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在高中地科下冊中介紹了四種氣象觀測，包括地面觀測、高空觀測、雷達及衛星觀測。除了這些例行觀測外，氣象界也會不定期針對特定科學目標進行實驗性的觀測，例如：在台灣已經廣為人知的「追風計畫」便是以颱風為主要觀測對象。這次要介紹的則是第一次針對「季內振盪」這個熱帶現象完成的密集觀測－－ DYNAMO 2011 實驗計畫。

什麼是季內振盪？

季內振盪在1970 年代初期由Madden及Julian兩位科學家發現，共同發表論文描述這類大型熱帶組織性對流系統，因此被命名為Madden-Julian Oscillation（MTO），同時因為此對流系統出現的頻率為30~60 天左右，也就是說時間尺度大約在一個季節以內，因此又稱為季內振盪（Intro-Seasonal Oscillation, ISO；圖一）。儘管這個熱帶對流現象在70 年代就被發現，卻因為觀測資料不足，在當時並沒有引起學界太大的注意。直到90 年代左右，氣象學家才開始逐漸注意到，這個現象本身具有許多難以解釋的特徵，例如：大多數的熱帶系統都順著赤道東風向西移動，但是季內震盪卻是逆風而行。對流系統在印度洋生成後，隨著對流成長慢慢向東移動，對流下方的海平面氣壓降低，後方的氣壓則升高（如圖一每張小圖下方的曲線所示），同時伴隨著大尺度東西向環流的改變（如圖一箭頭所示）。當對流系統移行到超過國際換日線後，因為海溫降低，對流會逐漸消散（圖一相位C），僅剩高層的氣壓波動持續東傳，待此高層波動回到印度洋上空時由於海溫較高、水氣供給旺盛，對流系統會再重生。造成季內振盪向東移動的機制至今仍未完全瞭解，同時它也會與許多熱帶現象產生交互作用，甚至與副熱帶天氣系統耦合，對印度洋及西太平洋地區的天氣造成明顯的影響，並有可能影響台灣的天氣預報。

圖一：季內震盪生命循環及移動示意圖。傳統上將季內震盪依照對流發展的強度分成八個相位，每個相位大約持續3~4 個月的時間不等。箭頭表示伴隨對流的大尺度環流，下方區線代表海平面氣壓的變化。

為什麼需要密集觀測？

熱帶地區由於陸地分布面積較少，長期以來非常缺乏觀測資料，在70 年代以前，主要依賴零星的船舶觀測，一直到氣象觀測進入衛星時代後才有比較完整的資料。但是，由於熱帶現象常伴隨強烈的對流及大量潛熱釋放，早期衛星上承載的儀器很難穿透濃厚的雲層進行觀測，近幾年科技逐漸進步，已經有部份衛星可以透過雲層告訴我們一些珍貴的資訊，但是精確完整的觀測資料依然相當缺乏。自70 年代開始，氣象學家們便結合了各國資源，針對幾個熱帶重要的天氣及氣候現象，陸續執行了幾次大型實驗計畫來收集資料，例如：GATE（1974，熱帶垂直熱力結構）、Summer MONEX（1979，南亞夏季季風）、TOGA-CORE（1992~1993，熱帶對流）及EPIC（2001，東太平洋間熱帶輻合區）。

什麼是DYNAMO？

DYNAMO 實驗計畫是目前氣象界最新完成的觀測實驗，DYNAMO 是Dynamics of the Madden-Julian Oscillation 的縮寫，顧名思義是針對目前熱帶大氣中最重要但也尚未完全瞭解的「季內振盪」進行觀測。自2011年10月到2012年三月之間在印度洋舉行，參與實驗的國家主要有美國、日本、澳洲、印度四國及許多其他國家，如：英國、肯亞、台灣、新加坡等共16國，約有37個大學及32個國家級研究中心及實驗室協力完成。由於季內振盪是一種大尺度的海洋– 大氣耦合現象，觀測計畫包括了大氣與表層海洋的各類觀測項目，如飛機觀測、船舶觀測、海洋浮球、傳統地面觀測、探空施放及雷達觀測等，種類繁多，在此不一一詳述。圖二的長方形區域為探空網覆蓋的範圍，在印度洋中間由右上方虛線標示的範圍則是季內振盪發生時，實驗船及飛機作定點或巡航密集觀測的區域。同時配合自2000年開始陸續在印度洋建立的海洋浮球觀測網（稱為RAMA）及現有的衛星觀測（TRMM、A-TRAIN）來提供大環境場的資訊，如此嚴密的觀測部署可說是空前絕後。實驗計畫組織架構龐大，投入相當多的人力及經費，其中人員及儀器的調度都需要在事前做好相當詳細的規劃及演練。

圖二：DYNAMO 實驗計畫的觀測網及參與實驗的儀器。圖中右上方長方形區域為探空網包含的範圍，中間虛線標示的範圍為季內震盪發生時，實驗船及飛機作定點或巡航觀測的地點及區域。詳細的觀測計畫可於DYNAMO 官網查詢。

為什麼要有DYNAMO？

由於缺乏對季內振盪的詳細觀測與分析，目前世界上幾乎所有的氣候模式及全球環流模式都無法模擬出像樣的季內振盪，連帶的與季內振盪有交互作用的幾個熱帶現象的模擬也會失真，例如：亞洲季風系統、間熱帶輻合區、海洋混和層的厚度、表面海溫的分佈、颱風路徑、甚至聖嬰現象的模擬也有可能受影響。因此終於在2011年誕生了DYNAMO實驗計畫，希望透過這次密集觀測收集到的資料能讓我們對季內振盪的生成有更深入的瞭解，進而改進模式的模擬能力並提高預報能力。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第518期】

參考資料
1. DYNAMO官網：http://www.eol.ucar.edu/projects/dynamo/
2. Madden, R. A. and P. R. Julian, Description of global-scale circulation cells in the tropics with a 40-50 day period, J. Atmos. Sci., Vol. 29: 1109-1123, 1972.