淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-0706200818295000
中文論文名稱 台灣地區人為廢熱對氣象模式模擬之影響
英文論文名稱 The effects of anthropogenic waste heat on the simulation of a meteorological model in Taiwan
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 游沛蓁
研究生英文姓名 Pei-Jen Yu
學號 695480219
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-05-07
論文頁數 87頁
口試委員 指導教授-江旭程
委員-吳清吉
委員-盧博堅
中文關鍵字 人為廢熱  都市熱島效應  中尺度氣象模式 
英文關鍵字 Anthropogenic waste heat  Urban heat islands  Mesoscale model 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究主要在探討台灣地區人為廢熱排放及其對環境的影響,研究主要包括兩部份,即(1)人為廢熱排放量的估算,(2)利用中尺度氣象模式評估廢熱排放對氣象的影響。所考慮的廢熱排放量包含煙囪廢熱、移動污染源、電力消耗、住宅商業能源消耗及人體新陳代謝等;從總量來看,煙囪廢熱最大,其次依序為移動污染源、電力、住宅商業能源及人體新陳代謝;以網格排放量而言,最大排放量多在發電廠附近,其值可達2,105 W/m2。將所得到的廢熱排放量數據,輸入中尺度氣象模式進行模擬,以探討人為廢熱對台灣地區氣象的影響。研究結果證實排放人為廢熱會讓大都會區(台北基隆、高雄、台中彰化、桃園中壢及台南)溫度上升0.2~0.6℃,北部濕度下降約0.0005~0.001 Kg-vapor/Kg-air,南部濕度上升約0.0005 Kg-vapor/Kg-air;廢熱也會影響混合層高度之發展。
英文摘要 The objective of this study is to estimate the emission rates of anthropogenic waste heat in Taiwan and evaluate their impact on the environment. In the first part of this paper, the emission rates of anthropogenic waste heat generate from different sectors, including industrial and power plant stacks, mobile sources, electrical consumptions, commercial and residential buildings and human metabolism, were estimated. The total amount of heat release form stacks is the largest. For 1km x 1km resolution, the largest heat emission from a single grid is 2105 W/m2, which is released near a power plant.
The estimated gridded heat emission rates were inputted to a mesoscale meteorological model to investigate their effects on local meteorological conditions. The numerical results were compared with observations to evaluate the performance of different simulations. According to the numerical simulations, the anthropogenic waste heat can increase the surface temperature in metropolitan areas (for examples, Taipei, Kaohsiung, Taichung, and Tainan) by 0.2~0.6℃. The water content in northern Taiwan may increase about 0.5-1.0g/Kg-air, while in southern Taiwan it may increase by 0.5g/Kg-air. According to the simulation, the waste heat has significant impact on the development of mixing height in urban area.
論文目次 謝誌I
中文摘要II
英文摘要III
目錄V
表目錄VII
圖目錄VIII
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 5
第二章 人為廢熱 6
2.1 本章簡介 6
2.2 推估方法 7
2.3 資料來源及處理 8
2.3.1. 固定污染源 9
2.3.2. 移動污染源 10
2.3.3. 用電消耗量 10
2.3.4. 家庭及商業能源消耗量 11
2.3.5. 人體基礎新陳代謝量 12
2.4 廢熱排放推估結果 12
第三章 氣象模式 18
3.1 氣象模式之選用 18
3.2 RAMS模式 19
3.3 制御方程式和網格結構 19
3.4 雙向鑲嵌網格 22
3.5 時間差分 23
3.6 邊界條件 24
3.7 人為廢熱之通量 28
3.8 資料分析技術 28
3.9 四維資料同化和逼近邊界條件因素 29
3.10 模式處理流程 29
3.11 氣象模式驗證 32
第四章 結果與討論 34
4.1 模擬個案選擇 34
4.2 模擬期間綜觀天氣概述 36
4.3 氣象模擬值與監測值之比較 40
4.4 第三層網格加入人為廢熱對模擬結果之影響 49
4.4.1. 各測站之時序列圖 49
4.4.2. 地表溫度及風場 52
4.4.3. 850百帕風場 54
4.4.4. 個案地表溫度差異分析 58
4.4.5. 個案濕度差異分析 62
4.5 第四層網格加入人為廢熱對模擬結果之影響 66
4.5.1. 地表溫度及風場圖 66
4.5.2. 個案地表溫度差異分析 68
4.5.3. 個案濕度差異分析 72
4.5.4. 垂直位溫剖面 76
第五章 結論與建議 83
參考文獻85
表目錄
表 1.1.1 台灣與全球都市之溫度排名(單位:攝氏溫度)1
表 2.3.1 各車種油耗效率(黃,2005)10
表 2.3.2 2003年各縣市用電量統計表11
表 2.4.1 92年台灣初級能源消費型態12
表 2.4.2 92年台灣各部門能源消費13
表 2.4.3 能量推估值13
表 3.1.1 常用的中尺度氣象模式18
表 3.3.1 RAMS方程式之參數名稱19
表 3.10.1 RAMS輸入資料和來源30
表 3.11.1 驗證方法參考準則33
圖目錄
圖 1.1.1城市與市郊的氣溫比較(U.S. EPA)2
圖2.4.1 固定污染源15
圖 2.4.2 移動污染源(左上);用電消耗量(右上); 人體基礎新陳代謝量(左下);家庭能源消耗量(右下)16
圖 2.4.3 台灣區整體國道路網示意圖(國工局)17
圖 3.4.1 RAMS鑲嵌網格模擬之區域範圍23
圖3.6.1 多層模式傳輸過程(WALKO, 2000)25
圖3.10.1 RAMS流程圖31
圖 4.1.1 氣象測站位置分佈35
圖 4.2.1 2003/05/25 08:00 氣象圖37
圖 4.2.2 2003/05/26 08:00 氣象圖37
圖 4.2.3 2003/05/27 08:00 氣象圖38
圖 4.2.4 2003/05/28 08:00 氣象圖38
圖 4.2.5 2003/05/29 08:00 氣象圖39
圖 4.2.6 2003/05/30 08:00 氣象圖39
圖4.3.1 2003年5月26至29日第二層網格模擬估計值之風場及海平面壓力圖41
圖4.3.2 2003年5月26至29日第二層網格模擬估計值之風場及海平面溫度圖42
圖4.3.3 2003年5月25日至27日測站觀測值與模式模擬之時序列比較圖(個案一) (測站由上至下依序為彭佳嶼、基隆、台北、新竹、蘇澳、台中、花蓮和日月潭)45
圖4.3.4 2003年5月25日至27日測站觀測值與模式模擬之時序列比較圖(個案一) (測站由上至下依序為澎湖、嘉義、玉山、台南、台東、高雄、蘭嶼及恆春)...46
圖4.3.5 2003年5月25日至27日每個測站實測值與模式模擬之露點溫度統計圖47
圖4.3.6 2003年5月25日至27日每個測站實測值與模式模擬之風速統計圖47
圖4.3.7 2003年5月25日至27日每日實測值與模式模擬之地表溫度統計圖48
圖4.3.8 2003年5月25日至27日每個測站實測值與模式模擬之地表溫度統計圖48
圖4.4.1 2003年5月25日至27日測站觀測值與模式模擬之時序列比較圖 (測站由上至下依序為彭佳嶼、基隆、台北、新竹、蘇澳、台中、花蓮和日月潭)50
圖4.4.2 2003年5月25日至27日測站觀測值與模式模擬之時序列比較圖 (測站由上至下依序為澎湖、嘉義、玉山、台南、台東、高雄、蘭嶼及恆春)51
圖4.4.3 個案一之台灣地區地表溫度及風場圖53
圖4.4.4 個案一之台灣地區850MB海水面溫度及風場圖55
圖4.4.5 個案二之台灣地區850MB海水面溫度及風場圖56
圖4.4.6 個案三之台灣地區850MB海水面溫度及風場圖57
圖4.4.7 台灣地區之地表溫度差異圖(CASE2-CASE1)59
圖4.4.8 台灣地區之地表溫度差異圖(CASE3-CASE1)60
圖4.4.9 台灣地區之地表溫度差異圖(CASE3-CASE2)61
圖4.4.10 台灣地區之濕度差異圖(CASE2-CASE1)63
圖4.4.11 台灣地區之濕度差異圖(CASE3-CASE1)64
圖4.4.12 台灣地區之濕度差異圖(CASE3-CASE2)65
圖4.5.1 個案一之高雄地區地表溫度及風場圖67圖4.5.2 高雄地區之地表溫度差異圖(CASE2-CASE1)69
圖4.5.3 高雄地區之地表溫度差異圖(CASE3-CASE1)70
圖4.5.4 高雄地區之地表溫度差異圖(CASE3-CASE2)71
圖4.5.5 高雄地區之濕度差異圖(CASE2-CASE1)73
圖4.5.6 高雄地區之濕度差異圖(CASE3-CASE1)74
圖4.5.7 高雄地區之濕度差異圖(CASE3-CASE2)75
圖 4.5.8 台北測站之位溫剖面圖78
圖 4.5.9 新竹測站之位溫剖面圖79
圖 4.5.10 台中測站之位溫剖面圖80
圖 4.5.11 烏坵測站之位溫剖面圖81
圖 4.5.12 高雄測站之位溫剖面圖82
參考文獻 行政院環保署,http://www.epa.gov.tw/。
行政院主計處,http://www.dgbas.gov.tw/mp.asp?mp=1。
交通部中央氣象局,http://www.cwb.gov.tw/。
經濟部能源局,http://www.moeaboe.gov.tw/。
台灣電力公司,http://www.taipower.com.tw/。
交通部臺灣區國道高速公路局,http://www.freeway.gov.tw/。
交通部臺灣區國道新建工程局,http://www.taneeb.gov.tw/。
中央氣象局氣象預報中心,http://www.cwb.gov.tw/,氣候監測報告-民國95年12月。
劉紹臣,中央研究院環境變遷研究中心,從空氣污染、熱島效應,談温室效應之演講大綱,95 年1 月14 日蔡元培院長講座。
張子瑩、劉說安,2003,利用衛星資料估算台中地區地表熱通量及熱島效應關係之研究,2003天氣分析預報研討會論文彙編,交通部中央氣象局:479-483。
鄭師中譯,1989,都市氣候學,徐氏基金會,pp.83-122。
我的E政府-台灣年鑑,2005,第十章生活與環保-熱島效應改變台灣氣候。
劉復誠,1984,空氣污染氣象學簡介,科學月刊全文資料庫,期號0179。
Angevine, W.M., White, A.B., Senff, C.J, Trainer, M., Banta, R.M., Ayoub, M.A., 2003. Urban–rural contrasts in mixing height and cloudiness over Nashville in 1999. GEOPHYSICAL RESEARCH, 108(4092): doi:10.1029/2001JD001061.
Clark, T.L., 1977. A small-scale dynamic model using a terrain-following coordinate transformation. Comput. Phys., 24: 186-215.
Clark, T.L., Farley, R.D., 1984. Severe downslope windstorm calculations in two and three spatial dimensions using anelastic interactive grid nesting: A possible mechanism for gustiness. Atmos. Sci., 41: 329-350.
Cotton, W.R., Pielke, R.A., 1995. Human impacts on weather and climate., 288 pp.
Dupont, S., Otte, T.L., Ching, J.K.S., 2004. Simulation of Meteorological Fields Within and Above Urban and Rural Canopies with a Mesoscale Model. Boundary-Layer Meteorology, 113: 111-158.
Fan, H., Sailor, D.J., 2005. Modeling the impacts of anthropogenic heating on the urban climate of Philadelphia: a comparison of implementations in two PBL schemes. Atmospheric Environment, 39(1): 73-84.
Gal-Chen, T., Somerville, R.C.J., 1975. On the use of a coordinate transformation for the solution of the Navier-Stokes equations. Comput. Phys., 17: 209-228.
Harker, J., Gibson, P., 1995. Heat-stroke: a review of rapid cooling techniques. Intensive and Critical Care Nursing, 11(4): 198-202.
Ichinose, T., Shimodozono, K., Hanaki, K., 1999. Impact of anthropogenic heat on urban climate in Tokyo. Atmospheric Environment, 33(24-25): 3897-3909.
Kikegawa, Y., Genchi, Y., Yoshikado, H., Kondo, H., 2003. Development of a numerical simulation system toward comprehensive assessments of urban warming countermeasures including their impacts upon the urban buildings' energy-demands. Applied Energy, 76(4): 449-466.
Kimura, F., Takahashi, S., 1991. The effects of land-use and anthropogenic heating on the surface temperature in the Tokyo metropolitan area: A numerical experiment. ATMOS. ENVIRON., 25B(2): 155-164.
Kondo, H., Genchi, Y., Kikegawa, Y., Ohashi, Y., Yoshikado, H., Komiyama, H., 2005. Development of a Multi-Layer Urban Canopy Model for the Analysis of Energy Consumption in a Big City: Structure of the Urban Canopy Model and its Basic Performance. Boundary-Layer Meteorology, 116: 395-421.
Kondo, H., Kikegawa, Y., 2003. Temperature Variation in the Urban Canopy with Anthropogenic Energy Use. Pure and Applied Geophysics, 160: 317-324.
Kusaka, H., Kimura, F., 2004a. Coupling single-layer urban canopy model with a simple atmospheric model: Impact on urban heat island simulation for an idealized case. J. Meteor. Soc. Japan, 82: 67-80.
Kusaka, H., Kimura, F., 2004b. Thermal effects of urban canyon structure on the nocturnal heat island: Numerical experiment using a mesoscale model coupled with an urban canopy model. J. Meteor. Soc. Japan, 43: 1899-1910.
Landsberg, H.E., 1981. The urban climate. International Geophysics Series, 28: 275.
Lemonsu, A., Masson, V., 2002. Simulation of a summer urban breeze over Paris. Boundary-Layer Meteorology, 104: 463-490.
Liu, S.C., Wang, C.H., Shiu, C.J., Chang, H.W., Hsiao, C.K., Liaw, S.H., 2002. Reduction in Sunshine Duration over Taiwan: Causes and Implications. Atmospheric and Oceanic Sciences: in press.
Mahrer, Y., Pielke, R.A., 1977. A numerical study of the airflow over irregular terrain. Beitrage zur Physik der Atmosphare, 50: 98-113.
Martilli, A., Clappier, A., Rotach, M.W., 2002. An Urban Surface Exchange Parameterisation for Mesoscale Models. Boundary-Layer Meteorology, 104: 261-304.
Mesinger, F., Arakawa, A., 1976. Numerical methods used in atmospheric models. GARP Publication Series, 14: 64.
Narita, K., Maekawa, T., 1991. Energy recycling system for urban waste heat. ENERGY BUILD., 16(1-2): 553-560.
Rosenzweig, C., Solecki, W.D., Parshall, L., Chopping, M., Pope, G., Goldberg, R., 2005. Characterizing the urban heat island in current and future climates in New Jersey. Global Environmental Change B: Environmental Hazards, 6(1): 51-62.
Sailora, D.J., Lu, L., 2004. A top–down methodology for developing diurnal and seasonal anthropogenic heating profiles for urban areas. Atmospheric Environment, 38: 2737-2748.
Saitoh, T., Shimada, T., Hisada, T., 1992. Urban Warming and Energy Consumption in Tokyo Metro Area. Proceeding of the Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 5: 341-348.
Saitoh, T.S., Shimada, T., Hoshi, H., 1996. Modeling and simulation of the Tokyo Urban Heat Island. Atmospheric Environment, 30(20): 3431-3442.
Tom, P.A., Garmel, G.M., Auerbach, P.S., 1994. Environment-dependent sports emergencies. Med Clin North Am., 78(2): 305-25.
Tremback, C.J., 1990. Numerical simulation of a mesoscale convective complex: model development and numerical results. Atmos. Sci., 465: Fort Collins, CO 80523.
Tremback, C.J., Kessler,R., 1985. A surface temperature and moisture parameterization for use in mesoscale numerical models., Montreal, Canada, AMS., 17-20 pp.
Tripoli, G.J., Cotton, W.R., 1982. The Colorado State University three-dimensional cloud/mesoscale model - 1982. Part I: General theoretical framework and sensitivity experiments. Rech. Atmos., 16: 185-220.
Walko, R.L., Band, L.E., Baron, J., Kittel, T.G.F., Lammers, R., Lee, T.J., Ojima, D.,Pielke, R.A., Sr., Taylor, C., Tague, C., Tremback, C.J., Vidale, P.L., 2000. Coupled atmosphere-biophysics-hydrology models for environmental modeling. Appl. Meteor., 39: 931-944.
Wong, N.H., Tay, S.F., Wong, R., Ong, C.L., Sia, A., 2003. Life cycle cost analysis of rooftop gardens in Singapore. Building and Environment, 38(3): 499-509.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2010-06-12公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2010-06-12起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信