從高解析度模擬解答熱帶島嶼山區多峰午後對流的複雜機制

臺灣高密度雨量觀測網資料顯示，島嶼山區在夏季午後對流中存在多個降水峰值，有別於過去研究認定的單峰值特徵，顯示島嶼地區的午後對流可能隱藏更複雜的物理過程。為深入了解這些多峰值特徵背後的成因，臺大師生設計研究結合理想化的海洋–平原–山脈地形設計，透過大渦模擬解析熱帶山區多峰日間降水的形成機制。這項研究由臺大大氣科學研究所博士生王毓琇擔任第一作者，通訊作者為副教授陳維婷，並由教授吳健銘團隊提供自行研發的向量渦度方程模式 (Vector Vorticity Equation Model, VVM) 支持，研究成果已發表於《npj氣候與大氣科學》npj Climate and Atmospheric Science。

臺灣豐富的對流現象與密集的氣象觀測資料，為研究島嶼複雜地形的午後對流提供絕佳的題材。研究中採用的向量渦度方程模式具備高達100公尺的解析度，能精確捕捉地形加熱差異所驅動的紊流與海陸山谷風等局地環流細節。模擬結果成功重現地形鎖定的降水存在兩個顯著峰值，第一峰主要受對流可用位能 (CAPE) 驅動，第二峰則由島嶼尺度局地環流傳送的低層濕靜能 (MSE) 驅動，進而增強降水強度。此外，研究也發現對流降水對於環境的敏感性與過往預期不同，在較乾燥的自由大氣條件下，局地環流可更有效加強第二峰的降水強度。第一峰對流可以調整環境濕度和能量分佈，進而影響第二峰對流的強度與結構，顯示對流與環境間的交互作用在極端降水事件中的重要性。

這項研究為理解熱帶島嶼複雜地形午後對流提供全新視角，並對未來研究氣候變遷對極端降水的影響具有重要意義。未來，研究團隊計畫進一步將模擬與真實地形結合，搭配實地觀測數據，進行更深入的驗證與分析，為應對極端天氣挑戰提供更準確的科學依據。

此研究由國科會及教育部深耕計畫提供資助，並運用國家高速運算中心與中央氣象署的高效能計算資源完成模擬。

研究成果全文：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00884-y