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聚焦地科
聚焦地科2023-12-09
下午的那一場大雨，你準備好了嗎？ 全球暖化下，海溫變化對臺灣未來午後對流活動特徵的影響
【本篇文章由地球科學系 黃婉如教授研究團隊提供】
測資料顯示，遙遠東太平洋的海溫變化，能影響臺灣夏季午後對流的「發生頻率」及「降雨強度」。1985年之前，當赤道東太平洋的海溫越低，午後對流降雨的發生頻率越高，但強度越弱；1990年之後，當赤道東太平洋的海溫越低，午後對流降雨的發生頻率依舊越高，但強度卻越強！這些影響，會不會越演越烈？未來的趨勢如何演變？ 這一篇新的研究發表在npj Climate and Atmospheric Science《npj 氣候與大氣科學》，由本系黃婉如老師領導、與NCDR及RCEC合作的研究，分析在未來暖化情境下，不同海溫變化產生的模擬推估，差在哪裡？如何影響臺灣的午後對流。
臺灣的夏季午後對流活動特徵：歷史資料
在臺灣夏季，午後對流降雨(Convective Afternoon Rainfall；簡稱CAR)通常在14：00至17：00之間達到高峰（圖1）。這些午後對流事件的降雨，佔了臺灣夏季總降雨量的40~50%以上，貢獻度可不小！我們過去的研究已經釐清全球暖化下，局部和大尺度的大氣變化 (包括白天海風輻合場的強度變化、大氣穩定度的變化和水氣傳輸供給的變化) 都是影響臺灣午後對流活動長期變遷的關鍵因素 – Huang et al. （2019） 利用歷史觀測數據證明，臺灣午後對流事件的發生頻率與熱帶東太平洋海溫（SST）的變化是相關的。熱帶東太平洋海溫較冷可導致大氣環流變化，進而造成臺灣午後對流事件的發生頻率變高，而海溫較暖產生的大氣環流變化，則是導致臺灣午後對流事件的發生頻率變低，此研究凸顯了聖嬰-南方振盪現象（ENSO）對臺灣天氣的影響。而最近發表在《npj Climate and Atmospheric Science》的這個研究，我們利用模式推估資料進一步探討在全球暖化下，臺灣未來夏季午後對流活動特徵與海溫變化的關連性。
臺灣的夏季午後對流活動特徵：未來趨勢
圖2a-d表現了暖化最嚴重情境（RCP8.5）下的四組不同海溫，本研究進行的推估成果，我們發現這些情境都對應到一樣的趨勢：「臺灣的午後對流事件將變少，但降雨強度將變強！」。然而，四組不同海溫情境下的差異，是顯現在臺灣午後對流事件「變化的幅度」上，如圖2e-f所示。東太平洋海溫「較冷」的情境下（類似反聖嬰現象；FC1），其午後對流事件發生頻率，會高於其他情境; 而東太平洋海溫「較暖」的情境下（類似聖嬰現象；FC2），其午後對流事件之降雨強度，會低於其他情境。至於午後對流的總降雨量，則是在東太平洋海溫較冷的情境（FC1）比較暖的情境（FC2）更多。這些發現，強調了在全球暖化下，聖嬰-南方振盪（ENSO）對臺灣午後對流降雨的調節，是不可忽視的！
未來午後對流變化之推估差異：相關機制探討
我們推估在未來全球暖化下，不同海溫的情境，會使得臺灣 (1) 白天海風輻合場的強度變化、 (2)大氣的穩定度變化、以及(3) 水氣傳輸供給的變化存在差異，這些機制是造成臺灣未來夏季午後對流活動變化的主要原因。下午的那場大雨，到底對我們有什麼影響呢？ 有的！ 當雨的強度變大了，水資源管理、減災、防災的規劃，都需要因應而動，而地質條件也變了嗎？地下的構造活動呢？ 這些災害鏈的串連關係與時間、空間特徵，更急需地球科學人才的吸收和培育。
參考文獻
Huang, W.-R., Chien, Y.-T., Cheng, C.-T. et al. The role of sea surface temperature in shaping the characteristics of future convective afternoon rainfall in Taiwan. npj Clim Atmos Sci 6, 198 (2023).
Huang, W.-R., Chang, Y.-H. & Huang, P.-H. Relationship between the Interannual Variations of Summer Convective Afternoon Rainfall Activity in Taiwan and SSTA(Nino3.4) during 1961-2012: Characteristics and Mechanisms. Sci. Rep. 9, 9378, (2019).
英文版簡介連結：https://communities.springernature.com/posts/the-role-of-sea-surface-temperature-in-shaping-the-characteristics-of-future-convective-afternoon-rainfall-in-taiwan
圖 1 臺灣的位置和日對流降雨變化特徵。（a） 臺灣地理位置及夏季低層風場分布。（b） 歷史觀測資料顯示的日降水變化(diurnal rainfall variability; DRV)之空間分布。（c） 歷史觀測資料顯示的日降水最大值發生時間點，以當地標準時間（LST）表示。
圖2. 全球暖化下的海溫分布與臺灣午後對流特徵變化百分比（a）以第1組推估之未來海溫與現今海溫的差異。（b）-（d） 顯示全球暖化下，第2組到第4組海溫與第1組海溫的差異。（e） 第2組到第4組海溫推估之臺灣午後對流的發生頻率與第1組海溫推估出來的結果差異百分比。（f）和（g）類似（e），但分別為臺灣午後對流的降雨強度及總降雨量的差異百分比。
本文轉載自國立臺灣師範大學地球科學系研究亮點，連結如下：https://www.es.ntnu.edu.tw/index.php/2023/12/09/20231209_1/
測資料顯示，遙遠東太平洋的海溫變化，能影響臺灣夏季午後對流的「發生頻率」及「降雨強度」。1985年之前，當赤道東太平洋的海溫越低，午後對流降雨的發生頻率越高，但強度越弱；1990年之後，當赤道東太平洋的海溫越低，午後對流降雨的發生頻率依舊越高，但強度卻越強！這些影響，會不會越演越烈？未來的趨勢如何演變？ 這一篇新的研究發表在npj Climate and Atmospheric Science《npj 氣候與大氣科學》，由本系黃婉如老師領導、與NCDR及RCEC合作的研究，分析在未來暖化情境下，不同海溫變化產生的模擬推估，差在哪裡？如何影響臺灣的午後對流。
臺灣的夏季午後對流活動特徵：歷史資料
在臺灣夏季，午後對流降雨(Convective Afternoon Rainfall；簡稱CAR)通常在14：00至17：00之間達到高峰（圖1）。這些午後對流事件的降雨，佔了臺灣夏季總降雨量的40~50%以上，貢獻度可不小！我們過去的研究已經釐清全球暖化下，局部和大尺度的大氣變化 (包括白天海風輻合場的強度變化、大氣穩定度的變化和水氣傳輸供給的變化) 都是影響臺灣午後對流活動長期變遷的關鍵因素 – Huang et al. （2019） 利用歷史觀測數據證明，臺灣午後對流事件的發生頻率與熱帶東太平洋海溫（SST）的變化是相關的。熱帶東太平洋海溫較冷可導致大氣環流變化，進而造成臺灣午後對流事件的發生頻率變高，而海溫較暖產生的大氣環流變化，則是導致臺灣午後對流事件的發生頻率變低，此研究凸顯了聖嬰-南方振盪現象（ENSO）對臺灣天氣的影響。而最近發表在《npj Climate and Atmospheric Science》的這個研究，我們利用模式推估資料進一步探討在全球暖化下，臺灣未來夏季午後對流活動特徵與海溫變化的關連性。
臺灣的夏季午後對流活動特徵：未來趨勢
圖2a-d表現了暖化最嚴重情境（RCP8.5）下的四組不同海溫，本研究進行的推估成果，我們發現這些情境都對應到一樣的趨勢：「臺灣的午後對流事件將變少，但降雨強度將變強！」。然而，四組不同海溫情境下的差異，是顯現在臺灣午後對流事件「變化的幅度」上，如圖2e-f所示。東太平洋海溫「較冷」的情境下（類似反聖嬰現象；FC1），其午後對流事件發生頻率，會高於其他情境; 而東太平洋海溫「較暖」的情境下（類似聖嬰現象；FC2），其午後對流事件之降雨強度，會低於其他情境。至於午後對流的總降雨量，則是在東太平洋海溫較冷的情境（FC1）比較暖的情境（FC2）更多。這些發現，強調了在全球暖化下，聖嬰-南方振盪（ENSO）對臺灣午後對流降雨的調節，是不可忽視的！
未來午後對流變化之推估差異：相關機制探討
我們推估在未來全球暖化下，不同海溫的情境，會使得臺灣 (1) 白天海風輻合場的強度變化、 (2)大氣的穩定度變化、以及(3) 水氣傳輸供給的變化存在差異，這些機制是造成臺灣未來夏季午後對流活動變化的主要原因。下午的那場大雨，到底對我們有什麼影響呢？ 有的！ 當雨的強度變大了，水資源管理、減災、防災的規劃，都需要因應而動，而地質條件也變了嗎？地下的構造活動呢？ 這些災害鏈的串連關係與時間、空間特徵，更急需地球科學人才的吸收和培育。
參考文獻
Huang, W.-R., Chien, Y.-T., Cheng, C.-T. et al. The role of sea surface temperature in shaping the characteristics of future convective afternoon rainfall in Taiwan. npj Clim Atmos Sci 6, 198 (2023).
Huang, W.-R., Chang, Y.-H. & Huang, P.-H. Relationship between the Interannual Variations of Summer Convective Afternoon Rainfall Activity in Taiwan and SSTA(Nino3.4) during 1961-2012: Characteristics and Mechanisms. Sci. Rep. 9, 9378, (2019).
英文版簡介連結：https://communities.springernature.com/posts/the-role-of-sea-surface-temperature-in-shaping-the-characteristics-of-future-convective-afternoon-rainfall-in-taiwan
圖 1 臺灣的位置和日對流降雨變化特徵。（a） 臺灣地理位置及夏季低層風場分布。（b） 歷史觀測資料顯示的日降水變化(diurnal rainfall variability; DRV)之空間分布。（c） 歷史觀測資料顯示的日降水最大值發生時間點，以當地標準時間（LST）表示。
圖2. 全球暖化下的海溫分布與臺灣午後對流特徵變化百分比（a）以第1組推估之未來海溫與現今海溫的差異。（b）-（d） 顯示全球暖化下，第2組到第4組海溫與第1組海溫的差異。（e） 第2組到第4組海溫推估之臺灣午後對流的發生頻率與第1組海溫推估出來的結果差異百分比。（f）和（g）類似（e），但分別為臺灣午後對流的降雨強度及總降雨量的差異百分比。
本文轉載自國立臺灣師範大學地球科學系研究亮點，連結如下：https://www.es.ntnu.edu.tw/index.php/2023/12/09/20231209_1/