臺灣探空及不同海拔高度地面氣象測站觀測之高對流層增溫趨勢

112年07月08日

【本篇報導由地理學系  洪致文教授研究團隊提供】 　　近幾十年來，許多研究藉由模式模擬或分析衛星觀測、重分析資料後，提出熱帶西太平洋對流層上層出現顯著的暖化趨勢。上述間接分析方法常為過去研究使用，然而本研究採用不同的方式，利用臺灣的地面氣象觀測與探空資料，研究臺灣上空對流層內不同高度在全球暖化情況下的溫度長期變化。地面觀測的結果顯示高海拔地區的溫度上升較低海拔處更多，而探空觀測結果指出對流層上層的暖化趨勢更明顯，尤其在400hPa至250hPa之間出現增溫幅度最大值。該高空增溫在北半球冬、春季時更加明顯，然而強烈的暖化趨勢並沒有隨高度上升延續至對流層頂附近。此外，臺北盆地地表也明顯變暖，本研究推測可能與人為活動快速發展形成的都市熱島效應有關。由於臺灣位處熱帶西太平洋的邊緣，因此該發生於臺灣上空的高對流層暖化情況，尤其是在12月至3月期間的變化，很可能是肇因於先前其他研究提出過的輻射和非輻射過程所造成。   　　近幾十年來，人們逐漸意識到全球暖化帶來的風險及極端氣候所造成的危害。不同於過去一些研究藉由模式模擬，或使用衛星觀測、重分析資料進行分析，本研究使用臺灣的地面及探空觀測數據（如圖1、圖2），以了解不同海拔高度/氣壓層的溫度長期變化趨勢。分析方法為計算各研究年份，不同高度站點的溫度年平均和季節平均值，並將冬半年定義為11月至次年4月，夏半年為5月至10月。此外，將測站依海拔高度區分為不同的高度組別，以呈現對應的氣候資訊。臺灣地面觀測的結果顯示，高海拔地區的大氣環境比起低海拔地區，對於全球暖化更為敏感，且季節平均溫度的分析顯示最明顯的的增溫趨勢發生於北半球冬季至春季。 　　除了地面觀測數據以外，本研究也分析臺北和花蓮的探空觀測數據，藉由將不同的氣壓高度層區分成數個組別，以了解臺灣上空對流層內不同氣壓高度的溫度長期變化趨勢。整體而言，臺北和花蓮兩地上空的高層大氣暖化趨勢皆比起低層大氣更為明顯，而臺北盆地近地表的快速增溫可能為人類活動及城市快速發展形成的都市熱島效應所致。這兩地皆在400hPa和250hPa之間的對流層上層大氣出現最明顯的暖化，且在12月至次年3月期間暖化會進一步加劇，意味著高層大氣，尤其是對流層上層，會更容易受到全球暖化的影響，然而上述陡峭的溫度上升趨勢並沒有在200hPa至150hPa間的更高層大氣發生。換言之，在靠近對流層頂的高層大氣，過去幾十年來溫度僅略升高，而其下的大氣則出現了明顯的暖化。 　　此外，本研究也分析重分析溫度資料，整體而言其結果與探空觀測所見頗為類似，然而兩者仍有些許差異。在重分析資料的結果中，400hPa至250hPa的對流層上層也出現快速變暖趨勢，然而其與觀測數值相比有明顯的低估情況。至於200hPa至150hPa間的高層大氣方面，重分析資料雖也顯示該高度區間出現明顯暖化，然而其升溫率被明顯高估。在1000hPa至500hPa的低層大氣方面，重分析資料的結果顯示各氣壓層的增溫率皆非常類似，這可能歸咎於進行區域網格平均時，會受限於臺灣周圍空間網格點數不足的情況。由此可知重分析資料應用於小區域大氣研究時的限制，也證明了地區性觀測資料的重要性及其在獲得更準確地區氣象數據方面的優勢。 　　早先其他研究發現熱帶對流層上層暖化可由兩種機制造成：非輻射和輻射過程。前者與深對流的變化有關，後者作為主要貢獻項並與海洋的動力過程和蓄熱有關。由於臺灣位於西太平洋北回歸線附近，意味著本研究所見對流層高層暖化現象的成因應與前述的非輻射和輻射過程有關。 圖1：探空氣球近照   圖2：中央氣象局位於臺北氣象站（高空站）/板橋氣象站（地面站）的觀測地點（新北市板橋區大觀路2段265巷62號），於1972年設立之後，歷經了將近五十年的歲月，在2022.12.31.晚上12Z放了最後一顆探空氣球後，於隔日搬遷至位於新北市新店區莒光路29號之新北園區(原氣象儀器檢校中心)，並改稱為「臺北氣象站新北站區」，簡稱「新北氣象站」。在板橋施放探空氣球的最後一天晚上，研究者有幸見證了這歷史性的一刻，也做了簡單的紀錄！     原文出處： Hung, C. W., & Shih, M. F. (2021).Warming trends of the upper troposphere in Taiwan observed by radiosonde and surface meteorological stations at various altitudes. Atmosphere, 12(8), [1070]. https://doi.org/10.3390/atmos12081070