塵暴之個案。65
表2.1 本研究使用之空氣品質監測站分布位置及座標一覽表。67
表2.2 近年來各研究之沙塵排放量估算方法。67
表2.3 中國最常發生沙塵暴之沙漠區。68
表2.4 黃沙之沙塵粒徑分類及所佔百分比。69
表2.5 本研究使用之沙塵排放程序進行方式。69
表2.6 地面測站觀測之代表內容。70
表2.7 六個台灣空氣品質監測站分布位置及座標一覽表。70
表3.1 根據FGGE資料統計2000-2001年間大陸沙塵暴系統個案。下游影響範圍僅列出有沙塵報告之地區(不含霾報告)、「強沙塵暴」個案於備註欄加註*號,「特強沙塵暴」加註**號。71
表3.2 2000年 - 2001年大陸沙塵暴影響台灣之個案。73
表3.3 個案之天氣形態描述。74
表4.1 萬里站之觀測與三種排放方式之平均值與標準偏差之比較。75
圖說明
圖1.1 中國沙塵暴發生頻率。77
圖2.1 研究進行之流程圖。77
圖2.2 本研究使用之空氣品質監測站分布圖。78
圖2.3 MM5模擬之氣象場範圍,外框為第一層模式範圍,內框為第二層模式範圍。79
圖2.4 經客觀分析後之中國沙塵排放源區及其強度分布圖(單位:kg m-2 hr-1)。79
圖2.5 不同起沙方式之摩擦速度與沙塵排放量之關係。80
圖2.6 中國蘭州沙漠研究所之風洞實驗(胡與屈,1996),風速與起沙量之關係。80
圖2.7 起沙之程序。81
圖3.1 2000年3月22日東亞地面天氣圖。82
圖3.2 2000年3月22日東亞500 hPa天氣圖。82
圖3.3 2000年3月23日東亞地面天氣圖。83
圖3.4 2000年3月23日東亞500 hPa天氣圖。83
圖3.5 個案1之濃度時序圖。84
圖3.6 2000年3月26日東亞地面天氣圖。85
圖3.7 2000年3月26日500 hPa高空天氣圖。85
圖3.8 2000年3月27日東亞地面天氣圖。86
圖3.9 2000年3月27日500 hPa高空天氣圖。86
圖3.10 2000年3月28日東亞地面天氣圖。87
圖3.11 2000年3月28日500 hPa高空天氣圖。87
圖3.12 個案2之濃度時序圖。88
圖3.13 2000年4月24日東亞地面天氣圖。89
圖3.14 2000年4月24日東亞500 hPa天氣圖。89
圖3.15 個案3之濃度時序圖。90
圖3.16 2000年5月11日東亞地面天氣圖。91
圖3.17 2000年5月11日東亞500 hPa天氣圖。91
圖3.18 個案4 之濃度時序圖。92
圖3.19 2001年1月11日東亞地面天氣圖。93
圖3.20 2001年1月11日東亞500 hPa天氣圖93
圖3.21 個案5之濃度時序圖。94
圖3.22 2001年1月30日東亞地面天氣圖。95
圖3.23 2001年1月30日東亞500 hPa天氣圖。95
圖3.24 個案6之濃度時序圖。96
圖3.25 2000年2月13日東亞地面天氣圖。97
圖3.26 2000年2月13日東亞500 hPa天氣圖。97
圖3.27 個案7之濃度時序圖。98
圖3.28 2001年2月21日東亞地面天氣圖。99
圖3.29 2001年2月21日東亞500 hPa天氣圖。99
圖3.30 個案8之濃度時序圖。100
圖3.31 2001年2月28日東亞地面天氣圖。101
圖3.32 2001年2月28日東亞500 hPa天氣圖。101
圖3.33 2001年3月2日東亞地面天氣圖。102
圖3.34 2001年3月2日東亞500 hPa天氣圖。102
圖3.35 2001年3月3日東亞地面天氣圖。103
圖3.36 2001年3月3日東亞500 hPa天氣圖。103
圖3.37 2001年3月3日東亞地面天氣圖。104
圖3.38 2001年3月3日東亞500 hPa天氣圖。104
圖3.39 個案9之濃度時序圖。105
圖3.40 2001年4月7日東亞地面天氣圖。106
圖3.41 2001年4月7日東亞500 hPa天氣圖。106
圖3.42 2001年4月8日東亞地面天氣圖。107
圖3.43 2001年4月8日東亞500 hPa天氣圖。107
圖4.1 個案3氣流軌跡後推五日圖。108
圖4.2 台灣六個空品測站之PM10值與三種沙塵排放方式模擬值比較。109
圖4.3 三種沙塵排放方式上圖為方法一,中圖為方法二,下圖為方法三之模擬與觀測比較,實線為線性迴歸線。110
圖4.4 模式模擬之北京(上圖)、上海(中圖)及萬里(下圖)之PM10值。111
圖4.5 2000年 4/24 日(上圖) 及4/25日(下圖) 之沙塵排放量 (單位為 kg m-2hr-1), 陰影方塊區域為地面電碼之觀測。112
圖4.6 續,上圖為25日00 UTC,下圖為25日06 UTC。114
圖4.6 續,上圖為25日09 UTC,下圖為25日12 UTC。115
圖4.6 續,上圖為25日15 UTC,下圖為25日18 UTC。116
圖4.6 續,上圖為25日21 UTC,下圖為26日00 UTC。117
圖4.6 續,上圖為26日03 UTC,下圖為26日06 UTC。118
圖4.6 續,上圖為26日12 UTC,下圖為26日15 UTC。119
圖4.6 續,上圖為26日18 UTC,下圖為26日21 UTC。120
圖4.6 續,上圖為27日00 UTC,下圖為27日03 UTC。121
圖4.6 續,上圖為27日06 UTC,下圖為27日09 UTC。122
圖4.6 續,上圖為27日12 UTC,下圖為27日15 UTC。123
圖4.6 續,上圖為27日18 UTC,下圖為27日21 UTC。124
圖4.6 續,上圖為27日21 UTC,下圖為28日00 UTC。125
圖4.6 續,上圖為28日03 UTC,下圖為28日06 UTC。126
圖4.6 續,上圖為28日09 UTC,下圖為28日12 UTC。127
圖4.6 續,上圖為28日15 UTC,下圖為28日18 UTC。128
圖4.6 續,上圖為28日21 UTC,下圖為29日00 UTC。129
圖4.7 西北-東南向之氣流剖面。130
圖4.8 承圖4.7,西北東南剖面之氣流線圖,為4/24日12 UTC。131
圖4.8 續,為4/25日06 UTC。132
圖4.8 續,為4/25日18 UTC。133
圖4.9 續,為2000/4/27 06 UTC。135
圖4.9 續,為2000/4/27 12 UTC。136
圖4.9 續,為2000/4/27 18 UTC。137
圖4.9 續,為2000/4/28 00 UTC。138
圖4.9 續,為2000/4/28 06 UTC。139
圖4.10 2000/4/24個案之逐日垂直高度剖面圖。140
圖4.11 2000/4/24個案之逐日垂直高度剖面圖。141
圖4.12 模式模擬與TOMS衛星之Aerosol Index 及地面觀測塵相之比較,上圖為4/24 日,下圖為4/25日。142
圖4.12 續,上圖為4/26 日,下圖為4/27日。143
圖4.12 續,為4/28 日。144
圖4.13 個案1氣流軌跡後推五日圖。145
圖4.14 2000年3/21(上圖)及3/22日(下圖)之沙塵排放量值(單位為 kg m-2hr-1)。146
圖4.15 模擬之PM10濃度,上圖為21/06 UTC,下圖為22/06 UTC。147
圖4.15 續,為23/06 UTC及24/06 UTC。148
圖4.15 續,為25/06 UTC。149
圖4.16 2000/3/21 —26個案模擬與觀測PM10之時序比較。150
圖4.17 個案2氣流軌跡後推五日圖。151
圖4.18 2000/3/25 00 UTC及3/26 00 UTC之地面沙塵排放量。(單位為 kg m-2hr-1)。152
圖4.18 續,為3/27日00 UTC。153
圖4.19 模擬之PM10濃度分布及地面觀測,上圖27/06 UTC,下圖為28/06 UTC。154
圖4.19 續,29/06 UTC及30/06 UTC。155
圖4.20 2000/3/25 —4/1個案模擬與觀測PM10之時序比較。157
圖4.21 個案4氣流軌跡後推五日圖。158
圖4.22 2000/5/10 00 UTC及5/11 00 UTC之地面沙塵排放量。(單位為 kg m-2hr-1)。159
圖4.23 模擬之PM10濃度分布及地面觀測,上圖11 / 21 UTC,下圖為12 / 21 UTC。160
圖4.23 續。為15 / 21 UTC。162
圖4.24 2000/5/11 —15個案模擬與觀測PM10之時序比較。163
圖4.25 模擬沙塵暴所需充分得到之主要資訊 (摘自Sokolik et al., 2001)。164
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