國家科學及技術委員會(國科會)大氣學門於113年度起規劃聯合觀測實驗計劃，其主要目的為鼓勵大氣學門之計畫主持人(PI)善用核心設施。並集合學門能量進行策略性整合研究，增加學門在國科會、社會、國際的能見度及提升其影響力。由於大氣邊界層對於許多在台灣的天氣現象之生成、發展及維持扮演了關鍵性角色，且大氣邊界層為人類活動空間與生存環境，其重要性不可言喻。然而，大氣邊界層的觀測資料其實相對缺乏。傳統的觀測方式在沒下雨時常利用施放探空氣球、單點垂直指向的剖風儀、微波輻射儀、光達加上地面測站來蒐集晴空時的資料，下雨時則利用氣象雷達來觀測。但對於想要瞭解與剖析完整的降水過程機制來說，觀測資料仍顯不足。近年來，氣候變遷與極端天氣往往帶來超出人類預期的自然災害，例如今年(114年)丹娜絲颱風登陸嘉義造成大規模停電，另外7月28日在臺灣西南部發生的特殊豪大雨事件，可在短短的幾天內降下相當可觀的雨量。利用先進儀器來蒐集大量的觀測資料，以進行困難且相關的科學議題研究實刻不容緩。


圖一、嘉義晴空大氣邊界層觀測實驗(CABLE-2024)各儀器名稱、維運團隊與站點位置。

本研究團隊於112年夏季開始對劇烈天氣系統的生成、發展與維持機制規劃一系列的分析與研究，初期規劃以了解對流降水發生前的晴空環境條件為重點。因此，經過研究團隊成員(國立中央大學大氣科學學系廖宇慶與林沛練教授、中央研究院環境變遷研究中心陳韡鼐研究技師與劉千義副研究員、國防大學環境與工程學系蔡世樵副教授、國立嘉義大學景觀學系黃柔嫚副教授)的詳細討論後選定嘉義為主要分析觀測場域。團隊成員認為嘉義夏季對流降水旺盛、地形特殊且人口密集，但相對缺乏先進且密集的氣象觀測與相關的科學研究。以多部掃描式都卜勒光達為主，搭配各式可在晴空條件下蒐集大範圍、高時空解析度大氣觀測資料的儀器(圖一)，並使用廖宇慶教授所發展的WISSDOM與TPTRS來建構三維的風場及熱力場。其結果除了可用來進行對流降水前兆的研究，也可應用在模式、衛星驗證甚至航空安全的各類相關分析。以此為概念，本研究團隊獲大氣學門核定進行首次的聯合觀測實驗計畫，實驗名稱為嘉義晴空大氣邊界層觀測實驗(Clear-air Atmospheric Boundary Layer Experiment at Chia-Yi, CABLE-2024)，實驗執行日期為113年8月11日至9月3日，共24天。

本次實驗整合了台灣大氣科學主要的學術、研究及作業單位的儀器，研究團隊包含了文化大學、中央大學、國防大學、嘉義大學、臺灣大學、中央研究院、中央氣象署與空軍氣象聯隊。透過跨單位的共同合作，研究團隊成功的蒐集到在弱綜觀環境條件下9起對流降水事件，且完整紀錄對流降雨發生前晴空大氣邊界層的觀測資料。其中微型探空施放340次，都卜勒光達資料約2100筆，垂直指向光達約20000筆，雷達剖風儀約6500筆，多頻道微波輻射儀11000多筆。參與實驗學生與助理約30名，學門PI約10名。觀測資料經過初步品質管控處理，並進行初步分析，其初步結果於113年9月6日對學門複審會進行專案計劃報告，並於114年2月14日的大氣學門成果發表會進行觀測實驗期中報告。後續觀測資料已正在進行更完整的分析並將提供學門內相關研究人員使用，期以將觀測實驗效益最大化。

在114年2月14日的大氣學門成果發表會時，研究團隊與中高層大氣領域的PI討論了共同進行聯合觀測實驗並結合模式模擬分析的構想。學門對跨次領域研究表示非常支持，整合學門內科學研究能量也將產出不同面向的創新議題。因此，同年4月18-19日與6月9日，針對未來的實驗規劃舉辦了第一次實體與線上的WorkShop。經過許多討論，最後決定於114年7月17日到8月14日於嘉義進行全大氣觀測與模擬實驗(Full Atmospheric Observations and Simulations Experiment, CABLE-FAOSE-2025)。本次實驗規劃透過一系列對全大氣(包含大氣邊界層與太空大氣)的觀測與模擬實驗，各類參與實驗的儀器從10部增加到23部，儀器與維運團隊詳如表圖一(位置如圖二)。

表一、嘉義全大氣觀測與模擬實驗(CABLE-FAOSE-2025)參與儀器與維運團隊列表，其中1.到8.儀器位於圖二之嘉義氣象站(Super Site)。

儀器	維運團隊
1. 多頻道微波輻射儀-1	中央研究院環境變遷研究中心 劉千義老師
2. 雷達剖風儀	國立中央大學大氣科學學系 林沛練老師
3. 微波降雨雷達	國立臺灣大學大氣科學系 陳正平老師
4. 微型探空-1	國立中央大學大氣科學學系 廖宇慶 鍾高陞 張偉裕老師
5. 特高頻雷達閃電觀測系統	國立中央大學太空科學與工程學系 朱延祥 蘇清論老師
6. 太陽無線電波觀測站	國立中央大學太空科學與工程學系 楊雅惠老師
7. NovPod-重力波觀測儀-1	國立中央大學太空科學與工程學系 林映岑老師
8. 大氣電場量測儀	國立成功大學物理學系 陳炳志老師 國立中央大學太空科學與工程學系 郭政靈老師
9. TEAMR 車載式雷達	國立中央大學大氣科學學系 廖宇慶 鍾高陞 張偉裕老師
10. X-band 氣象雷達	中華民國空軍氣象聯隊
11. 掃描式光達-1	中央研究院環境變遷研究中心 陳韡鼐老師
12. 掃描式光達-2	中央氣象署
13. NovPod-2	國立中央大學太空科學與工程學系 林映岑老師
14. 掃描式光達-3	慧技科學有限公司
15. NovPod-3	國立中央大學太空科學與工程學系 林映岑老師
16. NovPod-4	國立中央大學太空科學與工程學系 林映岑老師
17. NovPod-5	國立中央大學太空科學與工程學系 林映岑老師
18. 微型探空-2	中國文化大學大氣與地質科學系 蔡嘉倫老師 國立臺灣大學大氣科學系 郭鴻基老師
19. 多頻道微波輻射儀-2	國防大學環境資訊及工程學系 侯昭平老師
20. All SKY camera	國立中央大學太空科學與工程學系 劉正彥老師 國立清華大學 蕭棟元老師
21. 高空閃電觀測站	國立成功大學物理學系 陳炳志老師 國立中央大學太空科學與工程學系 郭政靈老師
22. 電觀測網	國立中央大學地球科學系 陳建志老師
23. 微型氣象站X13	國立嘉義大學景觀學系 黃柔嫚老師

圖二、嘉義全大氣觀測與模擬實驗(CABLE-FAOSE-2025)各儀器站點位置。

除此之外，於實驗計劃中進行模擬、衛星與資料反演研究工作的老師分別有國立成功大學地球科學系陳佳宏老師(全大氣耦合模式)、中央研究院環境變遷研究中心林傳堯老師(大氣模式)與劉千義老師(衛星、邊界層水氣與穩定度及其發展)、國立臺灣大學大氣科學系楊明仁老師(大氣模式)、中國文化大學大氣與地質科學系張凱威老師(衛星)、國立臺北大學不動產與環境城鄉學系葉大綱老師(水氣反演：GNSS)、國立中央大學大氣科學學系廖宇慶老師(三維大氣動力與熱力場反演：WISSDOM與TPTRS)。此為學門內首次跨次領域的合作，結合大氣與太空的觀測與模擬預期將可對太陽活動、重力波、閃電與對流降水系統的生成、發展、增強之關聯與交互作用進行深入探討。

本觀測實驗與科學研究之亮點為首次大氣學門內跨次領域的研究能量整合，且已蒐集到0728西南氣流特殊豪大雨事件的觀測資料，透過研究團隊堅強的研究能量相信能夠在科學與應用上產出突破性的成果。本觀測實驗也規劃於114年11月8-9日在文化大學與學門核心設施工作坊共同舉辦第二次實體WorkShop，對於資料共享、研究議題將有更多的討論。嘉義全大氣觀測與模擬實驗(CABLE-FAOSE-2025)總計有超過13個學術、研究與作業單位的參與，超過21個PI的全心投入，最重要的是有超過100位的學生、助理們的規劃、排班、值班與觀測。我個人認為本次實驗不僅觀測到令人興奮且重要的資料可用來作為科學研究、應用、預報與防災所用，更重要的是具有學生教育與傳承意義。臺灣大學郭鴻基老師認為「觀測理解劇烈天氣可以改善預報。應對氣候變遷，要改善劇烈天氣預報。台灣氣象隊在努力中！」。為此，透過各類先進且密集的觀測，將可幫助我們朝此目標前進。本實驗結合大氣電場、閃電與重力波觀測、三部掃描式都卜勒光達、研究用車載式雷達TEAMR以及可大量施放的微型探空(本次實驗於22天內施放約370次)。因此，本實驗已經搜集了完整且第一手的資料，將可以對今年豪大雨事件進行深入剖析。透過跨次領域合作來提升劇烈天氣的可預報度，對減少社會經濟損失將有所幫助。早期預警、精準預測風雨。本次實驗非常感謝國科會賴處長、大氣學門周召集人、康博士與核心設施劉老師們的支持，感謝中央氣象署張保亮組長、齊祿祥組長、李育棋顧問、郭宇彥科長、陳燕玲科長、許玉金技正、張耿衡主任、張雅茹技士及給予協助的同仁們。感謝空軍氣象聯隊的全力幫忙，感謝最辛苦的學生與助理。最後感謝給予我鼓勵與幫忙的所有老師們，以及在背後默默支持本實驗計劃的所有人，很開心能遇到大家並一起工作！


圖三、嘉義全大氣觀測與模擬實驗(CABLE-FAOSE-2025)期間國科會自然處賴明志處長與大氣學門周崇光召集人至嘉義各場站進行訪視與指導。