Observation and Derivation of Land Surface Parameterization over Taiwan and Model Implementaion for a Newly Developed Mesoscale Model

地表參數的表現在氣候及氣象模式中極為重要。而目前國外的參數化方法，主持人發現，應用在台灣之結果，一般可感熱會高估，造成氣溫模擬過高(Tsuang and Tu, 2002)。另國外所提供之氣動粗糙度一般過小，造成風速模擬過快(Tsai and Tsuang, 2005)。主持人過去5 年，已發表了相關研究期刊論文達5 篇，利用繫留氣球、紊流協變儀等觀測資料，或反演等方法求取中部地區等參數(Tsuang and Tu, 2002; Tsuang, 2003; Tsuang et al.,2003; Tsuang 2005, Tsai and Tsuang 2005)。本計畫主要目的是希望能建立全台灣之資料庫，進而整合入WRF 區域氣象模式。此研究計畫將有以下五個工作方向。第一、利用主持所發展之反演方法，建立一個全球尺度的地表蒸散阻抗參數資料庫，以與國際接軌，並與德國MPI 合作，互相學習好的參數化方法。第二、組裝可移動式觀測實驗站，以觀測台灣各地區粗糙度及蒸散阻抗。第三、建立台灣地區1km 解析度之粗糙度資料庫，並與氣象局洪景山博士合作，應用於WRF 模式比較其是否改善風速模擬模式表現。第四、發展適用台灣地區之地表參數模組(Land surface scheme) (LSS)，與氣象局洪景山博士合作植入WRF，比較對氣溫、海陸風及山谷風之改善情形。第五、最後將通量等觀測設備，長期架設中興大學惠蓀林場位於2000 公尺海拔之60 米鐵塔上，作長期觀測，以便探討佔台灣近40%面積之主要原生樹年際變化之相關參數，如含水率等對地表各通量之影響。並加入國際之Fluxnet觀測網(http://daac.ornl.gov/FLUXNET/)，以與國際接軌。主持人目前有四位博士生、六位碩士生，有充足之人力足以完成相關之工作。亦請審查委員能協助相關經費之需求。希望三年內可以建立台灣之重要大氣陸地下邊界之參數化過程包含觀測，並整合入WRF 之模式中，方便台灣之研究團隊及氣象單位使用使用

臨近縣市焚化爐排放廢氣對南投縣空氣品質影響調查研究計畫

南投縣受東邊山脈屏障阻檔，因此當氣流由西向東傳輸會因山脈阻擋，造成風速減弱。且近年南投縣西鄰縣市有新焚化爐設立，使得西邊沿海工業區與都會區排放的污染物及臨近縣市焚化爐產生的廢氣有傳輸致南投縣境內，並照成空氣品質不量之虞，進而對當地民眾的健康造成危害。因此本研究團隊藉實際採樣和模式結果，整合探討臨近縣市焚化爐排放廢氣對南投縣境內空氣品質的影響。戴奧辛於碧峰、竹山和惠蓀三次測站採集之毒性當量濃度分別為0.11、0.17和9.46×10-3 ng I-TEQ/m3，其結果也都和相同地區之特性一致。在污染源判定的特徵指標部份，碧峰和竹山兩測站之特徵指標均發現焚化爐和交通是主要的戴奧辛源；此外，由戴奧辛特徵指標也可發現和燒結爐、電弧爐和二次鋁精煉廠等戴奧辛源的排放指標相同，故南投縣境內也有可能受焚化爐和交通源之其他污染源影響。在模式部份，經由模式模擬出的結果初步看出，在東北季風盛行季節較容易將污染物帶往南投縣境內。以烏日焚化廠及林內焚化廠模擬狀況下，可直接由順軌跡煙流濃度圖看出，排放源烏日及林內焚化廠鄰近地區出現較高的戴奧辛濃度，沿著模擬期間風場的方向在該地區出現地面濃度高值。即時模擬焚化爐排放戴奧辛傳輸方面，在污染源附近以同心圓的方式向外擴散，而影響較遠的地方在南投、竹山等ㄧ帶山區，貢獻濃度最高有0.01 pg I-TEQ/m3。雖然模擬出的戴奧辛和實際採樣濃度有段差距，但因模式模擬出北風或東北風有較高戴奧辛貢獻時，實際採樣結果都發現濃度都有明顯上升，且藉戴奧辛採樣結果之特徵指標仍可發現南投縣境內可能受臨近縣市焚化爐排放戴奧辛影響，故南投縣境內空氣品質可能受臨近縣市焚化爐影響，其影響程度可能較小

Observation and Derivation of Land Surface Parameterization over Taiwan and Model Implementaion

Land is the major component of the climate system, but it inclusion in climate models isstill relatively simplistic. More realistic treatments of land processes and a fuller appropriatedataset are current research objectives. Some Land surface scheme (LSS) parameters, such asalbedo, fraction of vegetated cover, leaf area index, etc., can be measured (estimated) at boththe patch scale and the large scale (via remote sensing), and the relationship between theirarea-averaged values at patch and large scales is linear. However, other parameters such assoil hydraulic conductivity, stomatal resistance, aerodynamic resistance, etc., are not easilymeasured at the relevant scales, and their relationship at different scales is less simple.The main work in this project will be divided into five items and completed within threeyears: 1) Construction of NCHU flux tower over urban areas to observe the fluxes betweenthe atmosphere and the underlying surface and the meteorological data , 2) Derivation of landcharacteristics, including roughness length for heat, albedo, surface emissivity, area heatcapacity, canopy resistance and Bowen ratio using the observed data of N. Tongyen Mt.,NHCU and TFRI, 3) Development of a 1-km resolution dataset of roughness length formomentum and heat based on observations and its relationship to landuse types, andImplementation the roughness dataset for use in WRF under the cooperation with CWB, 4)Construction of long-term observation sites for soil moisture and development of hydrologicalrunoff model applied to the complex terrain in Taiwan, and 5) Development of a localizedland surface scheme (LSS) for use in WRF based on observation in Taiwan.地表真實質的觀測(例如各能量通量與土壤函水率等)及地表參數的表現在氣候及氣象模式中極為重要。而目前國外的參數化方法，主持人發現，應用在台灣之結果，一般可感熱會高估，造成氣溫模擬過高(Tsuang and Tu, 2002)。另國外所提供之氣動粗糙度一般過小，造成風速模擬過快(Tsai and Tsuang, 2005)。主持人過去5 年，已發表了相關研究期刊論文達5 篇，利用繫留氣球、紊流協變儀等觀測資料，或反演等方法求取中部地區等參數(Tsuang 2005, Tsai and Tsuang 2005; Tsai et al., 2007; Tsuang et al., 2008a, 2008b;Tsai et al., 2009a, 2009b; Tsuang et al., 2009)。本計畫主要目的是希望能建立全台灣之資料庫，進而整合入WRF 區域氣象模式。此研究計畫將有以下五個工作方向。第一、將渦流協變性系統、長短波輻射計和溫溼度計等觀測設備架設於中興大學校園土木環工大樓樓頂(距地高約27 公尺)進行長期觀測，以記錄台灣地區大型都會區近地表各種氣象及通量資料。第二、利用北東眼山通量塔(森林地區)、中興大學都會區通量塔(都會區)及霧峰農試所通量塔(農作物區)觀測資料推估台灣地區不同地貌的地表特徵值，包括地表阻抗、返照率、地表放射率、area heatcapacity 和Bowen ratio 等以提供大氣模式下邊界條件。第三、推估不同地貌熱粗糙度(roughness length for heat, z0T)的大小及其與地表粗糙度(z0m)之關係式。進一步完成台灣地區1km 解析度之各種粗糙度資料庫，並應用於WRF 模式比較其是否改善各能量通量模擬的模式表現。第四、建立不同地貌的土壤函水率長期觀測站，並更新台灣地區土壤含水率的分布特性，發展適合台灣地區複雜地貌和地形的地上水/地下水傳輸模式。第五、發展適用台灣地區之地表參數模組(Land surface scheme) (LSS)，與氣象局洪景山博士合作植入WRF，比較對氣溫、海陸風及山谷風之改善情形。最後主持人目前有一位博士後研究員、一位博士生(預定2009 年底畢業)、一位專任助理、二位碩士生投入相關研究之工作。亦請審查委員能協助相關經費之需求。希望三年內可以完整建立台灣地區重要大氣陸地下邊界之參數化過程包含觀測，並整合入WRF 之模式中，方便台灣之研究團隊及氣象單位使用

Surface Fluxes Experiment in South China Sea Region-Observation and Regional Climate Model Application (II)

ECHAM 是目前公認最出色的全球氣候模式之一，並且經常被應用於聖嬰現象以及二氧化碳增量問題的探討，REMO 則是與ECHAM 有相同物理機制的區域氣候模式。ECHAM 模式模擬之降雨量、蒸發量搭配河川逕流模組，已被證明所模擬之長江、黃河及全球主要河川之流量與觀測資料接近，而此一模組結合海洋模組可於不同的接析度下穩定的模擬全球大氣及海洋變化，其結果與觀測值亦相當接近。計畫主持人以及參與的研究人員在過去幾年間發展了一個可以與ECHAM 與REMO 結合而且考慮雪/冰的水體模式（SiT），並且成功的應用在模擬裏海的水溫變化。本計畫將以ECHAM/MPI-OM 耦合模式搭配海洋模組與REMO/SiT及河川逕流模組針對南中國海進行模擬，計畫執行期間並將發展碳循環的模組，以瞭解南中國海與區域氣候的關連以及區域內如水壩建立與流量改變後，對南中國海之海溫、鹽份的影響。除了模式的模擬，本計畫也將與其他子計畫一同於海上進行實驗觀測，以Eddy CovarianceSystem 量測近海面的水氣與熱通量，以空飄汽球來量測近地表風場、溼度及溫度的垂直剖面結構，此觀測結果搭配其他子計畫所觀測海面下溫度、鹽度及海流的垂直剖面結構將有助於模式的校正與驗證

Surface Fluxes Experiment in South China Sea Region-Observation and Regional Climate Model Application and Development (III)

南海是世界上最大的邊緣海之一，其北側緊鄰亞洲大陸而南側則緊鄰海洋性大陸，密集的低壓系統操控東亞的夏季季風系統，為一個氣候上極敏感的地區，這種複雜的環境，使其成為在研究陸地、海洋、大氣交互作用及和全球環境變遷有關的問題上重要地區之一。計畫主持人以及參與的研究人員在過去幾年間發展了一個考慮雪/冰的水體模式（SiT），並且成功的應用在模擬裏海的水溫變化。本計畫目前正以全球氣候模式ECHAM/MPI-OM耦合模式搭配海洋模組與區域氣候模式REMO/SiT針對南中國海進行模擬，本計畫將持續發展碳循環的模組，以瞭解南中國海與區域氣候的關連以及區域內如水壩建立與流量改變後，對南中國海之海溫、鹽份的影響。除了模式的模擬，本計畫也將與其他子計畫一同於海上進行實驗觀測，以Eddy Covariance System搭配三維加速/角速度計及磁羅盤量測近海面的水氣、熱及CO2通量，並同時收集近地表風場、溼度及溫度的資料，此觀測結果搭配其他子計畫所觀測海面下溫度、鹽度及海流的垂直剖面結構將有助於模式的校正與驗證

Study the Emission of Green House Gas in Land Fill Site. I. Measuring the Mean Vertical Flux of Water Vapor and Methane by Using the Aerodynamic Approach

控制溫室效應已成為國際間之共識,各國將於 今年六月在巴西簽署控制溫室效應氣體的公約. 溫室效應氣體除了CO/sub2/外還有CFC, CH/sub 4/, N/sub 2/O等氣體.其中CFC目前已列入蒙特婁公約之管制 將於這世紀前全面禁止使用.CO/sub 2/之減量需牽 涉到能源使用型式之改變或生活型態之改變,可 行性有相當之阻力.N/sub 2/O之減量,因其使用量過 少實質幫助不大.因此目前最可行的,而且阻力最 少的除CFC外,就是從甲烷著手.台灣地區甲烷之排 放主要是垃圾場及水稻田.從垃圾場中回收(利用) 甲烷不但可減少溫室效應氣體之排放,而且可用 來發熱發電.但過去我們對垃圾場中甲烷排放之 估算法,誤差極大,因此在這研究我們將以內湖掩 埋場為對象,使用三種方法對掩埋場中CO/sub 2/及CH /sub 4/的排放量作量測