臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要目的為修改高斯煙流軌跡模式　(Gaussian Trajectory transfer-coefficient model, GTx)，將原本解析度較低之土地利用型態輸入檔(0.05度解析度)，替換為蔡徵霖博士整理之土地利用型態資料(1公里解析度)加入模式計算模組，冀望利用較真實且高解析度之土地利用型態對各種地貌的特性，使微氣象的模擬改善；並使用此資料計算出更準確之地表動量粗糙度z0m(Aerodynamic roughness)，其計算方法為將網格點中各種土地利用百分比，乘上相對應的地表動量粗糙度係數(如城市為2.1、森林為0.55等)，其中城市之地表動量粗糙度係數為經由觀測推估而來。經由上述修改，改善高斯煙流軌跡模式對氣象場之模擬，進而探討土地利用型態對污染物濃度模擬之影響。
在高斯煙流軌跡模式中模擬污染物的部分，過去往往會低估城市中污染物的乾沉降速率，本研究加入了暴露面積比的參數，以此加強污染物之沉降速度，探討污染物濃度的變化並與觀測值比較。
結果顯示高斯煙流軌跡模式加入新版土地利用型態資料後，模擬2016年整年，溫度部分在全台配對值偏差(MBE)由-1.60°C降為-1.11°C、配對值絕對值偏差(MAGE)由2.18°C降為1.87°C，說明修改後之GTx模式在微氣象之模擬更接近實際情形；細懸浮微粒(PM2.5)部分，相關係數(R)由0.48提升至0.50，配對值之分數偏差(MFB)由17.06%降低至13.48%，配對值分數誤差(MFE)由40.88%降低至39.55%，顯示修改後之GTx模式對於細懸浮微粒(PM2.5)之模擬更接近實際情形。

The main purpose of this study is to modify the Gaussian Trajectory transfer-modulus model (GTx), and replace the old Landuse data (0.05 degree resolution,lower) with the new Landuse data made by Dr. Tsai (1 km resolution,higher) to join the model calculation module. hoping to use a more realistic and high-resolution Landuse data, so that the simulation of micro-meteorology more accurate; And use this data to calculate the new z0m (Aerodynamic roughness), the calculation method is to grid points in a variety of land use percentage, multiplied by the corresponding surface momentum roughness coefficient (such as the city 2.1, forest 0.55, etc.). Through the above modification, it is explored whether the simulation of micrometeorology is improved.
In the Gaussian Trajectory transfer-modulus model (GTx), the dry deposition velocity of pollutants in the city is often underestimated. In this study, the parameters of the exposure area ratio are added to enhance the dry deposition velocity of pollutants,and then explore the change of pollutant concentration.
The results show that the simulations of temperature MBE and MAGE both decrease after adding the new Landuse data, indicating that the modified GTx model is closer to the actual situation in the simulation of micrometeorology; the simulations of PM2.5 correlation coefficient (R) is increased from 0.48 to 0.50,both of MFB and MFE are decreasing,showing the modified GTx model for PM2.5 is closer to the actual situation.

第一章　研究緣起與目的 1
1.1、研究緣起 1
1.2、研究目的 1
第二章　文獻回顧 3
2.1 土地利用型態 3
2.2、風場軌跡模式原理 5
2.2.1、軌跡線求法 5
2.3、高斯軌跡傳遞係數模式(GTx) 10
2.3.1、軌跡分布 10
2.3.2、混合層高及穩定度 11
2.3.3、近地表之能量及溫度剖面計算 13
2.3.4、污染物濃度初始值與邊界值 19
2.3.5、污染源之傳遞係數與煙流擴散 19
2.3.6、乾沉降及濕沉降之估算 22
第三章　研究方法 24
3.1、模式執行流程 24
3.2、土地利用型態 27
3.2.1、MPI (Max Planck Institute for Meteorology)土地利用型態 28
3.2.2、CTCI改土地利用型態 30
3.3、地表動量粗糙度(z0m) 33
3.4空氣品質模式模擬結果性能評估 35
第四章　結果與討論 38
4.1、微氣象案例討論 39
4.1.1、台南北門井仔腳鹽田 39
4.2、氣溫之模擬 43
4.2.1、2016年全年之氣溫空間分布 43
4.2.2、2016年全年之氣溫時間序列圖 44
4.2.3、2016年全年氣溫之空品模式性能評估 53
4.3、細懸浮微粒(PM2.5)之模擬 54
4.3.1、2016年全年之PM2.5空間分布 54
4.3.2、2016年全年之PM2.5時間序列圖 54
4.3.3、2016年全年PM2.5之空品模式性能評估結果 59
第五章　結論與建議 60
5.1、結論 60
5.2、建議 61
參考文獻 62

Brutsaert, W., 1982, Evaporation into the Atmosphere: Theory, History, and Applications. D Reidel Pubilishing Company, Dordrecht/Boston/Lancaster.
Chen, C. L., Tsuang, B. J., Pan, R. C., Tu, C. Y., Liu, J. H., Huang, P. L., Bai, H. L., Cheng, M. T., 2002. Quantification on the source/receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols from ground sources-Part II. Model description and case study. Atmospheric Environment 36(3), 421-434.
Deutsches Klimarechenzentrum (DKRZ), 1994. The ECHAM3 Atmospheric General Circulation Model. Tech. Report No.6, Dtsch. Klimarechenzent (Germany Climate Computing Center), Hamburg, Germany.
Garratt, J. R., 1992, The atmospheric boundary layer. Cambridge University Press, New York, U.S.A.
Hagemann, S., M. Botzet, Enil, L. D., Machenhauer, B., 1999. Derivation of global GCM boundary conditions from 1 km land use satellite data. MPI Report No. 289, Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg.
Hertel, O., Christensen, J., Runge, E. H., Asman, W. A. H., Berkowicz, R. and Hovmand, M. F., 1995. Development and Testing of a New Variable Scale Air Pollution Model-ACDEP. Atmospheric Environment 29, 1267-1290.
Holtan, H. N., Stiltner, G. J., Henson, W. H., Lopez, N. C., 1975. USDAHL-74 revised model of watershed hydrology: A United States Contribution to the International Hydrological Decade. Agricultural Research Service Technical Bulletin No.1518, U.S. Department of Agriculture, Washington, D. C.
Holzworth, G.C., 1972. Mixing heights, wind speeds and potential for urban air pollution through contiguous United States. AP-101, U.S. EPA, Raleigh, NC.
Liang, L. S., Chen, K. S., Chu, C. R., 2004. Monitoring of Vegetation Coverage of Taiwan Island Using SPOT Imagery Data. Geoscience and Remote Sensing Symposium. Vol.5, 3424-3427.
Pasquill, F., 1961. The estimation of the dispersion of windborne material, Meteorological Magazine 90, 33-49.
Press, W. H., Teukolsky, S.A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P., 1992. Numerical recipes in C : The Art of Scientific Computing – 2nd ed. Cambridge University Press, New York, U.S.A.
Scott, B. C., 1982. Theoretical estimates of the scavenging coefficient for soluble aerosol particles as a function of precipitation type, rate and altitude. Atmospehric Environment 16, 1753-1762.
Seinfeld, J. H., 1986. Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution. John Wiley & Sons, Inc., New York, U.S.A.
Seinfeld, J. H., S. N., Pandis, 1998. Atmospheric chemistry and physics. John Wiley & Sons, Inc., New York, U.S.A.
Sellers, P. J., Mintz, Y., Sud, Y. C., Dalcher, A., 1986. A simple biosphere model (SiB) for use within general circulation models. Journal of the Atmospheric Sciences 43(6), 505-531.
Sun, N. Z.,1994. Inverse Problems in Groundwater Modeling. Kluwer Academic Publishers, Netherlands.
Tsai, J. L., Tsuang, B. J., Lu, P. S., Yao, M. H., Shen, Y., 2007. Surface Energy Components and Land Characteristics of a Rice Paddy. Journal of Applied Meteorology and Climatology 46, 1879–1900.
Tsuang, B, J., Tu, C. Y., 2001. Model structure and land parameter identification: An inverse problem approach. Journal of Geophysical Research 107, 4096-4108.
Tsuang, B. J., 2003. A Gaussian plume trajectory model to quantify the source/receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols: Part I. Theory. Atmospheric Environment 37 (28), 3981-3991.
Tsuang, B. J., 2003. Analytical asymptotic solutions to determine interactions between the planetary boundary layer and the Earth‘s surface. Journal of Geophysical Research 108(D16).
Tsuang, B. J., 2003. Quantification on the source/receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols by a Gaussian plume trajectory model: Part I—theory. Atmospheric Environment 37, 3981-3991.
Tsuang, B. J., Chao, C. P., 1999. Application of circuit model for Taipei City PM10 simulation. Atmospheric Environment 33, 1789-1801.
Tsuang, B. J., Chao, J. P., 1997. Development of a circuit model to describe the advection-diffusion equation for air pollution. Atmospheric Environment 31, 639-657.
Tsuang, B. J., Chen, C. L., Pan, R. C., Liu, J. H., 2002. Quantification on source/receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols from ground sources - Part I. Theory. Atmospheric Environment 36 (3), 411-419.
Tsuang, B. J., Chen, C. L., Tu, C. Y., 2000. Vertical profiles of air pollutants measured from sampling bags by tethered balloon in Central Taiwan. Proceedings of the Australia-Taiwan joint symposium on environment modelling and management, 7-13.
Tsuang, B. J., Lee, C. T., Cheng, M. T., Lin, Y. C., Lin, N. H., Chen, C. L., Kuo, P. H., 2003. A Gaussian plume trajectory model to quantify the source/receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols: Part III. Asian dust-storm periods. Atmospheric Environment 37 (28), 4007-4017.
Tsuang, B. J., Wang, J. L., Chang, W. L. F., Cheng, M. T., Lin, M. D., 2002. Production, monitoring and simulation of VOC, O3 and aerosol over central Taiwan – Central Taiwan Air Quality Management Plan (CTAMP): Scientific Assessment,永續發展科技與政策研討會，台北市，行政院國家科學委員會永續發展推動委員會，27，297-344.
Tsuang, B. J.,Tu, C. Y., Tsai, J. L., Dracup, J. A., Arpe, K., Meyers, T., 2009. A more accurate scheme for calculating Earth’s skin temperature. Climate Dynamics, Vol.32, November 2-3,251-272.
Wesly, M. L., Hicks, B. B., 2000. A review of the current status of knowledge on dry deposition. Atmospheric Environment 34, 2261-2282.
Leiming Zhang, Sunling Gong,Jacob Padro, Len Barrie,2001. A size-segregated particle dry deposition scheme for an atmospheric aerosol module. Atmospheric Environment 35 (2001) 549-560
Leifu Chen, Shaolin Peng , Jingang Liu, Qianqian Hou,2011. Dry deposition velocity of total suspended particles and meteorological influence in four locations in Guangzhou, China. Environmental Sciences 2012, 24(4) 632–639
Xiao, X., He, L., Salas, W., Li, C., Moore III, B., Zhao, R., S. Frolking , S. Boles, 2002. Quantitative relationships between field-measured leaf area index and vegetation index derived from VEGETATION images for paddy rice fields. International Journal of Remote Sensing, 23:18, 3595-3604.
Jeng-Lin Tsai, Ben-Jei Tsuang, 2005. Aerodynamic roughness over an urban area and over two farmlands in a populated area as determined by wind profiles and surface energy flux measurements. Agricultural and Forest Meteorology 132 (2005) 154–170
Tsuang, B. J., & Tu, C. Y. (2002). Model structure and land parameter identification: an inverse problem approach. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 107(D10), ACL-15.
Shem, W., and M. Shapherd, 2009: On the impact of urbanization on summertime thunderstorms in Atlanta: Two numerical model case studies. Atmos. Res., 92, 172-189.
Rabin, R. M., S. Stadler, P. J. Wetzel, D. J. Stensrud, M. Gregory, 1990: Observed effects of landscape variability on convective clouds. Bull. Amer. Meteor. Soc., 71, 272-280.
Chen, F., and J. Dudhia, 2001: Coupling an advanced land surface-Hydrology Model with the Penn Stat-NCAR MM5 Modeling System. Part Ⅰ: Model Implementation and Sensitivity. Mon. Wea. Rev., 129, 569-585.
Mahrt, L., J. Sun, D. Vickers, J. I. MacPherson, J. R. Pederson, and R. L. Desjardins, 1994: Observations of fluxed and inland breezes over a heterogeneous surface. J. Atmos. Sci., 51,2484-2499.
余遠城，2001，「C++徹底研究」，博碩文化。
古頤榛，2000，「VISUAL C++ 教學範本」，基?資訊。
嚴科智，2004，「網格模擬氣象場於軌跡模擬之發展與應用」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
徐定嘉，2000，「C++ 程式語言入門與應用」，博碩文化。
戴俐卉，洪景山，莊秉潔，蔡徵霖，倪佩貞，2008，「WRF模式中台灣地區土地利用型態織更新與個案研究」。95年天氣分析與預報研討會論文彙編，P.2-43，中央氣象局。
李秀彬，1996，「全球環境變化研究的核心領域—土地利用/土地覆被變化的國計研究動向」。1996年11月地理學報第51卷第6期，中國科學院地理研究所。
施雅軒，2007，「台灣島嶼生態環境的監測-MODIS時間序列資料的使用」全球華人地理學家大會會議論文。
杜佳穎，1999，「氣溫模式之發展與驗證」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
林忠賢，2001，「軌跡模式加入高斯擴散機制之影響研究」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
環保署全球資訊網(EPA)，2017，網址：http://www.epa.gov.tw。
美國國家航空暨太空總署 (National Aeronautics and Space Administration, NASA)，2017，網址：http://www.nasa.gov/。
莊秉潔，2006，「空氣品質模式認可申請文件資料-高斯軌跡傳遞係數 模式系統」。
莊秉潔、陳建隆、劉貞淮、潘榮長，1998，「電路模式結合反軌跡模式模擬台中地區大氣污染物濃度之研究」，第十五屆空氣污染控制技術研討會論文集，第32-38頁，高雄。
許乾忠，1997，「台中地區大氣懸浮微粒乾沈降之模式發展」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
許家綸，2007，「風場軌跡模式參數決定對空品模式模擬最佳化之研究」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
郭丁彰，2003，「氣象觀測於軌跡模式的發展與改善」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
郭珮萱，2002，「排放量時間解析、車行揚塵及海鹽模組應用於高斯軌跡煙流模式之發展」，台中，國立中興大學環境工程研究所。
鄭曼婷，2000，「中部地區懸浮微粒特性及污染來源分析」，國科會/環保署科技合作研究計劃，期末報告。
黃沛霖，2001，「軌跡模式加入地形參數之影響研究」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
黨美齡，2010，「風場軌跡模式加入NCEP 資料於台灣境外污染長程傳輸之研究」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
朱品蓉，2012，「遙測植生指標於微氣象及污染物模擬之影響-以高斯煙流軌跡模式為例」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。
林勤芳，2013，「探討地表參數對台灣地區氣象模擬的影響」，碩士論文，桃園，國立中央大學大氣物理研究所。
王宇晨，2010，「土地利用改變對區域牆降雨的影響」，碩士論文，台北，國立台灣大學大氣科學研究所。
楊竣凱，2017，「台灣地區地下水位，土壤含水率與微氣象關係之模擬與研究」，碩士論文，台中，國立中興大學環境工程研究所。