簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 莊竣崴
Chuang, Chun-Wei
論文名稱: 臺灣周圍及Niño海域海面溫度與臺灣月雨量相關性分析
Exploring the Relationships between Near-Taiwan and Niño Regions Sea Surface Temperature and Monthly Rainfall in Taiwan
指導教授: 蕭政宗
Shiau, Jenq-Tzong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 63
中文關鍵詞: 海面溫度雨量相關係數典型相關分析遙相關
外文關鍵詞: sea surface temperature, rainfall, correlation coefficient, canonical correlation analysis, remote correlation
相關次數: 點閱:56下載:10
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 臺灣地區的水資源條件特殊,由於河川多坡陡流急、降雨時空分布不均,造成年均雨量遠高於世界平均的臺灣,人均可分配到的雨量卻遠低於世界平均值。近年來又因極端氣候加劇,對水資源狀況的掌握以及管理的重要性日益增加。本研究透過分析臺灣周圍海域及Niño Regions海域的海洋表面溫度(sea surface temperature, SST)與雨量的相關性,作為研究臺灣地區雨量特性以及作為雨量預測的參考。本研究蒐集了臺灣地區共二十個雨量站的月雨量資料,與臺灣周圍海域及Niño Regions區域的月均海面溫度。本研究使用皮爾森積差相關係數(Pearson product-moment correlation coefficient)和典型相關分析(Canonical Correlation Analysis, CCA)分析其間的關係。
    本研究結果揭露了兩區域SST與臺灣月雨量之間的關係。在相關係數分析中,臺灣周圍海域SST(local sea surface temperature, LSST )在無時間稽延下多呈現負相關,而隨著稽延時間增加,相關性則陸續轉為正相關;Niño Regions SST中除了Niño4之外也有相同的變化趨勢。CCA分析結果中,LSST在各時間稽延下典型相關係數約為0.8,略大於Niño Regions SST的0.7。Niño Regions SST在兩種方法都有出現相關性隨稽延時間增加而增加的現象,顯示出Niño Regions對大約半年之後的臺灣月雨量具有影響。

    water resource conditions in Taiwan are unique. Due to the steep slopes of rivers and the uneven spatial and temporal distribution of rainfall, the average annual rainfall in Taiwan is much higher than the world average, but the amount of rainfall per capita is much lower than the world average. In recent years, due to the intensification of extreme climate, the importance of water resources management and control has been increasing. This study analyzes the correlation between sea surface temperature (SST) and rainfall in the surrounding waters of Taiwan and Niño Regions. In this study, the monthly rainfall data from 20 rainfall stations in Taiwan and the monthly mean sea surface temperature in the surrounding waters of Taiwan and Niño Regions were collected. The Pearson product-moment correlation coefficient and Canonical Correlation Analysis (CCA) were used to analyze the relationship between them.
    The results of this study reveal the relationship between SST and monthly rainfall in Taiwan. In the correlation coefficient analysis, the SST (local sea surface temperature, LSST) around Taiwan show a negative correlation without lag-time, and the correlation become positive with increasing lag-time. the same trend was observed for Niño Regions SST except for Niño4. The canonical correlation coefficient of LSST for each lag-time is 0.8, which is slightly larger than that of Niño Regions SST of 0.7. The correlation of Niño Regions SST increases with the increasing lag-time in both methods, indicating that Niño Regions have an influence on the monthly rainfall in Taiwan after about half a year.

    目錄 摘要 I Extended Abstruct II 誌謝 XIV 目錄 XV 表目錄 XVII 圖目錄 XIX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究目的 2 1.3 相關文獻回顧 2 1.3.1 SST與降雨量相關性 2 1.3.2 皮爾森積差相關係數(Pearson product-moment correlation coefficient, PCC) 3 1.3.3 典型相關分析 (Canonical Correlation Analysis, CCA) 3 1.3.4 SST與雨量相關性的物理成因 4 第二章 研究方法 6 2.1 皮爾森積差相關係數 6 2.2 典型相關分析 7 2.3 相關性效度假說檢定 9 第三章 研究地區與資料 11 3.1 海面溫度資料 11 3.1.1 鄰近海面溫度 11 3.1.2 遠距海面溫度 13 3.2 降雨量資料 15 第四章 結果與討論 21 4.1 以皮爾森積差相關係數探討SST與雨量關係 21 4.1.1 LSST與臺灣降雨量相關係數 21 4.1.2 Niño Regions SST與臺灣降雨量相關係數 30 4.2 以典型相關分析探討SST與雨量關係 33 4.2.1 LSST與臺灣降雨量典型相關分析 33 4.2.2 Niño Regions SST與臺灣降雨量典型相關分析 42 4.3 討論 52 第五章 結論與建議 59 5.1 結論 59 5.2 建議 60 參考文獻 61 表目錄 表3.1 本研究所選用雨量站基本資料 17 表3.1(續) 本研究所選用雨量站基本資料 18 表4.1 LSST與臺灣降雨量無時間稽延相關係數 23 表4.2 LSST與臺灣降雨量1個月時間稽延相關係數 24 表4.3 LSST與臺灣降雨量2個月時間稽延相關係數 25 表4.4 LSST與臺灣降雨量3個月時間稽延相關係數 26 表4.5 LSST與臺灣降雨量4個月時間稽延相關係數 27 表4.6 LSST與臺灣降雨量5個月時間稽延相關係數 28 表4.7 LSST與臺灣降雨量6個月時間稽延相關係數 29 表4.8 LSST與臺灣各區域降雨量關係 30 表4.9 Niño Regions SST與臺灣降雨量無時間稽延相關係數 31 表4.10 Niño Regions SST與臺灣降雨量1個月時間稽延相關係數 31 表4.11 Niño Regions SST與臺灣降雨量2個月時間稽延相關係數 31 表4.12 Niño Regions SST與臺灣降雨量3個月時間稽延相關係數 32 表4.13 Niño Regions SST與臺灣降雨量4個月時間稽延相關係數 32 表4.14 Niño Regions SST與臺灣降雨量5個月時間稽延相關係數 32 表4.15 Niño Regions SST與臺灣降雨量6個月時間稽延相關係數 32 表4.16 LSST與臺灣降雨量0~6個月時間稽延典型相關係數及線性組合 34 表4.16(續) LSST與臺灣降雨量0~6個月時間稽延典型相關係數及線性組合 35 表4.17 LSST與各區域雨量站降雨量典型相關係數及線性組合 39 表4.18 Niño Regions SST與臺灣降雨量無時間稽延典型相關分析 43 表4.19 Niño Regions SST與臺灣降雨量1個月時間稽延典型相關分析 43 表4.20 Niño Regions SST與臺灣降雨量2個月時間稽延典型相關分析 43 表4.21 Niño Regions SST與臺灣降雨量3個月時間稽延典型相關分析 44 表4.22 Niño Regions SST與臺灣降雨量4個月時間稽延典型相關分析 44 表4.23 Niño Regions SST與臺灣降雨量5個月時間稽延典型相關分析 44 表4.24 Niño Regions SST與臺灣降雨量6個月時間稽延典型相關分析 45 表4.25 Niño Regions SST與北部降雨量無時間稽延典型相關分析 45 表4.26 Niño Regions SST與中部降雨量無時間稽延典型相關分析 45 表4.27 Niño Regions SST與南部降雨量無時間稽延典型相關分析 46 表4.28 Niño Regions SST與北部降雨量無時間稽延典型相關分析 46   圖目錄 圖2.1 研究流程 6 圖2.2 CCA流程 9 圖3.1 LSST範圍與區域劃分 12 圖3.2 Niño Regions SST範圍 13 圖3.3 LSST月均溫分布 14 圖3.4 Niño Regions SST月均溫分布 14 圖3.5 雨量站位置圖 16 圖3.6 北部區域各雨量站月平均雨量分布 19 圖3.7 中部區域各雨量站月平均雨量分布 19 圖3.8南部區域各雨量站月平均雨量分布 20 圖3.9東部區域各雨量站月平均雨量分布 20 圖4.1LSST 與臺灣降雨量無時間稽延CCA迴歸分布圖 35 圖4.2 LSST 與臺灣降雨量1個月時間稽延CCA迴歸分布圖 36 圖4.3 LSST 與臺灣降雨量2個月時間稽延CCA迴歸分布圖 36 圖4.4 LSST 與臺灣降雨量3個月時間稽延CCA迴歸分布圖 37 圖4.5 LSST 與臺灣降雨量4個月時間稽延CCA迴歸分布圖 37 圖4.6 LSST 與臺灣降雨量5個月時間稽延CCA迴歸分布圖 38 圖4.7 LSST 與臺灣降雨量6個月時間稽延CCA迴歸分布圖 38 圖4.8 LSST 與北部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 40 圖4.9 LSST 與中部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 40 圖4.10 LSST 與南部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 41 圖4.11 LSST 與東部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 41 圖4.12 Niño Regions SST 與臺灣降雨量無時間稽延CCA迴歸分布圖 47 圖4.13 Niño Regions SST 與臺灣降雨量1個月時間稽延CCA迴歸分布圖 47 圖4.14 Niño Regions SST 與臺灣降雨量2個月時間稽延CCA迴歸分布圖 48 圖4.15 Niño Regions SST 與臺灣降雨量3個月時間稽延CCA迴歸分布圖 48 圖4.16 Niño Regions SST 與臺灣降雨量4個月時間稽延CCA迴歸分布圖 49 圖4.17 Niño Regions SST 與臺灣降雨量5個月時間稽延CCA迴歸分布圖 49 圖4.18 Niño Regions SST 與臺灣降雨量6個月時間稽延CCA迴歸分布圖 50 圖4.19 Niño Regions SST與北部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 50 圖4.20 Niño Regions SST與中部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 51 圖4.21 Niño Regions SST與南部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 51 圖4.22 Niño Regions SST 與東部雨量站無時間稽延CCA迴歸分布圖 52 圖4.23 LSST與各區域平均相關係數隨時間稽延變化圖 54 圖4.24 Niño Regions SST與各區域平均相關係數隨時間稽延變化圖 54 圖4.25 各LSST區域平均相關係數隨時間稽延變化圖 55 圖4.26各Niño Regions SST平均相關係數隨時間稽延變化圖 55 圖4.27 LSST與臺灣降雨量典型相關係數隨稽延時間變化圖 56 圖4.28 Niño Regions SST與臺灣降雨量典型相關係數隨稽延時間變化圖 56 圖4.29 各LSST區域在不同時間稽延中線性組合係數 57 圖4.30 各Niño Regions在不同時間稽延中線性組合係數 57

    1. Bazo J., Lorenzo M. N., and Rocha R., Relationship between monthly rainfall in NW Peru and tropical sea surface temperature, Advances in Meteorology, 2013, article ID 152875, 2013.
    2. Chikira M., A Cumulus Parameterization with State-Dependent Entrainment Rate. Part II: Impact on Climatology in a General Circulation Model, Journal of the Atmospheric Sciences, 67 (7), 2010.
    3. Diaz D., and Villegas N., Canonical correlation among large scale oscillations, temperature and precipitation in coastal regions of Colombia, Materials of XXVI International Coastal Conference, 2016.
    4. Fan X., Lu H., Zhang Z., Direct calibration transfer to principal components via canonical correlation analysis, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 181, 21–28, 2018.
    5. Friederichs P., and Hense A., Statistical Inference in Canonical Correlation Analyses Exemplified by the Influence of North Atlantic SST on European Climate. Journal of Climate, 16, 522-534, 2002.
    6. Glahn H. R., Canonical correlation and its relationship to discriminant analysis and multiple regression, Journal of the Atmospheric Sciences, 25(1), 23-31, 1968.
    7. Landman W. A., Mason S. J., Change in the association between Indian ocean sea-surface temperatures and summer rainfall over south Africa and Namibia, International Journal of Climatology, 19, 1477-1492, 1999.
    8. Lorenzo M. N., Iglesias I., Taboada J. J., Gómez-Gesteira M. Relationship between monthly rainfall in northwest Iberian Peninsula and North Atlantic sea surface temperature. International Journal of Climatology, 30(7), 2010.
    9. Lu E., Chen H., Tu J., Song J., Zou X., Zhou B., Li H., Cai W., Chen Y., Chen X., Zhang Q., Chen H., and Jiang Z., The Nonlinear Relationship between Summer Precipitation in China and the Sea Surface Temperature in Preceding Seasons: A Statistical Demonstration. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 10.1002, 2015.
    10. Phillips I. and McGregor G., The relationship between monthly and seasonal south-west England rainfall anomalies and concurrent north Atlantic sea surface temperatures, International Journal of Climatology, 22, 197-217, 2002.
    11. Rajeevan M., Sridhar L., Inter-annual relationship between Atlantic sea surface temperature anomalies and Indian summer monsoon, Geophysical Research Letters, 35, L21704, 2008.
    12. Rasmusson E. M., Carpenter T. H., The Relationship Between Eastern Equatorial Pacific Sea Surface Temperatures and Rainfall over India and Sri Lanka, Monthly Weather Review, 111(3), 1983.
    13. Shukla J., and Misra B. M., Relationshios between sea surface temperature and wind speed over the central Arabian sea, and monsoon rainfall over India. Monthly Weather Review, 105(8), 998-1002, 1977.
    14. Sun M., and Kim G., Quantitative monthly precipitation forecasting using cyclostationary empirical orthogonal function and canonical correlation analysis. Journal of Hydrologic Engineering, 21(1), 04015045, 2016.
    15. Takahashi H. G., and Dado J. M. B., Relationship between sea surface temperature and rainfall in the Philippines during the Asian summer onsoon. Journal of the Meteorological Society of Japan, 96(3), 283-290, 2018.
    16. Trenberth K. E., and Shea D. J., Relationships between precipitation and surface temperature, Geophysical Research Letters, 32, L14703, 2005.
    17. Zhou Y., Huang A., Zhao Y., Yang Q., Jiang J., La M., Influence of the sea surface temperature anomaly over the Indian Ocean in March on the summer rainfall in Xinjiang. Theoretical and Applied Climatology, 119, 781-789, 2015.
    18. 戴昌鳳、俞何興、王冑、詹森、喬凌雲、張翠玉、陳慶生、黃千芬,臺灣區域海洋學,2018。
    19. 蕭政宗,聖嬰現象與台灣地區降雨量之相關分析,農業工程學報,第46卷第1期,2000。
    20. 盧孟明,聖嬰現象與台灣異常氣候關係之探討,大氣科學,第28卷第2期,2000。
    21. 楊道昌、陳昭銘、游保杉、郭振民、蔡玫紜、陳弘,台灣春雨遙相關機制與可預報性探討,農業工程學報,第65卷第4期,2019。
    22. 吳定澄、李忠潘,聖嬰-南方振盪現象對台灣氣溫及雨量之影響,第36屆海洋工程研討會論文集,471-476,2014。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE