台灣高空大氣性質變化之研究

A Study of Variations of The Atosphere Properties Over Taiwan Area 

劉衍淮

壹、序言

　　在上一年度內作者曾搜集到許多台灣高空觀測資料，致力於台灣自由大氣之研究，就台北、桃園、東港、馬公、四地多年無線電探空及無線電測風之結果，檢討台灣氣壓與高度、溫度，對流層頂，濕度，風向風速之平均情況，並依台灣大氣與北韓15°及30°之大氣，作一比較，業已於五十六年十二月在氣象學報第十三卷第四期中發表，為進一步對台灣大氣有更多瞭解，五十七年度乃擇定台灣高空大氣性質之變化為研究專題，於收集到之資料中，研究大氣性質之年中變化，日中變化，以及在冬月夏月所見大氣性質之三日及更多日之週期變化。用於年中變化及日中變化之研究的資料，為台北1955年到1964年之十年無線電探空紀錄，分別刊載於台灣省氣象局編印之民國44年到民國53年高空觀測報告110冊中，在此十年台北高空觀測中，以每日0000 GMT時之觀測為最完全，故取十年平均值以為各氣壓面高度溫度與濕度年中變化研究之根據。
　　1957年六月到1958年十二月之期中，台灣氣象局為配合國際地球物理年加強高空探測，將台北無線電探空，增加為每日四次，即0000，0600，1200，1800 GMT各一次，但0600與1800 GMT之觀測，頗多缺漏，於既有四次觀測日，亦多有一次或多次未達相當高度者，以1957年九月到1958年八月之一年而論，作者在高空觀測報告中僅選出57日有四次觀測可用於高空大氣性質與日中變化之研討，此57日雖散見於1957年九月到1958年八月的12個月中，但各月日數甚形懸殊，少者月中僅有一日之觀測可用，多者月有14日之資料，由於觀測日數分配之不均，故於日中變化之研究，不按月份敘述，而併為四季討論之。每日只有四次觀測，以之討論日中變化，已甚勉強，更以日數太少，分配又不均，故所得結果，不過略示梗概而已。
　　為研究冬夏月份連續日期大氣性質變化之週期性，作者曾就國際地球物理年中國委員會觀測報告中，摘出桃園空軍天氣中心與1959年一月與七月0000 GMT之全部觀測，加以統計分析，以觀察各氣壓面之高度，溫度，與相對濕度等變化之週期性及上下各層之差異等，藉對日常所見天氣變化有所了解。在國際地球物理年與國際地球物理合作組織中國委員會出版之報告中，尚有其他年代與其他地點之高空推測紀錄，惟其中以桃園與1959年者比較完整，故取為研究根據。
　　台灣為我國東南沿海之一大島，然南北長不過300公里，東西最寬一不過110公里，在拙作「台灣自由大氣之研究」中，已見台北、桃園、馬公、東港四地高空大氣性質，以距離不大，所差甚為，故本文僅以台北、桃園二地之觀測資料，代表台灣大氣之一般情況，實亦無大差誤，資列出台北桃園二測站地名號碼，經緯度及高度如下表：
測站　地名號碼　北緯度　東經度　高度（ｍ）
台北　46692　　25°02’　121°31’　8.0
桃園　46697　　25°03’　121°13’　46.0
　　本文所討論之大氣性質，計包括各氣壓面高度，溫度與相對之度之變化。高度係採用重力位公尺(gpm)，台北與桃園二地之緯度為北緯25°，在此一緯度，重力位公尺與幾何公尺數對照如下：
重力位公尺(gpm)　1000　2000　3000　4000　5000　6000　7000　8000　9000　10000　12000　14000　16000　18000　20000　22000　24000　26000　28000　30000　31000
幾何公尺(m)　1002　2003　3005　4007　5009　6012　7016　8019　9022　10027　12036　14046　20084　22100　24117　26135　28154　30174　31180
由表可見重力位公尺與幾何公尺在7000公尺以下，相差不過2‰，在12000公尺相差僅及3‰，在18000公尺僅約4‰，在26000公尺相差5‰。在無線電探空氣流所達最大高度31-32公里，相差也不過6‰。故在對流層中，特別是下部，將重力位公尺，直接視為幾何公尺，差誤無多。
　　文中對大氣各層性質之討論，是以氣壓面或定壓面為準，飛機上的高度表，實即氣壓表，因之，根據高度表所示之一定高度飛行，實即沿一定氣壓面之飛行，各氣壓面之大氣性質，對飛行甚為重要。再則氣壓面高度，在天氣預報上為甚有價值，各預報中心皆根據探空報告，繪製氣壓面等高線圖，以為預報天氣之幫助，等高線也代表等壓線，以500mb等壓面而論，其正常高度約為5800公尺，某區此面為5600公尺，是表示此區需上升200公尺，方達5800公尺之面。氣壓係向上而減，一處高度低，即表示此地氣壓低，高度大就表示氣壓高，風向大致與等高線平行，而風速亦可由等高線之疏密而決定，高度既代表氣壓，故等壓面之高度變化，亦代表等高面之氣壓變化。