文/大氣科學系 對流與降水研究室 楊明仁教授、吳曜竹助理

2018年1月底到二月中旬農曆年前，一波接著一波的冷氣團影響台灣。從1月28日的第一波冷氣團、1月31日的第二波冷氣團、到2月3日的第三波冷氣團，造成2月1日到2月6日期間台北測站的每日最低溫度不到10℃，是什麼原因影響冷氣團或寒流的移動和今年1月東亞和台灣的冷冬現象呢？

氣團(air mass)是指一團溫度和濕度等物理性質相近的大範圍空氣，北半球在冬季時，由於陸地與海洋的比熱差異使得陸地上常形成性質較乾冷的大陸型冷高壓型態的氣團。對於東亞地區冬季氣候平均地面天氣型態而言，大陸型冷高壓的中心位置經常位於蒙古或西伯利亞地區，因此被稱之為蒙古高壓或西伯利亞高壓。在氣象分析上常以1020百帕(hPa)等壓線來界定蒙古高壓的氣團涵蓋範圍，圖1顯示2018年2月1日以及2月3日整個台灣都在蒙古高壓的擴張範圍之內。台灣冬季的寒流跟蒙古高壓的強度消長有很大的關係，但實際上影響台灣地區的冷空氣並不是蒙古高壓直接壟罩台灣，而是由蒙古高壓所分離出來的分裂高壓所造成的。我們可以想像成沙丘堆累積到一定的高度會崩落一小部分，在周圍形成小沙丘，而這個周圍的小沙丘就類似分裂高壓。乾冷的分裂高壓自蒙古往東南方向移動，當它分裂高壓的位置越靠近台灣，表示台灣受到冷高壓的影響就越顯著，氣溫通常也會降得更低。當分裂高壓與南方空氣相會時，南方潮濕的空氣遇上乾冷的分裂高壓抬升造成水氣凝結，經常導致台灣東北部降水甚至山區降雪的現象；反之，若南方水氣供應較不充足的情況下，台灣就處於較乾冷的天氣。

除了地面天氣圖之外，氣象學家也會分析中高層等壓面上的高空天氣圖(如圖2)。等壓面上可以看到像波動般彎曲的等高線(見圖2的黑色實線)，由於高空風不受摩擦力的影響，所以高空風平行等高線吹拂。在高空天氣圖顯示中緯度地區等高線會在不同緯度間南北擺盪，這種波動現象稱之為「西風波」。以北半球的大氣環流而言，西風波高度場較高的波峰處稱作「脊」，高度場較低的波谷處稱作「槽」。槽前不穩定的大氣環境將會帶動地面的溫帶氣旋移動，槽後穩定的大氣環境則可以帶動地面的高壓氣團移動。因此在中緯度地區地面天氣圖中分裂高壓的移動，主要受到高空西風波動的牽引，因此高空西風帶中槽脊線的位置和移動對於台灣冬季的綜觀尺度(Synoptic Scale)天氣預報有著顯著的影響。2018年一月底至二月中旬一波接著一波不停歇的低溫寒流，與北太平洋白令海高空出現阻塞高壓有關(圖2)。這段期間西風偏弱，使得阻塞高壓和其西方的槽線系統移動減慢，槽後的地面高壓氣團及其挾帶的冷空氣便往低緯度地區移動，造成這次臺灣將近兩星期長時間的寒流現象。

氣象預報員除了從現有的天氣圖做出主觀的分析與預報之外，也可以利用數值方法求解大氣流體的控制方程組來得到未來天氣的數值天氣預報。但是受限於電腦的截斷誤差、物理參數法不盡完善、預報方程式的非線性變化等因素，數值天氣預報無法得到絕對正確的預報結果，但可以掌握到未來天氣系統移動趨勢及位置。圖3為歐洲中期預報中心(ECMWF)全球模式10天的東亞地區500hPa高空預報場(2018年1月24日1200UTC開始預報至2月3日1200UTC)的等高線分布，其與韓國氣象廳(KMA)的高空分析圖(圖2b)大致接近。圖3紅色虛線所標示的槽線位置通過台灣，蒙古的極地大陸氣團受到槽線牽引順著藍色箭頭的西北氣流南下。藍色陰影區域的中心(表示異常低溫的冷高壓勢力範圍)此時位在朝鮮半島，表示這時候的寒流才剛到較顯著的時期，意味著這波寒流的影響時間會長達一週左右。

雖然這次一月底至二月中旬的寒流個案在歐洲中期預報中心(ECMWF)模式10天預報中有掌握到，但是一般而言，數值天氣預報結果仍有預報上的不確定性，所以模式預報的資料需要謹慎的使用，同時要隨時留意即時天氣訊息來做修正。