台灣地區百年降雨特性之分析

1. 台灣地區百年降雨特性之分析 壹、研究動機與目的 「台灣百年氣候趨勢 溫升雨強颱風變多」 〔記者林嘉琪／台北報導〕台灣百年氣候趨勢有「溫度上升、降雨少但強度增強、侵台颱風增加」現象。……降雨部分，台灣百年來總雨量並無明顯變化，但降小雨日數越來越少，尤其春季、夏季減少降雨最明顯，秋季降雨天數與強度卻增多、變強。單日降雨超過三百五十毫米的超大豪雨前十名，八次發生在一九九一年後，一九九六年後的降雨極端值更有增加現象，其中有六年出現單日降雨超過八百毫米，甚至多達一千毫米。(林嘉琪，2011) 根據這篇2011年9月21日的報導，中央氣象局的報告提到台灣的氣候逐漸的改變，尤其在降雨特性上，雖然降雨量變化不大，然而降雨日數減少，造成降雨強度增大的趨勢，老師說明這便是氣候變遷最好的例子，而且這種現象會造成台灣天然災害發生的機率增加。事實上，近年發表的2011年台灣氣候變遷報告中，也明確的指出台灣降雨100年線性變化趨勢不明顯，但是降雨日數有減少的趨勢(許晃雄等，2011)，因此這引發了我們的好奇心，我們想要知道這樣的長期變化趨勢，在台灣會不會有區域的差異，而引發台灣降雨量變化的可能因素有哪些？為了回答這些問題，我們仿照了2011年台灣氣候變遷報告的做法，實際挑選了台北、台中、台南、恆春、花蓮、阿里山、澎湖等氣象測站，蒐集過去的氣象觀測資料，希望能看出台灣北、中、南、東、離島和山區等地的降雨量變遷趨勢是否一致，或者有所差異，並且試著分析影響這些地區降雨因素有哪些？本研究的具體目的為： 1.分析台北、台中、台南、恆春、花蓮、阿里山、澎湖等地過去的降雨量趨勢變化。 2.比較各區域測站間降雨趨勢的差異。 3.分析影響各區域測站降雨變化的可能因素。 貳、材料與方法 一、研究材料 我們利用鄰近大學圖書館中館藏之台灣累年氣象報告(1897-1990)(台灣省氣象所，1953；1991)、 氣象報告彙編(1991-2000)(中央氣象局，2002)、 以及歷年地面氣候資料年報(中央氣象局，2012)， 將台北(1897-2011)、台中(1897-2011)、台南(1897-2011)、恆春(1897-2011)、花蓮(1911-2011)、阿里山(1934-2011)、澎湖(1897-2011)等地的降雨量和降雨日數等資料影印，然後將各資料數化，以作進一步分析之用；其中，除了阿里山測站資料未達百年，其餘測站資料均達百年以上，可作為百年趨勢分析，惟阿里山測站的觀測時間仍接近80年，因此仍可看出阿里山地區長期降雨變化趨勢，作為台灣中南部山區降雨特性之參考。 其次，我們在課本中學到聖嬰現象可能會影響到全球的氣候，而聖嬰現象又和南太平洋氣壓場的升降有關，這種氣壓場的升降稱為南方震盪(Southern Oscillation)(王鑫等，2011)，其中南方震盪指數(Southern Oscillation Index，SOI)乃利用澳洲北部達爾文與大溪地兩地所觀測之氣壓差，予以標準化後得到的數值，其可用來顯示南太平洋氣壓場的變化，若南方震盪指數為負值，則顯示大溪地一地的氣壓較低，達爾文較高，若連續六個月出現負值則表示有聖嬰現象發生，反之若南方震盪指數值為正值，則可能與反聖嬰現象有關，因此我們自美國海洋及大氣署(National Ocean and Atmosphere Administration, NOAA)國家氣候資料中心(National climatic data center)下載歷年SOI值(1951-2011)( National Ocean and Atmosphere Administration, 2011；擷取自：http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/soi)，進行歷年資料的比對。 另外，太平洋年代振盪(the Pacific Decadal Oscillation, PDO)與聖嬰現象間有相關，但呈現出不同的週期，其是以北緯20度以北的太平洋海域溫度年代變化為依據，PDO的定義為熱帶海溫高於平均值，且北太平洋海溫低於平均值時，此時為正相位，反之為負相位(許晃雄等，2011)，其正、負相位的波動約略與南方震盪相反，惟PDO整體週期較長，約在十餘年以上，自1920年代至今PDO有1.5次循環(許晃雄等，2011)，我們嘗試自網站下載PDO指數(the Pacific Decadal Oscillation, 2012; 擷取自：http://jisao.washington.edu/pdo/)，繪製長期平均趨勢圖，與各測站的降雨量年代波動比較，試著討論降雨量與PDO之間的關係。 二、研究工具 筆記型電腦(作業系統XP)、Microsoft Office 2003套裝軟體Excel、Word。 三、分析方法 為了了解台灣各區的降雨特性與長期變化趨勢，我們除了利用年平均降雨量進行時間序列分析之外，亦計算了降雨變率和簡單降雨強度等指標，再進行時間序列分析，相關的計算與分析方法簡要敘述如下： 簡單時間序列分析：所謂的時間序列係指以時間先後順序型態出現之一連串觀測值的集合，如以氣象觀測來說，就是在某段時間中，如降雨量在各年度的變化趨勢。我們利用Excel的分析工具，繪製各測站降雨量在歷年的折線圖，這樣可以看出歷年降雨變化。 線性趨勢：由於歷年的降雨量變化是相當不規則的，為了能簡易的看出降雨長期趨勢狀況，我們利用時間序列分析方法中的線性趨勢方法，因excel的分析工具中趨勢線工具操作簡便，我們便直接利用Excel內建功能，做出各資料的趨勢線，來看長期變化趨勢。趨勢線原理乃是利用座標圖上散佈各點，作一條直線，使各點離這條直線距離的平方和為最短，此時這條直線即可呈現出這些點的分布趨勢。 簡單移動平均法：此一方法也是時間序列分析中的一種，是一種簡單但有效的指標，可以將資料中短期的波動拉平，呈現出長期趨勢或變化週期；假設今有一多年的降雨資料，若要計算5年移動平均，則先計算1至5年的平均降雨量，並將此1-5年平均降雨量當作是第3年的降雨量，然後依此往後推算，即可得到5年移動平均降雨趨勢。 降雨變率：我們計算各年度的降雨變率，計算方式為： 第n年降雨變率=(第n年降雨量-長期平均降雨量)÷長期平均降雨量×100% 然後再繪製百年趨勢圖，並以excel內建工具計算趨勢線與趨勢線公式。 簡單降水強度：為了解各年度降水是否有相對集中在某段時間中的現象，我們利用簡易的指標來呈現，並繪製百年趨勢圖，計算方式如下： 第n年降雨強度 = 第n年降雨量 ÷ 第n年降雨日數