國立成功大學 近海水文中心
Coastal Ocean Monitoring Center, National Cheng Kung University (COMC, NCKU)
Coastal Ocean Monitoring Center, National Cheng Kung University (COMC, NCKU)
海上雨量觀測系統 Marine Precipitation Observation
水氣循環 (water cycle) 是全球氣候的變化中重要的一環，而其變化率也與全球氣候的變化息息相關，而水氣循環的週期過程中最為重要的2項效應分別為蒸發 (evaporation) 與降雨 (precipitation)。對大氣環境而言，海洋是其最大的水量來源，經估算大氣環境中90％的淡水通量來自於海表面的蒸發。而海洋環境接收了大部分源自於大氣環境的淡水來源，經評估約80％的降雨分布於海洋表面。本質上而言，對於全球的水及能量循環，降水是關鍵性的因素而全球的水及能量循環則支配著全球天氣、氣候及生態系統。因此準確且即時地瞭解降雨時間、地點及多寡，除了是瞭解基礎地球科學系統重要的議題外，亦可改善預測天氣、氣候、淡水來源及自然災害等事件。陸地上的降雨觀測已具有完整的觀測方式，且降雨資料經過不同觀測方式也具有一定程度的可信度，然而相較於陸地的降雨觀測，海上降雨雖然也有多種觀測或遙測的技術引進，但觀測結果差異頗大。
以往海上雨量觀測受制於傾斗式雨量計 (tipping-bucket rain gauge) 在浮動載台的晃動，易產生觀測偏差。其次，當風速達到一定程度時，降雨路徑與承雨孔將會有入射角度差異，導致需要垂直入射承雨孔進行降雨觀測的儀器容易產生偏差。而以研究船或其他運輸船隻搭載雨量計，除前述的載台晃動的問題之外，由於船隻無法長時間座落於海上固定點位，因此無法進行連續且長時間連續觀測。衛星微波遙測可以進行大範圍且連續反演，估算海上降雨，然而針對經常出現的短延時強降雨，其空間分布不均且瞬間變化量較大的特性，且使得衛星遙測降雨技術受限於遙測衛星繞行軌道所需的時間，而產生觀測時間密度不足的缺點。
近海水文中心以電容式雨量計作為雨量觀測儀器，並整合資料收錄系統，自行研發海上雨量觀測系統，並架設於資料浮標上。透過梅雨季節、西南氣流降雨及颱風降雨季節的長時間觀測，針對層狀降雨(stratiform rain)、對流降雨(convective rain)、極端降雨(extreme rainfall)等不同型態之降雨進行觀測。
電容式雨量計(CRG)其發展之主要用途即為在海洋中以晃動載體觀測海上降雨，其主構造如圖1所示。工作原理為當雨水經由承雨孔觸碰到觀測槽 (Measuring chamber) 中的電容探測棒 (Capacitance probe)時會產生電容值，電容轉換出電壓值，透過觀測電壓變化量，即可以換算出單位時間內之降雨量。當觀測槽即將滿溢，則雨水透由虹吸管 (Siphon tube) 排放，持續進行觀測。
圖1 電容式雨量計內部構造 (資料來源：R.M. Young網站)
2022年，海上雨量觀測系統已在新竹、富貴角、以及龍洞三處資料浮標站上，進行雨量觀測 (圖2)。
圖2 2022年5月8日富貴角浮標實海域雨量觀測系統布放照片
圖3為新竹浮標與雷達及鄰近氣象站的時雨量比對，顯示新竹浮標與雷達、香山濕地氣象站、以及龍鳳氣象站在降雨時間序列都呈現一致的變化趨勢，在雨量大小也有非常相近的變化趨勢。
