前言

本計畫的研究目的為建立國內在氣候變遷的模擬與推估能力，藉由氣候資料診斷分析與數值氣候模擬，探討全球暖化是否已經對地球與東亞氣候造成明顯影響，以及在人為溫室氣體排放與大氣中的累積量持續增加的情況下，全球與東亞氣候將如何變遷。本計畫也將長期氣候模擬結果提供給科技部「台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)」計畫，以便更進一步針對台灣的未來氣候變遷進行更細緻的推估，提供國內學界與政府相關單位，評估氣候變遷的可能衝擊，作為規劃合適的調適方案的依據。本計畫完成以下工作: 1.調校台灣地球系統模式，確認參與CMIP6版本，2.國際耦合模式比對計畫第六期CMIP6之參與，3.模式發展與改進，4. 鏈結自然氣候變異與人為氣候變遷，5.氣候論壇與群組研討。成果簡述如下。

研究方法

 

1.  以台灣地球系統模式(解析度100公里)與高解析(20與50 公里)氣候模式進行長期氣候模擬與推估，建立CMIP6相連之資料節點，供國際與國內研究社群分析，作為 IPCC第六次氣候變遷評估報告(AR6)的科學基礎，以及推估暖化情境下之台灣氣候變遷。

2. 與國內學研界協力建立跨全球–鄉鎮尺度的氣候模擬系統，推估全球暖化對台灣天氣、氣候的衝擊，作為環境衝擊評估之依據。

3. 診斷台灣地球系統模式偏差，進行模式評比，進一步改良台灣地球系統模式。

4. 分析歷史氣候資料，了解氣候變遷趨勢，以簡化之氣候模式進行模擬，梳理相關物理機制，分析CMIP6模式模擬與推估的氣候變遷，研判自然氣候變遷與人為氣候變遷的相互關係，以及暖化情境下的氣候變遷。

研究成果

1.國際耦合模式比對計畫第六期CMIP6之參與
本計畫以前期計畫發展建置的台灣地球系統模式(TaiESM1，100公里解度)與高解析度全球大氣模式(HiRAM-SIT，25/50公里解析度)進行長期氣候模擬與推估，參與CMIP6，遵循國際研究規範，進行1850年至2100年的氣候模擬與推估，計算結果經由CMIP6資料分散系統，提供國際氣候變遷研究社群使用，進行模式間的模擬結果比對，不僅探討1850年至今的氣候變遷，也推估在人類影響下，地球氣候可能的變遷趨勢。CMIP6資料提供IPCC撰寫第六次氣候變遷評估的科學基礎。與CMIP6模式群評比，TaiESM1與HiRAM-SIT，表現不俗，屬於前段班。我們亦與國內學研界協力建立跨全球–鄉鎮尺度的氣候模擬系統，降尺度推估全球暖化對台灣天氣與氣候的衝擊，作為環境衝擊評估之依據(圖一)。


2.模式發展與改善
TaiESM1已經發展完成，下階段工作為高解析化，將解析度從100公里提高到25公里，其次為大幅修改模式為TaiESM2。本計畫重點為模式偏差診斷與階段性發展:1)巨觀雲物理參數化，2)台灣地球系統模式的聖嬰現象偏差分析，3)一維海洋模式架構與耦合方式對MJO的影響(圖二)，4)CMIP6與CMIP5模擬西北太平洋/東亞季風極端降雨能力評析。


圖二：將一維海洋模式與全球大氣模式耦合，精準模擬海洋大氣交互作用，大氣模式模擬因此能準確模擬出MJO東移現象。左上角：觀測，下排：無法模擬東移的三個模式，上排：耦合後清楚模擬出東移。(Tseng et al. 2022, Lan et al. 2022)

3.鏈結自然氣候變異與人為氣候變遷
本計畫除了進行CMIP6氣候模擬與推估，亦透過氣候資料診斷分析與氣候數值模擬，探討自然氣候變異與近年來的極端氣候是否已經受到人為暖化的影響，以及推估東亞氣候的未來變遷趨勢。
氣候變異部分完成：1) 熱帶氣旋對西北太平洋暖季氣候的影響(圖三)，2) 熱帶太平洋對北太平洋海洋熱浪的驅動力，3) 海洋大陸的水/陸地形效應對季內振盪的影響，4) 冬季季內振盪的2010年代突變，5) 大氣-海洋耦合過程對西北太平洋夏季際內振盪的影響。


圖三：颱風：「親愛的，我把副熱帶高壓變小、空氣變熱了」 。西北太平洋低頻大尺度大氣環流孕育颱風，提供颱風生成與發展的有利背景；颱風也回饋低頻大尺度環流。颱風的存在使得1) 季風槽變強，副熱帶高壓變弱，2)西北太平洋上空的大氣變暖，氣候變異(季節內、年際、年代際)增強40-60%。(Arakane and Hsu 2020, 2021)

氣候變遷部分包括：1) 暖化情境對西北太平洋夏季季風與熱帶氣旋的衝擊，2) 暖化情境對西北太平洋/東亞春雨與梅雨的衝擊，3) 東亞鋒面分析與未來變遷，4) 北美東北部沿海的大氣河模擬與推估，5) 利用更新之熱帶氣旋生成指數推估暖化情境下西北太平洋熱帶氣旋變遷，6)歷史熱浪事件分析(圖四)，7) CMIP6模式模擬歷史熱浪事件能力分析，8)台灣氣溫季節循環的歷史與暖化情境下的變遷。


圖四：1979-2021年間，全球熱浪發生頻率、影響範圍、強度與持續時間，顯著加速成長：(a)熱浪指數時間序列，b)熱浪指數分布圖1979-1997 vs 2003-2021，相較於前期，後期熱浪遍地開花。 (註:南極周遭沒分析，Lo et al. 2023, in preparation)

極端天氣與氣候部分包括：1)2021年2月德州寒潮-自然變異與近期暖化趨勢，2) 2021年夏季北美西部熱浪，3) 2018年的北半球中緯度廣泛熱浪事件與西北太平洋異常氣候，4)2022年夏季巴基斯坦破紀錄豪雨與洪災(圖五)，5)南美季風對南北大西洋氣候的影響，6)台灣2020-21年的百年大旱。

圖五：2022年夏季，反聖嬰、熱帶-熱帶外交互作用與阿拉伯海西南氣流長期增強趨勢，在地形高聳的巴基斯坦造成破紀錄豪雨。同一時期，中緯度大尺度環流系統遙相連了歐洲熱浪/乾旱、巴基斯坦洪災與中國熱浪/乾旱。

4.年度氣候論壇與月網路氣候論壇

1. 年度氣候熱鍋行動論壇(Climate Hotpot in Action Forum, CHiA, https://hydro.as.ntu.edu.tw/chia/)，為國內氣候學研界重要的年度研究心得分享的場域。
2. 月網路氣候論壇(https://hydro.as.ntu.edu.tw/chia/webinar-series-2/)，邀請國內外年輕研究者分享最新研究成果，截至5月已經舉辦14場。
3. 群組論壇: 每月進行實體或網路研討「極區放大、熱帶擴張與中緯度動力過程對氣候變異與變遷的相對影響與機制」。

 

致謝

感謝國科會自然處卓越領航計畫，提供本研究經費之補助。