參與南海季風實驗計劃書

科學問題及實驗項目規劃草案

 

1995/10

 

一、前言

 

亞洲季風是大氣科學研究上的一個重要課題,伴隨季風而帶來的雨量及其年際間的變化對佔有世界人口60 %的亞洲地區的農業,社會生活及經濟狀況有莫大之影響。長期以來,了解季風的結構及嘗試去做季風的預報,一直是此地區科研工作人員努力的一個方向。而這些年的研究,也更具體的指出了亞洲季風包含了二個大的系統,即東亞季風及印度季風,同時,亞洲季風並不全然是一個局部地區的現象,而是大尺度或是行星尺度系統的一個部份,因此季風強度的年際變化,很顯然的會受到其他地區變化的影響,由聖嬰-南方擾動的事件(ENSO)中吾人就清楚的了解了此種遙地相關性及熱帶地區與中緯度地區相互作用的事實(Rasmusson and Carpenter, 1982)。

 

台灣地區位於歐亞大陸與太平洋交界地區,又位於中、低緯度過渡之副熱帶地區,其天氣與氣候的變化受到獨特的大尺度季風環流所控制(即東亞季風系統)。由於本地區受到亞洲季風系統下的東亞季風之影響最大,因此加強本地區獨特的大尺度東亞季風環流研究,也必能增進吾人對台灣地區天氣與氣候的預報能力。東亞季風之現象,可謂是一個包含了熱帶影響,中低緯度交互作用,鋒面與對流之影響及不同的年際變化等多重時間與空間尺度之影響,是一個兼具地區性與國際性之重要科學問題(Lau and Li, 1984)。因此,除台灣之外,澳洲,大陸,馬來西亞,泰國,日本和韓國等國家受到東亞季風之影響也很大,對季風研究也非常的積極。

 

台灣附近海域之洋流系統亦受到亞洲季風之極大影響。黑潮在東北季風時期有一分支經巴士海峽進入南海,另有一分支則在台灣東北海域入侵東海。東、南海,均為世界上重要之邊緣海,內中變化本極易受天候變化所影響,而西太平洋黑潮水冬季時注入之高溫高鹽水,對此區域性海洋環境內之水文、生態等特性之季節變化更形重要。更有甚者,東、南海因緯度不同,相鄰之陸域環境有異,其中水團性質亦不同,兩者間僅靠一窄淺之台灣海峽相連。西南季風驅使南海水於夏季北上,東北季風則吹動東海水於冬季循大陸沿岸南下,水量、熱量之對流均依季風而行。顯而易見,此區域內,無論深海、淺海間,或近岸海域間之海水循環均為季風所控制。我國近年來東海(KEEP)、黑潮(WOCE)、南海等海洋科學整合型計畫之研究成果,均著重於季節變化之過程。因此,季風研究對增進我國對附近海域海水運動與其中生物及物質輸送機制均甚有助益。

 

二、背景說明

 

2.1 東亞夏季季風的年際變化

 

東亞夏季季風的分量包括了南海和西太平洋的季風槽,100°E 以東的越赤道流,澳洲冷高壓,西太平洋副熱帶高壓,上層南亞高壓及沿季風槽的對流活動,梅雨鋒區和中緯度的擾動(Tao and Chen, 1987),同時研究結果也指出,東亞夏季季風隨季節變化的間熱帶輻合區(ITCZ)的北移而造成季風之起始,同時其在不同地區的移動也有呈現跳躍式的移動,此移動和副熱帶高壓的北跳有關。台灣的梅雨季節和季風之起始期大約是在同一時間發生,並為季風系統的一部份,陳泰然(1988)在其台灣梅雨研究的回顧中,明確的歸納了梅雨期內的大尺度,中尺度等各現象之特徵,並對其各不同尺度的作用,都有了詳細的描述。 He 等(1987), Yanai 等(1992)及其他大陸學者的研究指出,在南中國海(South China Sea, SCS)及其附近地區的對流活動及西南風的建立,被認為是亞洲夏季季風最早發生的地區,亦即是說東亞地區的季風在亞洲季風系統內比其中的印度季風還更早發生(圖1),研究結果指出在五月中旬,南海地區(∼15°N , 100°E - 120°E),850 hPa 的風向會先有西南氣流之產生(圖2),而這個時間也和 ITCZ 北移的時間相接近。蔡清彥等(1991)由綜觀天氣變化時序觀點的研究,發現臺灣地區梅雨的開始與結束和二次高層東風之建立有密切關係。同時,由海洋的角度,南海地區是一個半封閉式的熱帶海域,其洋流之變化直接受到了季節性風向改變的影響,且在南海的東邊及南邊邊界,明顯的會和來自在西太平海和印度洋的海水相混合,其混合的程度會決定南海海域和大洋耦合的狀況,進而對地區氣候的年際變化產生影響。東亞夏季季風也有明顯的年際變化,由年際變化的觀點來分析,則在上述的每年5月中前後南海地區下層西南風之起始,會受何種作用力之影響而使其提早或延遲發生?在所謂的季風強弱(或是乾濕(旱澇)等)情況下,大尺度作用力的分佈又是何種情況呢?

 

陳泰然(1987)指出 500 hPa 台灣梅雨期乾濕梅雨之平均環流特徵,認為 500 hPa 副高異常的發展是一個乾梅的特徵,許與王(1990) 的研究以副高做指數探討其和地區雨量之相關,認為除副高之外,低頻擾動的變化會影響梅雨系統的年際變化。柯與鄧 (1994) 利用大氣環流模式,也指出模式在赤道區加入人為熱源後可模擬出南亞反氣旋之存在,因此指出,中南半島之熱源及青藏高原之可感熱有利於南亞反氣旋之發展而影響東亞季風之發生。

 

大陸學者研究東亞季風在江淮地區時的年際變化,認為在所謂的長江中下游旱年時,副高位置比平常偏北,接近長江(30°N),南海的 ITCZ 也比正常偏北,相反的,在長江澇年,則副高脊線在 25°N 以南,南海北部由高壓控制, ITCZ 偏南。台灣梅雨的雨量分佈大體上和江淮地區的雨量有反相位的關係,王等(1992)探討台灣地區的年際變化認為在 200 hPa 的南亞高壓與在 500 hPa 的太平洋副高在位置上的配置,是一個重要的因素。Nitta(1987)則認為熱帶海溫的變動會對東亞夏季季風做成影響,他分析了菲律賓東邊的海溫變化並指出該地區海溫之異常增暖會激發一波列結構,此結構會有加強或導致日本夏季之乾旱(圖3),黃榮輝(Huang and Sun , 1992)的研究,也指出熱帶西太平洋暖池的海溫(海表溫及次表層溫)偏高,則在盛夏時,菲律賓到中南半島的對流活動偏強,西太平洋副高位置會偏北,則在江淮,朝鮮及日本之降水活動會減少(圖4),反之,則有截然不同的情況。此結果說明了一種遙相關形式存在於東亞及太平洋地區,對此現象的進一步了解和掌握,對東亞地區的中長期預報是有幫助的。

 

2.2 南海及台灣附近海氣象的季節變化

 

南海位於台灣西南,是一個相當封閉的邊緣海,也是我國漁業的重要漁場以及東亞石油海運必經的樞紐海域。從區域性物理海洋學的角度來看,台灣地區的海洋環境乃至於部份沿海地區(特別是雲、嘉、高、屏一帶)之氣候均受南海相當程度的影響。例如眾所周知的南海季風流,便是每年夏季台灣海峽內海水的主要來源。又例如隆冬時盤據在高雄西南、南海東北部海域之暖水則對台灣西南沿海地區冬霧之生成有相當重要的影響。每年春季,這些暖水在季風減弱時又會沿著台灣西海岸迅速北上,此時桃、竹、苗一帶之沿海地區往往也發生濃密的平流霧,從而影響了中山高速公路之運輸流量以及桃園中正機場之正常運作。此外,每年夏季雲、嘉、高、屏一帶經常發生的海岸流失以及海水倒灌事件更與由南海內部傳來的颱風湧浪有密切的關係。根據以上這些俯拾即得、不勝枚舉的例子,我們不難了解南海海域除了蘊藏有豐富的資源外,它的海洋狀況也和台灣地區整個社會的日常運作間具有相當程度的關連。

 

近年來,隨著台灣地區經濟之快速發展,社會各界除了對海洋污染問題高度關切外,對海上活動、海岸開發與利用的需求也日益昇高﹔是以我們可以預見在未來十年內逐步開展台灣附近海域之海洋預報作業將是我國物理海洋學界的重要任務。由於南海位於台灣附近海域之上游海區,在南海北部發生的各種物理海洋學現象遲早都會影響到下游的台灣海域﹔我們唯有在能充份掌握住南海的基本變化行為後,才可望有能力對台灣附近之海洋環境進行比較準確的預報。因此,如何開展並促進對南海基本物理海洋環境之研究與全盤性了解實為我國物理海洋學界的當務之急。

 

2.3 目前為止之認知及了解

 

亞洲季風不但有明顯的年際變化,而且它也是少數幾個大尺度的系統有規則的每年出現在春夏之間,同時 ,其發生,間歇及後撤(於9月時),都呈現某種程度的規律性,而伴隨於此現象中的,包含了明顯的30-60天,14天及4-5天的振盪,這些不同週期的振盪對於季風的變強或減弱顯然扮演了一些重要的角色(Krishaamurti, 1985)。

 

而目前的一些研究,也指出北半球春季轉換期對於後續的季風發展及在海洋-大氣-陸地交互作用的系統上是非常重要的。Webster and Yang(1992)指出春季是耦合的海洋-大氣-陸地系統喪失它的記憶最快的期間,因之其預報是很困難的,數值實驗也驗証了所謂北半球春季「預報瓶頸」的情況。Yasunari(1991)甚至提出了季風年的觀念(由4月/5月至第2年的4月/5月為一年之定義) 來探討這個問題。

 

而在季風系統內高層環流的急遽改變,被認為是和青藏高原之熱源逐漸加強而造成的影響, Yanai等(1992)針對此熱源的結果指出,春末夏初,高原上的暖空氣產生急速的增溫,高原以南溫度逆轉(南冷北暖),造成高壓北移及風向的改變。 由遙相關的研究,Nitta(1987),黃榮輝(Huang 和 Sun, 1992)指出西太平洋或菲律賓東邊海面之溫度改變,會造成一個類似羅士培波(Rossby Wave)波列的北向北傳送而對中高緯度造成影響。

 

由於存在於東亞季風系統內的年週期循環,年際變化及季節內的變化之交互作用,上述幾個不同週期現象相互作用之結果,產生了季風由發生期至維持階段的變異程度,因之擬深入的探討季風之一些變化,由季風之起始時間及地區來作為一個重點,是值得去嗜試的方向。如前所述,He等(1987), Tao and Chen(1987)都指出東亞季風最早發生的區域在南中國海,其伴隨來的對流雨及風向由東北為主的轉為西南為主的風也在同一時間發生。雖然已知南海海洋環流受到季風之強烈影響,但由於缺乏實測資料,因此在季風轉換期間,大尺度環流如何改向,並不清楚,更無法推測是否有年際變化。目前對南海整體流況之認知,大抵來自於數值模擬。Shaw and Chao(1994)的模式運算結果指出:每年十月至二月間,高溫之黑潮水自巴士海峽留入南海北部,同時越南外海也出現一股南向沿岸強流;三月起,越南南端開始有一北向暖流出現,進入五月此北流亦愈增強,但流至北緯11度即轉入南海中部〔Chu et al.(1993)之模式結果則在北緯15度〕,循菲律賓西岸流出巴士海峽。由於冷熱水團交會,故南海海盆在春季季風轉換期,南北表面海溫差異甚大,熱量及水氣得以進入暖水上方之大氣,海氣交互影響,可能有助於東亞春季季風之快速生成。

 

因此以南海及其鄰近區域為主之大規模觀測,了解該地大氣及海洋變數之特性,來增進吾人對季風之起始狀況之了解,顯然是個極優先的科學問題。

 

2.4 國際間有關季風研究之狀況

 

了解到季風的重要性,因此世界上幾個主要的科學組織,也都在推動一些和季風有關的研究,現就簡短的說明如下:

 

(I) GEWEX/GAME
全球大氣的能量與水循環實驗計劃下在亞洲的季風計劃(Global Energy and Water Cycle Experiment, GEWEX; GEWEX Asian Monsoon Experiment, GAME),是由世界氣候研究組織(WCRP)來支持的一個國際計劃,這個 GEWEX/GAME 計劃是要來了解在亞洲季風下能量及水資源平衡的狀況,該實驗預計針對 (i) 赤道雨林區, (ii) 熱帶及東南亞地區, (iii) 副熱帶及中緯度地區, (iv) 青藏高原地區等做密集的地區觀測。

 

(II) SCSMEX
南中國海季風實驗(South China Sea Monsoon Exp, SCSMEX)是大陸、美國及其他國家共同推動,其主要的目的是要來了解影響季風的一些重要物理機制,並探討季風之維持,發生及年際變化之特性及過程,同時,針對南中國海地區,做深入的探討,以期能進一步的改進地區性季風季節內的預報問題, 此計劃的實施,包括了一個先驅研究(1996-1997),密集觀測期及數值模擬等部份,密集觀測則以加放南海附近及鄰近地區島嶼/國家的陸上探空資料為主,同時如果資源許可,也考慮以海洋船為定點做觀測。此計劃和 GEWEX/GAME 有一些相互支援的地方。
 
(III) CLIVAR and GOALS
WCRP 成功的執行了為期10年的TOGA(1985-1994)計劃(1985-1994),因此將繼續推動 CLIVAR 計劃(Climate Variability),一些美國的科學家在此架構之下,推動了GOALS(Global Ocean Atmosphere Land System)計劃,主要是來了解大氣-海洋-陸地系統之交互作用而使之能增進吾人對季節性及年際性的氣候預報能力。亞洲季風區內的亞洲大陸無疑的對ENSO週期的預報及對了解氣候系統的年際變化有明顯的影響,因此此計劃也和本地區的季風研究會有一些關連。

 

(IV) 第二次青藏實驗
青藏高原的熱源變化,一直被認為也是造成東亞季風年際變化的一個主要作用力之一。青藏地區急遽的東西向不均勻地區增溫造成了季風系統內明顯的北跳,即東亞季風由所謂的前汎期轉入至江淮地區的關鍵是受此高原的熱源角色來影響。因此對高原地區做密集觀測來了解其時間序列下熱源變化之特性和季風之研究是有密切相關,此計劃預計於 1996-1998 年間實施。

 

(V) TRMM 衛星計劃
TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)熱帶降雨觀測衛星計劃是美國及日本在 1980 年代初期就著手規劃,預計在 1997 年由日本發射。而此 TRMM 衛星的設計經數次修正,現被規劃為是個傾斜角為 35°的低軌道衛星(約 350 km),上面配置有 3 個和雨量有關的儀器,TRMM 衛星計劃的目的,是要以遙測的方式,建立海洋面上雨量的時空分佈資料,(希望收集 3 年熱帶海洋上雨量資料),以此資料來探討熱帶雨量及其能量在熱帶區域的傳送過程,特別著重在於瞭解此能量如何影響大氣及海洋環流,及其對地區性短期氣候變化的影響。衛星因受時空之限制最小,是量度寬廣洋面上雨量的最好方式之一。TRMM 衛星雖是以量度雨量為主,但其可被用來研究的科學問題相當的廣泛,基本的目的是要來瞭解此潛熱的時空變化及其如何影響海洋和大氣環流之改變。
TRMM衛星在1997年發射預計可持續做3年之觀測,因此,此衛星會對南海地區之雨量提供一些包含較大空間尺度的資料。

 

三、國內目前相關研究之狀況

 

3.1 大氣部份之研究

 

國內的研究學者,這些年來,也有一些有關台灣梅雨及東亞季風的相關研究,獲致了一些初步的成果與推論。

 

東亞季風之現象受到了中低緯度交互作用,鋒面與對流系統及年際變化(包括艾尼紐/南方振盪的海洋/大氣交互作用)等多重時間與空間尺度之影響,是一個兼具地區性及國際性之重要科學問題。同時國科會大氣學門的規劃(民國83年)中,和東亞季風有關的東亞地區短期氣候變化研究也被列為擇定之重點發展之一,而配合此主題,國內學者也整合了相關研究,學者提出了為期數年的熱帶海洋-全球大氣研究(TOGA)-東亞季風計劃,目前正在推動之中,現約略有十多位來自台灣大學、中央大學、文化大學、中正理工學院、台大海洋所等單位的學者共同來探討此季風的問題。此季風研究的出發點及最終目標是了解影響東亞季風的種種物理機制,進而能增進台灣地區的天氣與氣候預報之能力。為達成此目標,此研究之具體的內容說明如下。

 

以統計及診斷分析為主之東亞季風研究包含了分析 ECMWF 全球資料,美國 NMC 全球資料,TOGA TAO 海上浮球資料,海洋溫度,長波輻射資料及 TOGA COARE 實驗期間之各種大氣及海洋資料,其所分析之重點涵蓋了 (Ia) 東亞季風時大尺度環流及其它各氣候變數在特殊年/季節的特徵, (Ib) 東亞夏季季風時大尺度環流的特性及其對台灣天氣型態的影響, (Ic) 東亞地區大尺度環流與太平洋洋溫變化的關係,及南海水氣輸送問題, (Id) 東亞及西太平洋地區,雲與降水關係, (Ie) 東亞地區夏季季風時下邊界層的結構特性及物理交換過程, (If) 梅雨前汛期中尺度對流系統發展時,鋒面及大尺度環流的時空特徵。

 

以數值模式模擬為主之研究中,部份學者以全球環流模式(GCM)為主,探討影響梅雨及東亞季風之物理機制,並測試及驗證影響東亞天氣/氣候系統之各種觀念模式或假設如 (IIa) 太平洋副高、青藏高原及赤道熱源對東亞季風及梅雨等之影響, (IIb) 高低層噴流和大範圍環境之相互關係及其對豪雨產生之影響, (IIc) 赤道地區季內振盪, ENSO 等現象和熱源之關係,並注重了解此種大尺度異常現象對東亞之影響, (IId) 設計一系列具不同邊界條件或外力的長期 GCM 積分,比較分析各組模擬資料了解中、低緯度大氣交互作用,海面溫度與大氣環流的關係,及東亞季風的年際變化的動力及物理過程。另外,則以簡化大氣--海洋模式探討熱帶太平洋低頻擾動之問題,或以海洋模式探討熱帶太平洋對貿易風之影響。理論部份則將分別探討西太平洋副熱帶高壓之強迫機制,及不穩定機制與東亞季風環流之關係。

 

3.2 海洋部份的研究

 

海洋學界研究人員經多次討論後於民國83年,向國科會提出了南海整合性海洋研究計畫。其中物理海洋學部份之研究目標在於促進對南海之基本物理環境參數(包括波浪、潮流、海水溫、鹽分佈以及海洋環流等)之通盤性了解。研究方向以及研究子題有﹕(一)南海之Lagrangian流場特性﹔(二)南海之底層環流﹔(三)南海之風浪(颱風、季節風)特性﹔(四)南海與鄰近海域間物質以及能量之交換問題﹔(五)南海之數值模擬﹔(六)南海之基本水文環境﹔(七)南海之潮汐以及內潮現象等。第一、第三以及第六等項將特別應用到衛星遙測技術;其中第一項所需之Surface drifter 技術國內早已經參與WOCE 計畫引進並發展成熟,係應用ARGOS 衛星來定位以及傳送資料。第三項則係配合我海軍進行中之「海浪預報模式發展計畫」,將多方收集由 ERS 地球資源衛星所載之高度計(Altimeter)、散射儀(Scatterometer)以及 SAR 之觀測數據和圖像資料,並配合在東、南沙等我海軍據守之島嶼旁以浮球式波浪儀(Wave-rider)進行短期之同步觀測。上述之衛星高度計資料也是第一與第五項子題所需要的重要輔助參考,如此才可望分析出南海海域內大尺度海流系統的Eulerian 流況以及其基本的運動行為。另外,第六項子題除了整理現有的歷史資料(包括NODC以及海研一號資料庫)以及未來在南海中所進行之調查資料外,更需要收集衛星海洋水色儀(包括過去NOAA的CZCS之歷史資料以及未來的中華一號等)在南海所感測的資料,將這些數據綜合分析後我們當可對南海之水文環境變動情形作出正確的解釋。此外,第二、四與七等項則牽涉到深海區海流錨碇觀測,目前這些觀測技術我國海洋學界藉由參與WOCE 及TOGA 之經驗,已能完全勝任。

 

以上這些研究項目除了對南海之區域性物理海洋學的研究將有重要之貢獻外,根據這些研究所可能編篡出的圖鑑以及所可能發現的關於南海海洋環境變化特性的相關知識將是未來在南海開發資源、進行海洋工程作業時所必要的資訊。經衡量目前以及未來數年內國內物理海洋學界之研究設備與人力後,該計畫所規劃之進度與方向如下﹕

 

(一)短程之先驅性研究:
由民國83年夏季開始,為期二至三年。研究範圍為巴士海峽以及台灣西南海域,研究目標則主要是發展與建立下階段所需之應用技術以及作業系統。目前已有四項子計畫正在執行中。

 

(二)中程研究:
預定由民國85年夏季開始,為期三至五年。本階段之研究範圍將擴大至整個南海北部,包括台灣灘、巴士海峽以及東沙島附近海域等均在其中。進行這一階段研究時,國內物理海洋學界所參與的一些大型計畫(例如WOCE與TOGA)均已陸續結束,而我國之衛星計畫也將正式開始觀測作業,因此可望有更多的研究人員及設備投入南海研究的行列,同時也可以運用到中華一號所提供的遙測服務。此時將把當年為執行上述大型計畫所投資購置的海流觀測設備轉入南海計畫,佈放在呂宋海峽以及澎湖水道以量測此二開口邊界上海流流量之長期演變情形,然後提供數值模擬組探討南海內部海流變化之行為、機制以及演變特性,這些將是發展本地區海洋預報作業必要的先驅性工作。

 

(三)長程研究:
預定由民國88或90年夏季開始,為期五年。本階段之研究範圍將更為擴大至整個南海海域。在這一階段裡將可把整個南海的海洋深層環流追蹤出來,同時也可望詳盡地描繪出整個南海之海洋上層環流流況﹔對南海區域性物理海洋學而言,這些可能是劃時代的重要成績。另外,在這段時期裡將對南海之數值模擬工作繼續改善﹔屆時台灣附近海域之海洋預報作業將邁入作業化階段。
由上述的說明中吾人已清楚的歸納、整理、及說明了國內學者在季風及南海問題研究方面的一些正在進行中的計劃,同時也了解到國際間在季風方面之研究及等計劃中的一些大規模實地量測實驗,因此,如何有效的利用資源,以國內所界定的科學問題為主,來和國際間現有的大型計劃相配合,而收到相輔相成、及最低投資經費最大之科學資料及結果之穫得,是非常值得吾人深入的思考。下一章則將說明目前吾人的一些基本看法及配合國際SCSMEX實驗所可能做的一些步驟。

 

四、國內和SCSMEX實驗部份有關的初步規劃

 

4.1 國際的SCSMEX規劃狀況

 

國際的SCSMEX規劃,包含了三個部份,一為先驅研究,二為實驗觀測期,三為模式模擬部份。第一個先驅研究希望在1996-1997年展開,具體的來做放置實驗儀器及初步探討分析南海區域各變數之特性,測試資料傳輸,新儀器之安裝等諸項事宜,第二個分量則為密集觀測,希望由1998年起連續3年的4月15至8月30中間,包含了以探空,無人飛機,地面站,整合探空系統(ISS),船上及陸上之雷達,海洋表層海水之觀測,TOGA-TAO之海上觀測浮台陣列等。而在此實驗期間,計劃執行三段IOP(密集觀測期)大約由5月上,中旬,6月中旬及7月中旬三段時間,第一次的IOP持續10天來偵測夏季季風之發生之狀況,另外二次則是以7-10天為原則來偵測東亞季風系統內降水系統劇烈北移的狀況。而這些IOP也會和其他國際計劃(GEWEX/GAME, TRMM)等相配合。第三個部份為模式模擬的部份,主要是以收集到的資料來測試四維資料同化及改進預報之測試。

 

4.2 可積極參與的部份

 

國際的SCSMEX計劃以南海附近的島嶼加放探空為其陸上IOP(密集觀測期)之重點,圖5已標示出了在該鄰近地區各測站之情形,原則上國際上的推動,包括了取得了WMO之承諾來支援一些探空之設施放,及鄰近國家(馬來西亞,泰國,菲律賓等)之支持,而我國在該地區有兩個重要測站,一為東沙測站,目前由海軍負責,固定的做探空作業(一天二次),另一測站為南沙太平島,先前無探空設施,但在氣象局的施政計劃中,已於1995年8月完成探空站之建置,因此國內目前初步可做如下的工作:

 

(1) 配合SCSMEX國際實驗計劃,在IOP期間,國內的規劃計劃中可協調中央氣象局及海軍來做配合,於東沙及南沙島提供一天四次的探空作業,所多出之消耗枓材,由國內的研究計劃來支付。中大的整合探空系統(ISS)也將移往墾丁來配合做觀測。
 
(2) 海洋部份,因國際的SCSMEX計畫IOP期間正是我國南海海洋計畫預定的中程階段,因此國內海洋學界可以充份配合前者之執行以擴大研究成果。如前所述,我國南海海洋計畫此時預定在台灣與呂宋之間以及澎湖水道內佈放海流儀錨碇陣列,藉以長期觀測這兩個重要的開口邊界上海流流量的變化情形,這些將是後續數值模擬必需的重要依據。當然,國內海洋學界亦希望能透過國際SCSMEX喚起注意,由其他東南亞國家負責Karimata海峽流量監測的工作,如此則模擬結果將更為可信。為支援SCSMEX實驗的工作,我國海洋學界可在南海中、北部海域選擇適當地點(其位置將與氣象界協商)施放若干個海上觀測浮台(Data Buoy),做一些海洋表層海水參數變化以及流速、流向、風速、風向、日照、雨量等的長期量測工作,這些資料除了供SCSMEX之用外,也是我國南海海洋研究計畫中為驗証數值模式所必需的;除此之外,在IOP期間海洋學界亦會盡力配合提供研究船船期在南海中、北部執行海面邊界層內海、氣相互作用方面的量測作業,不過是否一定要在定點觀測或可以延著一橫跨南海中、北部之測線上往復移動觀測(海洋學界傾向後者)?必須視氣象部份之整體規劃結果以及我國氣象界參與之程度而定,目前海洋學界無法具體承諾。基本上SCSMEX之實驗可與我國南海海洋研究計畫所規劃之工作相輔相成,可擴大南海海洋研究之成果,二者間配合度良好。
 
(3) 氣象局的數值天氣預報小組也同意充份的使用這些新的觀測資料來從事四維資料同化的工作,此工作不但可使資料被整理在一以網格點為主的座標上,也可被測試來評估其對改進中央氣象局天氣及颱風預報的能力。
 
此工作不但對吾人來了解東亞季風前汎期的大尺度環境轉變有幫助,對氣象局未來在颱風的預報及數值天氣預報等的工作上也會有極大的助益,而同時又是國際計劃有共同興趣的,因此可謂是相當好的配合。

 

4.3 仍須共同討論的部份

 

國際 SCSMEX 實驗中也規劃了以海洋部份的觀測,包括了在船上測量一些變數及海上浮標等儀器,並希望最少有兩艘海洋船在IOP期間能在固定點做量測並施放探空,而在非IOP期間,則能在海域內做巡航式的測量來探討南海上層海水表面因大氣風場改變而造成的影響。

 

國內海洋的學者,優先的考慮是在整段期間以非定點觀測為主,但如果國內大氣方面的學者有意願且強列建議船須在定點上觀測,則海洋方面會做相關的配合,這部份國內的規劃與目前國際上規劃的主觀意願來看,不完全相同,因之仍須留待國內學者更進一步之討論,且將於後續的 SCSMEX 國際規劃會議中再做進一步之相互討論。

 

五、科學問題之思考及討論

 

國內東亞季風整合計劃的主要目的,是透過研究群之成立,以診斷的分析方法,數值模擬及配合理論的發展,探討影響東亞季風的種種物理機制,來改善本地區的預報(短期及中長期)能力而在第三章對國內近況之說明中,也具體的指出了研究群內各方向下研究的子題,基本上是進一步的了解下列等問題:

 

(1) 東亞夏季季風的年際變化的問題;
(2) 該季風期間水汽輸送及來源的問題;
(3) 熱帶低頻擾動的特性和東亞季風爆發 (Onset) 之關係的探討。

 

而由SCSMEX之規劃,吾人可更具體的思考,如果有了這些在南海附近的各種密集觀測,將如何可被用來加強本地區對季風及其內之梅雨系統的了解?

 

初步的構想是吾人可針對下列的課題,藉著觀測到的新資料做以下的探討:

 

(1) Onset 前後,南海及鄰近地區ITCZ及副熱帶高壓東退的情況及改變,來判斷季風Onset年際變化的可能狀況。
 
(2) 對季風Onset前後可探討在 105°E 附近越赤道流及南海的水汽輸送的重要性。有關梅雨期水汽輸送之研究,主要是要探討台灣及華南地區之梅雨發生前東亞及南海地區水汽的含量、輸送過程、及其來源等,以期能找出足以預報梅雨 的開始時間與梅雨期的可能降水量之種種因子。一些初步研究認為台灣及華南地區的梅雨顯著的年際變化,與在南海上空已有過量的水汽聚集有關,這些看法基本上是用ECMWF 的同化資料做分析所得的結果,但由於所用的是因模式而產生的同化資料,所以要更進一步驗證這些假設,還需要實際的觀測資料來做佐證。目前雖然東南亞國家在此區有一些探空測站做例行的觀測,但是還有許多測站已經荒廢多時,況且在南海上幾乎沒有任何一個探空測站,因此要在此區做一有系統的觀測資料分析實在是不可能;所以經由像 SCSMEX 這樣的加強觀測才能蒐集到足夠的資料。
 
(3) 第2個IOP前後(6月中旬),基本上是本地區梅雨期的中期(或末期),一些探討指出台灣區域的豪雨都發生在6月,而比較少發生於5月,因此可藉由此IOP之資料來了解6月期間由南海往北水汽傳送之問題,而且如在綜觀天氣的情況下如本地區有豪雨之產生則當可進一步去探討南海地區之角色。
 
(4) 同時,因為中大一個研究小組已正式加入了TRMM計劃,因此在SCSMEX 區域中,以雷達觀測到的回波所估算之雨量,可被用來做為TRMM衛星的Ground Truth 之一部份。SCSMEX 特別IOP觀測到的雨量資料除了分析其時空之變化外,也將會朝地面驗証之方向來分析,此部份將更強化臺灣地區TRMM計劃的Ground Truth Validation Program.
 
(5) 分析高層輻散中心的位置,著眼於探討輻散中心出現於南海時之特性及了解此中心之年際變化的問題。
 
(6) 透過波譜分析來探討季內振盪的波動和年週期季節變化交互作用對季風前汛期Onset影響之探討。
 
(7) 以模式來進行四維資料同化並將資料經模式的客觀分析而使之於網格點上,留做日後做收支之計算。
 
除此之外,吾人也希望有興趣參與此實驗並計劃利用此資料做深入探討的研究人員加入並提出具體的問題及進行步驟,使本地區之東亞季風問題研究更能被掌握。

 

參考文獻

 

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1、東亞夏季季風氣候平均之起始日期,(取自 Tao and Chen, 1987)。

2、850 hPa 上的5日平均西南風沿著15°N 的緯向分佈變化,(取自 He 等, 1987)。

3、西太平洋海溫變化造成的劇烈影響之示意圖(取自 Nitta, 1987)。

4、西太平洋海溫變化及菲律賓附近對流強度和副高造成夏季季風雨量的劇烈影響之示意圖。 (a) 西太平洋暖的狀況, (b) 西太平洋冷的狀況。(取自 Huang 和 Sun, 1992)。

5、 SCSMEX 實驗初步規劃的探空站及可能的海洋觀測船之位置。將發射的風雲二號衛星也作了標示。