以垂直剖面氣象場及輻射資料計算地表粗糙度之研究

Abstract

本研究的目的在以垂直剖面氣象場及輻射資料來計算於大氣中 性、穩定及不穩定狀態下之地表粗糙度。研究地點分別在南投縣敦 和國小、新莊國小、彰化縣芬園鄉茄荖國小、台中市中興大學及台中縣梧棲鎮梧棲國小等地區進行，以繫留探空氣球及自設地面氣象站收取大氣垂直剖面氣象場及輻射資料，並假設在大氣中性狀態下，以風速、位溫及Monin-Obukhov Length(L)公式配合Bowen ratio method計算地表粗糙度。 結果分析於南投縣敦和國小的地表粗糙度為0.77公尺，標準偏差為0.21公尺，Zero-plane displacement(d0)約為10.6公尺，標準偏差為1.342公尺；於新莊國小的地表粗糙度為0.43公尺，標準偏差為0.48公尺，Zero-plane displacement(d0)約為8.85公尺，標準偏差為0.66公尺；於茄荖國小的地表粗糙度為0.33公尺，標準偏差為0.22公尺，Zero-plane displacement(d0)約為11.71公尺，標準偏差為1.49公尺；於中興大學的地表粗糙度為0.94公尺，標準偏差為0.58公尺，Zero-plane displacement(d0)約為29.22公尺，標準偏差為2.68公尺；於梧棲國小的地表粗糙度為0.78公尺，標準偏差為0.37公尺，Zero-plane displacement(d0)約為11.73公尺，標準偏差為0.67公尺。 將結果與國外學者所建議之結果相比較發現以本研究理論所計算的地表粗糙度皆在合理範圍內，但是仍需要更多高品質的垂直剖面氣象場及輻射資料來進行驗證。中文摘要Ⅰ 目錄Ⅱ 表目錄Ⅳ 圖目錄Ⅴ 第一章 前言1-1 1.1研究緣起1-1 1.2研究目的1-2 第二章 文獻回顧2-1 2.1 風之垂直變化結構2-1 2.2地表粗糙度之量測方法2-2 2.3風場資料的篩選標準2-8 第三章 研究理論與實驗方法3-1 3.1 相似理論3-1 3.2地表熱通量平衡式3-3 3.3 能量收支理論3-6 3.3.1 Bowen Ratio之量測3-7 3.4 真實潛熱通量之推估3-8 3.4.1 由探空觀測資料推估3-8 3.4.2 由Bowen Ratio觀測推估3-9 3.5繫留氣球方法3-9 3.6計算地表粗糙度3-9 3.7 實驗方法3-13 3.8實驗設備3-15 第四章 案例研究4-1 4.1草屯地區4-1 4.1.1地理環境4-1 4.1.2適應距離(fetch)4-2 4.1.3方法驗證4-2 4.1.3.1大氣中性狀態4-2 4.1.3.2 大氣不穩定狀態4-4 4.1.3.3 大氣穩定狀態4-4 4.1.4 敦和國小鄰近區域之地表粗糙度4-6 4.1.5 新莊國小鄰近區域之地表粗糙度4-8 4.1.6 茄荖國小鄰近區域之地表粗糙度4-10 4.2 台中地區4-11 4.2.1地理環境4-11 4.2.2 適應距離(fetch)4-12 4.2.3 台中地區之地表粗糙度4-12 4.3 梧棲地區4-14 4.3.1地理環境4-14 4.3.2適應距離(fetch)4-15 4.3.3梧棲地區之地表粗糙度4-15 第五章 討論5-1 5.1 風向5-1 5.1.1 草屯鎮敦和國小5-2 5.1.2 草屯鎮新莊國小5-3 5.1.3芬園鄉茄荖國小5-4 5.1.4台中市中興大學5-6 5.1.5 梧棲鎮梧棲國小5-8 5.2 大氣穩定度5-11 5.3計算發散的原因5-14 5.3.1 風速5-14 5.3.2 風向5-15 5.4 地表粗糙度之合理性5-16 第六章 結論與建議6-