地面气压场分析技术方法之研究中央气象局105年天气.pdf

地面氣壓場分析技術方法之研究 中央氣象局 年天氣分析與預報研討會 105 1 1 2 3 3 1 于芃 陳怡彣 李天浩 顧欣怡 黃于盈 鄭安孺 多采科技有限公司1 國立台灣大學水工試驗所2 交通部中央氣象局3 摘 要 本研究之目標為研發地面氣壓分析場分析技術。氣壓係指物體外表單位面積上所承受 上方累積空氣柱的重量。由於地心引力的關係，越接近海平面地區，空氣的密度越高，而 高山地區空氣密度小，同時上方空氣柱高度也較小，因此氣壓也小。應用空氣密度、氣壓、 與溫度相關性 ，可推導出氣壓隨高度變化曲線公式 ，以統計方法估計套配曲線參數，進而 推估得不同地區各網格點的曲線套配估計氣壓。曲線套配估計氣壓與觀測值之間可能仍存 在些許差異，此差值可能是與局部地區地形/統計誤差有關 ，或受到外來特殊天氣系統 ， 如低氣壓或颱風之影響。因此再利用普通克利金法將測站觀測與曲線套配估計氣壓殘差值 內插到各網格點上修正氣壓估計值 ，以優化估計結果。 以2012 年至2014 年氣壓資料，測試曲線套配公式的適用性，並應用觀測系統試驗 (Observation System Experiment)評估本研究所研發之地面氣壓分析場分析技術效益 。試驗 結果顯示，在臺灣地區不受外來特殊天氣系統影響下，曲線套配結果已可近似描述地面氣 壓場變化狀況，並可表現氣壓隨時間成半日波之週期性變化趨勢，若測站的高程紀錄正確， 曲線套配值的均方根誤差應小於3 百帕；曲線套配無法反映颱風或低氣壓系統的低壓帶， 應用克利金法內插殘差修正後，可以得到近真實之地面氣壓分析場，並且估計值的均方根 誤差可降低至2 百帕 。 關鍵字：氣壓、地面場、普通克利金法 一、前言 二、套配曲線估計 氣壓系指物體外單位面積上所承受上方累積空 圖2 為2012 年8 月24 日02 時(天秤颱風期間) 氣柱的重量。由於地心引力的關係，越接近海平面地 以氣壓資料繪製之壓力隨高度變化散布圖。由圖2 中 區，空氣的密度越高，而高山地區空氣密度小，同時 觀察可知，氣壓與高度具有某種程度的相關性，但並 上方空氣柱高度也較小，因此氣壓也小。氣壓會影響 非線性關係。圖中紅色虛線為以觀測資料點所套配的 風向及氣流流動情形，低氣壓的地區天氣較不穩定， 線性函數，若直接以此線性函數來描述氣壓對高度的 常造成降雨 ，熱帶性低氣壓會發展成颱風，常對台灣 變化，會低估玉山站的氣壓值，因此需要尋找另一較 造成嚴重災害；反觀高壓地區的天氣 ，則較為穩定及 適用之函數。 晴朗。由於氣壓與天氣密切相關，因此氣壓為研判天 氣壓套配曲線公式推導如下 ： 氣狀態之重要指標，又由於測站資料較少且分布不均 圖3 為高度h 到h+dh 間的空氣單元體，假設面積為  (如圖 1 所示) ，因此需建立地面氣壓分析場，以觀測 A ，空氣密度為 ，則取力平衡後可得到 並分析台灣地區之氣壓分布情形及變化趨勢。本研究 (p dp)A Agdh pA 之目標為研發地面氣壓分析場分析技術( 中央氣象