臺灣大學大氣科學系 陳維婷助理教授

　　雲和降水在全球水循環中扮演關鍵的角色，雲和降水的變化反映了環流的改變，並且能進一步造成大氣輻射與潛熱收支變化，影響整個氣候系統的能量平衡。若能準確預測未來氣候中雲和降水的變化，不論是對瞭解氣候變遷或進行水資源管理都將會極有助益。

　　可惜現有氣候模式對雲和降水的掌握能力仍未臻理想，這也是造成未來氣候預測中種種不確定性的主要來源之一，針對模式中對雲與降水相關過程的處理，各國發展全球氣候模式的研究單位都正積極進行校驗與改正。隨著近二十年來氣象、環境相關衛星技術的進步，累積了許多寶貴的觀測、反演（retrieval）資料，多數衛星掃瞄都能在週期內覆蓋全球或大範圍區域，正好補足了以往地面與探空實地觀測在空間上的侷限性，提供氣候模式更多比對校驗的基準。

　　我在2009-2012年加入NASA JPL研究團隊進行博士後研究，重點方向即是透過分析應用衛星資料，來幫助診斷驗證氣候模式對雲和降水模擬的偏差。我們主要使用CloudSat衛星上酬載的雲剖雷達（Cloud profiling radar），取得雲中固態水的垂直分布狀態，並且運用反演得到的冰相粒子粒徑譜，進一步推估「懸浮的雲冰」與「掉落中的降水粒子」（包含降雪與軟雹）兩者之間的比例（如Figure 1），不論是具有詳細冰相微物理過程的全球雲解析模式（例如美國Goddard center發展的fvMMF模式），還是只有簡單冰雲過程的全球氣候模式（如歐洲的ECMWF IFS模式），都可運用我們所分析推估的衛星資料結果進行比對驗證（Chen et al., 2011）。以往衛星觀測只能提供雲和降水在所有高度累加後的水平空間分布，CloudSat所揭露的垂直解析資料，包含雲的詳細垂直結構，以及雲水與降水在不同高度中的轉換情形，正是改善模式中成雲降水過程的必要資訊。

　　Cloudsat衛星是NASA A-Train衛星陣列中的一員，與其他四顆衛星排列在同一軌道上，在十分鐘間隔內逐一掃過同一位置，提供大氣與地表其他重要參數的觀測資料，然而各探測儀器在掃瞄角度與解析度上差異甚大，我們也透過詳細的共同定位計算，將CloudSat的雲水降水垂直結構與A-Train中其他儀器反演取得的大氣溫濕度、氣膠、雲、降水強度、輻射通量等資料結合，得到雲與周遭大氣環境熱力、動力條件的綜合資訊，如同完整的氣球探空觀測卻能覆蓋全球，未來希望利用此共同定位資料，詳細分析不同環境中的成雲降水過程，幫助氣候模式進行更多修正發展，增進對未來氣候預測的信心與準確度。

Figure 1 （左半）每筆CloudSat雷達回波資料都可反演出冰相粒子的粒徑譜（ice particle size distribution），選取150微米做為粒徑分界（Dc），分別對粒徑譜左右積分，即可得到懸浮中的雲冰（即直徑小於150微米的偏小粒子，綠色面積代表的部分），以及掉落中的降水粒子（即直徑大於150微米的較大粒子，包含降雪與軟雹，藍色面積代表的部分）的質量濃度（IWC）。（右上）將此CloudSat粒徑分析資料進行統計，得到雲冰與降水粒子質量在各緯度的平均垂直分布，可與全球模式進行比對，（右中）具有詳細冰相過程的fvMMF模式，能夠針對雲冰、降雪與軟雹的質量分別輸出結果，經過類似的粒徑譜分別積分處理後，即可與CloudSat資料比較，發現模式有高估降水粒子的質量情形。（右下）而ECMWF IFS模式只有簡單的雲冰過程，無法輸出降水粒子質量的垂直空間分布（模式假設降水直接落至地面，不在空中停留），因此適合運用CloudSat推估之懸浮雲冰質量進行比對驗證，顯示模式高估南半球高緯地區低層高度之雲冰。