台灣地區近地面紫外線指數之特徵探討與數值模擬
紫外線為太陽輻射波段中，波長介於100～400 nm之間的光線，其能量約占太陽輻射總量的10%。西元1985年，臭氧洞的發現，迫使人們正視環境議題，也促使民眾更加注意紫外線相關資訊。台灣地區紫外線預報始於1997年，並於2000年完成第四代預報系統。此預報系統主要是使用UVspec模式對晴空狀態之UVI進行模擬，並使用中央氣象局之天氣預報資料，對模擬數值進行修正。本研究將針對台灣地區近地面紫外線的各項特徵進行分析探討，並以模式對台灣地區近地面紫外線進行模擬。 台灣地區紫外線具有夏高冬低、南高於北、東高於西、山地高於平地之變化特性。紫外線變化特徵除受太陽天頂角影響，天氣系統也是左右紫外線強弱的另...
| Main Authors: | , |
|---|---|
| Other Authors: | , |
| Format: | Thesis |
| Language: | Chinese English |
| Published: |
2009
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| Subjects: | |
| Online Access: | http://ntur.lib.ntu.edu.tw/handle/246246/185331 http://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/185331/1/ntu-98-R96229005-1.pdf |
| Summary: | 紫外線為太陽輻射波段中，波長介於100～400 nm之間的光線，其能量約占太陽輻射總量的10%。西元1985年，臭氧洞的發現，迫使人們正視環境議題，也促使民眾更加注意紫外線相關資訊。台灣地區紫外線預報始於1997年，並於2000年完成第四代預報系統。此預報系統主要是使用UVspec模式對晴空狀態之UVI進行模擬，並使用中央氣象局之天氣預報資料，對模擬數值進行修正。本研究將針對台灣地區近地面紫外線的各項特徵進行分析探討，並以模式對台灣地區近地面紫外線進行模擬。 台灣地區紫外線具有夏高冬低、南高於北、東高於西、山地高於平地之變化特性。紫外線變化特徵除受太陽天頂角影響，天氣系統也是左右紫外線強弱的另一項因素。為了解天氣系統之雲雨帶對紫外線的影響，我們將UVspec模式模擬出之實際觀測（Fuv）與晴空理論（Fuv （晴朗無雲））之比值Tr＝Fuv / Fuv （晴朗無雲）定訂為「穿透率」。由結果中我們發現高輻射量則具高穿透率。雲量部分：低雲量具高穿透率，高雲量具低穿透率。雲種部分：低、中雲對穿透率影響大，高雲對穿透率影響則不顯著。 此外，為有效增進目前紫外線預報準確率，我們選用MM5模式模擬出之雲量資料，輸入UVspec模式中進行模擬與修正。希望藉由輸入客觀的模擬資料，取代原先利用天氣預報資料修正晴空模擬數值之方式，減少輸出結果之誤差，增加模式品質。經測試，代入MM5雲量資料所模擬出之紫外線，經二次公式修正後，的確能減少模擬與觀測間的誤差。 Ultraviolet (UV) light is electromagnetic radiation with a wavelength in the range 100 nm to 400 nm. In 1985, the discovery of ozone hole in South Pole forced people to face up to environment protection and health-related effects of UV radiation. The UV forecast system in Taiwan started in 1997. This system used UVspec model to simulate Ultraviolet Index(UVI) in clear sky state, and use Central Weather Bureau (CWB) forecasting data to modify simulation data. This research would analyze characteristics of near ground UV in Taiwan, and tried to use model simulation to improve UV forecasting. There are some features of UV in Taiwan: summer is higher than winter; south region is higher than north region; east region is higher than west region; mountain area is higher than level ground. Besides zenith, weather condition is also an important factor to determine UVI value. In order to know how clouds could affect UVI value, we define transmissivity (Tr), and found out high radiation has higher Tr; low cloud amounts had higher Tr, high cloud amounts had lower Tr; and high clouds had only little effect on Tr. Moreover, for improving the UV forecasting accuracy, we used cloud data simulated from MM5 model, and inputted into Uvspec model to make UV simulation. The results showed using model cloud data with modification formula to replace old method could reduce the error and enhance forecast quality. 目錄 III 紫外線指數介紹 1.1 紫外線簡介 1.2 紫外線指數UVI計算方式 2.3 研究動機與科學目標 5 研究方法與模式介紹 6.1 UVI觀測資料來源 6.2 UVI模擬模式簡介 8.3 模擬方式介紹－穿透率 9.4 模擬方式介紹－紫外線模擬與預報 11.4.1 MM5模式簡介 12.4.2 使用資料 13.4.3 參數估算法 14 UVI氣候特徵 16.1 UVI逐年變化 16.2 UVI逐月變化 18 雲對UVI的影響 20.1 穿透率逐月變化 20.2 穿透率與雲量之關係 23.3 迴歸 25.4 穿透率與雲種之關係 27 模擬結果與修正 29.1 輸入資料 29.2 模擬結果趨勢 31.3 MM5模擬結果與實際觀測結果之差距 33.4 模擬結果修正 35.4.1 完全客觀數值模擬修正 35.4.2 客觀數值模擬加上統計預報修正Ⅰ（目前台灣預報方程） 36.4.3 客觀數值模擬加上統計預報修正Ⅱ（合併晴空模擬雨降雨機率項） 37.4.4 客觀數值模擬加上統計預報修正Ⅲ（合併完全客觀數值模擬修正與統計預報修正方法） 38 結論 41 參考文獻 44目錄2.1.1 台灣地區紫外線測站資料對照表 462.4.3.1 參數估算法各資料範圍與區間取法 473.1.1 台灣地區2001至2008年間，各站迴歸資料 484.1.1 台灣地區2001至2008年間，各站分月UVI與Tr相關係數 494.2.1 台灣地區2001至2008年間，各站最大雲量與其對應平均穿透率 504.3.1 台灣地區2001至2008年間，各站最大雲量資料與穿透率迴歸係數 515.4.1.1 利用5.1式迴歸修正後，各站晴空、中雲及低雲與觀測值迴歸係數 525.4.1.2 利用5.1式迴歸修正後，各站修正結果與實際觀測值相關係數及RMS 535.4.2.1 利用5.2式迴歸修正後，各站晴空模擬值搭配氣象預報資料迴歸後所得各項係數（含雨量預報資料） 545.4.2.2 利用5.2式迴歸修正後，各站修正結果與實際觀測值相關係數及RMS 555.4.3.1 利用5.3式迴歸修正後，各站模擬值搭配氣象預報資料迴歸後所得各項係數 (Ⅰ) 565.4.3.1 利用5.3式迴歸修正後，各站模擬值搭配氣象預報資料迴歸後所得各項係數 (Ⅱ) 575.4.3.2 利用5.3式迴歸修正後，各站修正結果與實際觀測值相關係數及RMS 585.4.4.1a 利用5.4式迴歸修正後，各站模擬值搭配氣象預報資料迴歸後所得各項係數（不含降雨機率參數） 595.4.4.1 b 利用5.5式迴歸修正後，各站模擬值搭配氣象預報資料迴歸後所得各項係數（含降雨機率參數） 605.4.4.2 利用5.4式及5.5式迴歸修正後，各站修正結果與實際觀測值相關係數及RMS 61目錄1.2.1 太陽紫外線光譜內所量度的紫外線強度及「紅斑作用光譜曲線」 621.2.2 受紅斑光譜加權後的總紫外線強度 (紅線內的面積) 622.1.1 台灣地區紫外線測站分布圖。 632.4.3.1 參數估算法流程圖 652.4.3.2 2007年7月澎湖測站之模擬結果與參數估算結果之比較 653.1.1 台灣地區2001至2008年間，各站UVI逐月平均值圖 663.1.2 台灣地區2001至2008年間，各站過量級以上 (UVI≧8) 出現機率的逐年變動情形 663.1.3 台灣地區2001至2008年間，各區過量級以上 (UVI≧8) 出現機率的逐年變動情形。 673.2.1 2001年至2008年逐月平均UVI分佈圖。 683.2.2 a 2001年至2008年逐月UVI「過量級」（UVI≧8）出現機率之分佈圖 693.2.2 b 2001年至2008年逐月UVI「危險級」（UVI≧11）出現機率之分佈圖 704.1.1 2001年至2008年逐月平均穿透率分佈圖 714.3.1 2001至2008年台灣各站穿透率與最大雲量關係圖 734.4.1 2001至2008年台灣各站穿透率與雲量關係圖 745.1.1 a MM5模擬2007年低雲雲量逐月平均圖 755.1.1 b MM5模擬2007年中雲雲量逐月平均圖 765.1.1 c MM5模擬2007年高雲雲量逐月平均圖 775.1.2 2007年TOMS衛星觀測總臭氧濃度逐月平均圖 785.2.1 a 模式模擬晴朗無雲狀態下，2007年份每月UVI最大值平均圖 795.2.1 b 模式模擬加入MM5低雲模擬資料下，2007年份每月UVI最大值平均圖 805.2.1 c 模式模擬加入MM5中雲模擬資料下，2007年份每月UVI最大值平均圖 815.2.1 d 模式模擬加入MM5高雲模擬資料下，2007年份每月UVI最大值平均圖 825.3.1 a 2007年，台灣北部地區各項模擬結果與觀測資料比較圖 835.3.1 b 2007年，台灣中部地區各項模擬結果與觀測資料比較圖 845.3.1 c 2007年，台灣南部地區各項模擬結果與觀測資料比較圖 855.3.1 d 2007年，台灣東部地區各項模擬結果與觀測資料比較圖 865.3.1 e 2007年，台灣山區各項模擬結果與觀測資料比較圖 875.4.1 a 5.1式示意圖 885.4.1 b 5.2式示意圖 895.4.1 c 5.3式示意圖 895.4.1 d 5.4式示意圖 905.4.1 e 5.5式示意圖 915.4.3.1 將晴空模擬UVI代入5.2式與5.3式中修正後之相關係數圖 925.4.3.2 將高、中、低雲模擬UVI代入5.3式中修正後之相關係數圖 925.4.4.1 5.1式至5.3式修正所得模擬值與觀測值相之關係數及RMS圖 935.4.4.2 5.1式至5.5式修正所得模擬值與觀測值相之關係數及RMS圖 94 |
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