累積雨量的秘密

Posted on 2013/12/27 in 環境能源 with 尚無留言 8,044 views

累積雨量的秘密─淺談雨量站分布與地形效應對雨量統計之影響
國立臺灣大學土木工程研究所顏誠緯

“It rains cats and dogs”想必是每個人都有遇過的生活經驗，臺灣地處在亞熱帶屬海島型天氣，春天時有梅雨、夏天時有午後雷陣雨、冬天有東北季風所帶來的季節雨甚至是颱風的豪大雨，“雨”這個字似乎跟我們有著密不可言的關係，加上臺灣地形複雜，從靠海的平原地形一直往內陸轉變為高山地形，如何有效的利用科學方法計算雨量累積，並將雨量資料提供給人民瞭解天氣概況或是政府機關於防災應變之用便是一門值得探討的學問。

圖片來源：維基百科

我國中央氣象局為了監測各地的天氣狀況，便在全國各地設置氣象站裝置各式儀器以監測地面氣象、高空氣象、臭氧、大氣污染及地震等5大項氣象資訊，其中累積雨量即是屬於地面氣象的一環，一旦遇上雨天時氣象局便利用雨量器來觀測該氣象站之降雨量為何，再結合所有分布各地氣象站之雨量器觀測資訊，就可以得到在氣象播報時的雨量資訊，例如：臺北地區目前累積雨量已達33毫米。

然而，氣象站並非每處都有，氣象局是如何得知一個區域或是縣市之總累積雨量呢？關鍵就在於“水往低處流”以及“氣象站的分布關係”，其中由於萬物均受到地球重力的影響，雨水從天而降後在地面會順著地勢的起伏，由高往低處流動，利用此物理現象為基礎應用於地理資訊系統(Geographic Information System，GIS)領域中，徐昇式多邊形網是用來估計區域總累積雨量所最常用之方法，一般而言，最常使用Delaunay Triangulation法(Michael F., 2004)來建構徐昇式多邊形網。計算時，首要先劃定一個欲統計累積雨量之區域，且該區域假設現有N個分布均勻之雨量站，將所有相鄰之雨量站以直線兩兩相連，構成多個三角形如圖1。

圖1 雨量站所形成之三角網

當各雨量站間均連線成三角網後，緊接著找出各三角形邊上之垂直平分線，這些垂直平分線必在各三角形內交於一點，這些交點即是這些三角形之外心。之後將這些垂直平分線連線至所交之各三角形外心上，其所形成之多邊形即徐昇式多邊形網，如圖2。以圖2為例，徐昇式多邊形網(紅線)與統計範圍線形成了四個多邊形區域，這四個區域即代表各雨量站的影響範圍，如圖2中左上梯形A代表著雨量站1之影響範圍。