1、梅 雨 研 究 在 台 灣陳泰然國立台灣大學大氣科學系人文與科技講座科學與工程經典系列2001,3,6國立中山大學1圖 1 1975 年 6 月 11 日 2359 UTC（即 12 日 0759 LST/地方時）DMSP（美國國防衛星）紅外線雲圖。梅雨鋒經過台灣北部海面，白色區為雲區，中尺度對流系統在鋒面雲帶內發展。梅 雨 研 究 在 台 灣陳泰然國立台灣大學大氣科學系為什麼要研究梅雨？1975 年初由美返國至臺大大氣科學系任教，即開始思索找尋與臺灣地區有密切關係的大氣研究題目。適逢當年 56 月期間梅雨滯留鋒在臺灣地區徘徊導致長時間連續性下雨（圖 1） ，致使中北部地區第一期稻作之稻禾倒伏
2、浸水，穀粒脫落發芽。此種連續性下雨，對其他農作物亦造成損害。當時印象特別深刻的是，連續性下雨影響成熟稻作收割，政府為使農民損失減輕，一則下令國軍於放晴之日協助搶割，一則下令公賣局收購發芽穀物釀酒。這種災變天氣梅雨，從此吸引了我，使過去二十多年來的研究精力大部份投注到有關臺灣梅雨的天氣與氣候研究問題上。2圖 2 1981 年 5 月 27 日 2300 UTC（即 28 日 0700 LST/地方時）日本 GMS同步衛星紅外線雲圖。梅雨鋒經台灣北部，a, b, c 為中尺度對流系統。註 1 五二八水災降雨量小檔案（一）1981 年 5 月 28 日上午 5-11時之間，桃竹苗地區出現最大時雨量之
3、測站與降雨量。5 時 桃園 51.8 公厘6 時 中壢 50.5 公厘7 時 中壢 51.3 公厘8 時 中壢 50.5 公厘9 時 中壢 51.2 公厘10 時 新竹 88.7 公厘11 時 明德 64.4 公厘（二）上午 4-12 時之間出現 3 小時最大雨量之測站與降雨量。4 - 6 時 桃園 107.2 公厘7 - 9 時 中壢 153.0 公厘10-12 時 新竹 143.5 公厘隨後 1980 年 56 月之梅雨期幾呈空梅現象，導致嚴重乾旱；1981 年 5 月28 日桃竹地區五二八水災 （圖 2） （註 1） ，1984 年臺北地區六三水災及六十水災 ，均導致臺幣百億元級的損失。
4、這些梅雨期間所發生的災變天氣現象，因此成為臺灣地區梅雨研究的主要方向，包括主宰逐日天氣變化的綜觀尺度（synoptic scale）系統，導致豪雨暴洪之中尺度對流系統（mesoscale comvective system; MCSs）（圖 3） （註 2） ，以及有關梅雨正常與否之年際變化（interannual variability）等方面之研究。（1970 年代以前與 1980 年代後，台灣由以農業為主的開發中國家，向以工商業為主的已開發國家轉型，不同天氣現象導致的災害，也跟著轉型，具本土性的大氣科學研究重點，適時調整。）3圖 3 1987 年 6 月 24 日 1500 UTC 至2
5、5 日 0600 UTC（UTC8LST/地方時）之日本 GMS 衛星紅外線雲圖。此為台灣地區中尺度實驗（TAMEX） 實地作業最後一次密集觀測個案（IOP-13） 。鋒面雲帶上之中尺度對流系統幾呈波狀排列，並影響台灣。6月 25 日新竹降雨量 107 公厘，台中 173 公厘。註 2 中尺度對流系統（MCS） 小檔案在大氣裡發生不同時間尺度與不同空間尺度的對流系統，可導致在空間上屬局部性或區域性，在時間上屬陣性或間歇性的對流降雨，並常可導致豪大雨，造成災害。依 Qrlanski 之尺度劃分，水平尺度（即水平範圍）在 2-2000 公里範圍的對流系統，即稱為中尺度對流系統（mesoscale
6、convective systems；MCSs） 。台灣地區導致夏季午後雷陣雨的 MCS 水平尺度常在 2-20 公里，時間尺度0.5-1 小時；春季颮線之 MCS 或梅雨季鋒面雲帶之 MCS 則常有組織性，水平尺度常在 200-500 公里，時間尺度均為 3-12 小時。台灣的梅雨現象4圖 4 台北、台中及高雄於 19561975年間逐日降雨量氣候值（公厘）與 19511970 年間各月平均之日降雨量氣候值（公厘）長江流域中下游一帶，6 月中旬至 7 月中旬的連續性下雨及偏高的雨量，自古即已中外聞名，因此時適為該區梅子成熟，故該段時間的降水現象俗稱梅雨。又因該段期間降雨持續，空氣潮溼，物品容
7、易發霉，故其降水現象亦稱霉雨。類似的降水現象，在日本地區亦甚明顯，唯出現時間約較長江流域者提早半個月，發生在 5 月下旬至 6 月下旬之間。氣候資料顯示，台灣地區之降水量於 5 月中旬至 6 月中旬存在一相當顯著的相對最大值，此最大值在北部達季節雨量分佈的次高峰，愈往南高峰愈明顯，至中南部地區則變成主高峰，如圖 4 所示（陳泰然與吳清吉 1978） ，此期間即為臺灣之梅雨期。臺灣地區各地，56 月降水均有集中在 5 月中至 6 月中這一段期間之現象，圖 5 為 19501980 年 5 月 15 日6月 15 日平均降水量佔 56 月總平均降水量百分比（陳泰然 1983） ，顯見中央山脈以西之
8、梅雨較以東顯著，中南部地區為梅雨最顯著區域，臺灣北部地區為次顯著區域。圖 6 為發生在梅雨季的豪雨事件空間分佈（陳泰然與楊進賢 1998） ，顯見由台南至嘉義阿里山一帶有最大值，台灣西北部新竹地區有次大值，中央山脈以西出現機率較山脈以東為大，顯示中央山脈地形作用在豪雨發生與空間分佈扮演重要角色。5圖 5 19501980 年梅雨季（5月 15 日6 月 15 日）平均降雨量占 56 月總平均降雨量百分比。圖 6 19751984 年 56 月台灣地區各測站 326 次豪雨事件之空間分布。（梅雨為東亞地區特產，在台灣梅雨也極顯著。台灣地方雖小，但氣象萬千，即使在梅雨季，各地出現的降雨量與豪雨出現
9、機率亦有很大差異，中央山脈地形影響大矣。 ）梅雨季的豪雨研究自 1971 年開始，國科會較有計畫的支援與策劃大氣科學研究與發展至今，已有三十年。這期間藉由國科會對於研討會的舉辦與大型研究計畫規劃及執行的支持，提昇了大氣科學的學術研究與氣象預報作業的質量。1976 年國科會主辦第一屆全國大氣科學學術研討會 ，帶動隨後氣象界的研究風氣。該次研討會發表氣象論文 46 篇，頗能反映當時氣象界的研究能量。國科會於 1978 年召開災變天氣研討會 ，引導並鼓勵隨後的基礎研究與應用研究，朝向與民生福祉有關的本土性災變天氣為重點，這些包括：颱風、梅雨、寒潮及乾旱。在該次研討會裡，梅雨季發生的連續降雨與豪雨所導
10、致的災害，已普遍受到氣象界的重視。6圖 7 19701982 年期間梅雨豪雨論文篇數。1981 年 5 月 28 日清晨桃、竹、苗地區五二八豪雨的暴洪造成該地區嚴重的災害（估計財物損失約在新台幣百億元） ，更喚起政府、社會大眾及氣象界對梅雨季豪雨問題的重視。台灣地區的豪雨，除颱風來襲時帶來的之外，主要集中在 56 月的梅雨季。颱風研究的主要問題在路徑，當路徑預報正確時，伴隨的強風、豪雨及暴潮亦將跟隨而至。反觀梅雨季的豪雨，由於目前我們對它了解仍十分有限，故預報能力偏低。陳泰然與謝信良等（1991）針對 1977-1989 年中央氣象局對於颱風與梅雨季的豪雨預報能力所做的評估，發現前者與後者的預
11、報能力技術得分（TS）分別為 0.6 與 0.2（無預報能力的 TS=0，完全正確預報的 TS=1） ，顯示目前急需要基礎研究與預報技術研發的豪雨，主要發生在 5-6 月的梅雨季。（氣象災害在哪裡，問題就在哪裡，大氣科學的研究重點也就在哪裡。大氣科學研究可增進對大氣的了解，並可改進預報技術，以減少災害損失。 ） 台灣地區中尺度實驗 （TAMEX ）的執行為了能將國內大氣科學研究成果納入實際氣象預報作業，陳泰然（1985a）完成 1967-1983 年期間約 450 篇論文或研究報告的分析、摘述及評註（由俞家忠、王時鼎及劉廣英等協同主持） 。其中有關梅雨豪雨的期刊論文及研討會論文逐年分佈，如圖
12、7 所示，顯示研究成果雖有隨時間緩慢增多趨勢，但期刊論文的數量仍有限，特別是國際期刊論文，更是鳳毛麟角。由於1981 年的五二八豪雨導致桃竹苗地區重大災情，因此 1982 年我們在國科會大型防災研02468101970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982年 代篇數 國 內 期 刊國 際 期 刊02468101970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982年 代篇數 國 內 研 討 會國 際 研 討 會7註 3 TAMEX 計畫小檔案
13、1. 1982 NSC 推動防災科技計畫。2. 1983 TAMEX 計畫向 NSC 提出。3. 19831986 TAMEX 規劃階段中方：5 學術單位+3 氣象作業單位（40 位專家學者）美方：15 所大學+4 研究單位（50位科學家）4. 1987, 5/16/30 TAMEX 實地作業中方：4 所大學+11 政府單位（80位科學家1000 位技術人員學生）美方：11 所大學+NSF, NCAR+NOAA+NRL（75 位科學家研究人員學生）高空、地面、船舶、雷達、飛機、衛星5. 19881992 後續研究基礎研究：學術論文+人才培育（碩、博士）應用研究、技術研發、作業化研究：1992
14、Post-TAMEX 預報實驗+WINS 系統應用究之規劃專案下，提出劇烈中尺度暴雨試驗計畫構想 ，次年完成台灣地區春至初夏之局部性豪雨研究 （吳宗堯與陳泰然 1983 ） 。在 1987 年 5-6 月進行台灣地區中尺度實驗 （Taiwan Area Mesoscale Experiment; TAMEX）之實地作業之前，先後完成劇烈區域性豪雨觀測與分析實驗計畫之可行性研究（陳泰然 1985b） 、 劇烈區域性豪雨觀測與分析實驗計畫之先驅研究（陳泰然與吳宗堯 1985）及台灣地區中尺度實驗 （TAMEX）之實驗設計（陳泰然 1986） 。在 TAMEX 實地作業進行兩個月密集觀測，收集到寶貴
15、完整的資料之後，國內外氣象界更利用隨後 5 年期間進行後續研究。為將科學成果應用於改進豪雨預報，國內外氣象學者、專家並於 1992年 5-6 月，利用中央氣象局建置的即時預報系統（Weather Integration and Nowcasting System; WINS） ，進行為期兩個月的Post-TAMEX預報實驗 。這個為期十年的國際大型整合研究計畫（註 3） ，於 1993年召開國際中尺度氣象研究與 TAMEX 計畫檢討與評估研討會 （International Workshop on Mesoscale Research and TAMEX Program Review）與陳泰然
16、與謝信良（周仲島、陳台琦、張隆男、李清勝、陳來發、蕭長庚等協同主持）完成台灣地區中尺度實驗計畫之整體檢討與評估報告之後，乃告一段落。（大型研究靠團隊，團隊的專業分工與專業合作是成功的必要條8圖 8 1990 年 4 月美國氣象學會會刊（Bulletin of American Meteoro- logical Society）選擇台灣地區中尺度實驗 活動做為封面。件；完整的規劃與徹底的執行，是成功的保證。 ） 台灣地區中尺度實驗 （TAMEX ）的影響TAMEX 實地密集觀測作業的成功，具有權威性的美國氣象學會會刊除有專文報導外，並選擇 TAMEX 活動做為 1990 年 4 月號封面主題（圖
17、 8） 。部分科學研究成果，並在 1991 年 11 月於美國氣象學會出版的權威性學術期刊逐月天氣回顧 （Monthly Weather Review）以專刊形式發表。依陳泰然與謝信良（1993）對 TAMEX 的檢討、評估報告所收集 1988-1993 年期間梅雨 豪雨論文篇數（圖9）顯示，由於 TAMEX 計畫的執行，使梅雨豪雨的研究蓬勃發展，並將本土性、區域性氣象問題帶到國際氣象學術舞台。整體而言，前後十年（1983-1993）的國際大型整合合作計畫台灣地區中尺度實驗 ，開闢我國中尺度氣象與豪雨之新研究領域。此計畫研究成果對於梅雨季豪雨的了解與預報技術的精進，獲得國際氣象界的重視、肯定及
18、推崇，不但提昇我國氣象學術研究之國際地位，也為9我國大氣科學界躋身世界先進氣象科技領域開創新紀元。總結此為期十年的跨國大型實驗研究與後續的研究發展，在學術理論研究方面，共培訓了二十多位中、外博士、五十多位碩士和將近百篇的學術期刊論文，並衍生出中央氣象局 WINS 系統，使氣象預報作業可以掌握短暫、快速的氣象變化，提供氣象災害防制的預警，對我國的國計民生、經建發展裨益甚鉅。（若基礎研究的結果具有應用價值並能推廣，對社會國家將更有意義，這種研究工作才能生根，也將更具生命力。 ）台灣地區中尺度實驗之後TAMEX 計畫完成之後，對於豪雨的基礎研究與預報技術的開發研究並未中斷，氣象界並開始思考、探討與大
19、陸氣象界進行學術合作研究梅雨豪雨的可行性，以突破 TAMEX 實地作業密集觀測僅侷限於台灣地區之空間限制。目前， 豪雨研究群由台大大氣科學系周仲島教授擔任總主持人，在國科會支持之下繼續從事基礎研究，國家型防災計畫支持的台灣地區豪大雨預報研究群 ，則在中央氣象局副局長紀水上博士擔任總主持人之下，針對梅雨季豪（大）雨的預報技術繼續從事研發工作。此兩研究群於 1998 年 5-6 月與國際合作的南海季風實驗 （South China Sea Monsoon Experiment; SCSMEX）同步，執行1998 年梅雨季豪雨實驗 （MYEX98） ，並與大陸在同期所執行的海峽兩岸及鄰近地區暴雨試驗研究 （HUAMEX） ，進行學術研究的良性互動。圖 10 為MYEX98 實驗期間於 6 月 5 日清晨 7 時的 GMS 紅外線雲圖，在台灣海峽南部、036912151988 1989 1990 1991 1992 1993年 代篇數 國 內 期 刊國 際 期 刊01020304050601988 1989 1990 1991 1992 1993年 代篇數 國 內 研 討 會國 際 研 討 會圖 9 1988-1993 年期間梅雨豪雨論文篇數。
