姜善鑫臺灣大學：地理環境資源學研究所賴栗葦Lay, Li-WeiLi-WeiLay2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/54928近年來全球發生數起氣候異常的災害並導致嚴重的傷亡，氣候變遷的議題遂逐漸引起世界各地的重視。目前造成氣候異常的主要理論依據，建立於人為排放溫室效應氣體，持續增強全球暖化的效應；然而在全球氣候變遷之大尺度（macro）的背景之下，中尺度（meso）及小尺度（local）之部分地區的氣候變遷型態卻呈現出不同的特徵，這表示局部地區的人為活動也可能會影響當地的氣候。氣溫很容易反映出氣候變遷的情形，國內外已經有許多學者、先進對氣溫變遷進行研究，綜觀大多數的研究文獻，目的即在檢證該地區是否具有變遷的跡象，再進一步去探討可能的影響成因。本文改進過去的研究，嘗試對台灣的氣溫變遷作進一步的分析，主要的目的及方法如下： 一、 氣溫之長期趨勢 以時間序列迴歸模型（time series regression model）分析近百年台灣氣溫之變遷型態及地區特徵，並比較台灣和世界各地的變遷型態，再分析台灣經濟蓬勃發展前後，都市及偏遠地區的氣溫變遷。 二、 氣溫之循環波動 剔除長期趨勢的干擾，以最大熵法（maximum entropy method）分析自然週期對台灣氣溫的影響，及自然週期波對台灣各地時空上影響的差異。 三、 影響氣溫之因素 建立氣溫變化的複迴歸模型（multiple regression model），並分析各因素的重要性。 分析結果顯示，就台灣氣溫之長期趨勢而言，偏遠地區的變遷屬於區域變遷的一部份，都市地區的變遷則在經濟蓬勃發展前後，趨勢呈現差異。就氣溫之循環波動而言，大部分地區受ENSO週期波的影響明顯，受影響的時間不同。就影響氣溫之因素而言，人為因素對年均溫及年平均最低溫具揚溫作用，自然因素對年均溫及年平均最高溫具抑溫作用。更進一步分析，解釋大都市月均溫、月平均最高溫及月平均最低溫最重要的因素為蒸發量，解釋影響月平均氣溫日較差的因素則較不一致。Recently, several extreme climatic events have caused serious disasters, and the issue of climate change was gradually noticed by the authorities of the governments. The theory about the abnormal climate is the point which human activities emit a large amount of greenhouse gases which enhance the greenhouse effect of the earth. The types of climate change in different scales - macro, meso, and local – are different; it implies that the human activities in local areas may affect the climate. Many scientists have studied the issue of air temperature changes for a long time. Most of them have tried to diagnose whether the air temperature changes in the area, and then have tried to learn what reasons cause the impacts. In this thesis, the author improved the past studies, and tried to analyze the air temperature changes in Taiwan from 1897 to 2000. There were three purposes in the thesis: 1. The trends of the air temperature The time series regression model was used to analyze trends of the air temperature in Taiwan for nearly one hundred years. The author compared the trends of the air temperature in Taiwan with those in other areas. And he compared the trends of the air temperature before the economic booming time with those in the economic booming time. 2. The periods of the air temperature The spectral and cross-spectral analyses applying the maximum entropy method were used to analyze the air temperature. 3. The factors of the air temperature changes The multiple regressions were used to analyze the importance of the potential factors that might affect the air temperature. The air temperature in Taiwan is affected by both human and natural factors. The results indicate that the rural areas’ air temperature trends are similar to other areas and that the trends of air temperature are different between the pre-industrial and industrial periods. Second, most areas are affected by ENSO events, and they almost have different time lag. Furthermore, human factors increase the air temperature; however, natural factors decrease the air temperature. Finally, the most important factor that influences the mean monthly temperature, the mean monthly maximum temperature and the mean monthly minimum temperature is evaporation, but the main factor that influences the mean monthly diurnal temperature range is not a simple one.目 錄 中文摘要------------------------------------------------------------------------------------壹 英文摘要------------------------------------------------------------------------------------貳 目錄------------------------------------------------------------------------------------------肆 表目次---------------------------------------------------------------------------------------陸 圖目次-------------------------------------------------------------------------------------玖 附錄表次---------------------------------------------------------------------------壹拾壹 附錄圖次------------------------------------------------------------------------------壹拾貳 第一章 緒 論------------------------------------------------------------------1 第一節 研究動機---------------------------------------------------------------3 第二節 研究目的-----------------------------------------------------------------5 第二章 文獻回顧理論基礎-------------------------------------------------------7 第一節 氣溫之變遷-----------------------------------------------------------7 第二節 氣溫之週期-----------------------------------------------------------16 第三節 影響氣溫因素----------------------------------------------------------19 第四節 本研究之特點-----------------------------------------------------------31 第三章 研究架構與方法------------------------------------------------------34 第一節 研究架構-----------------------------------------------------------------34 第二節 分析方法與資料選取-------------------------------------------------36 第三節 測站地理位置及相關資訊--------------------------------------------61 第四節 研究限制-----------------------------------------------------------------66 第四章 台灣氣溫之長期趨勢---------------------------------------------------68 第一節 台灣與其他地區平均氣溫之比較-----------------------------------68 第二節 台灣地區近百年之氣溫變遷-----------------------------------------70 第三節 台灣經濟發展前後氣溫趨勢之比較--------------------------------81 第五章 台灣氣溫之循環波動-------------------------------------------------------89 第一節 氣溫週期-----------------------------------------------------------------89 第二節 氣溫週期之相位差----------------------------------------------------94 第六章 影響台灣氣溫之因素----------------------------------------------108 第一節 影響全台灣地區氣溫之因素-----------------------------------108 第二節 各大都市之特徵----------------------------------------------------117 第三節 各大都市氣溫變化與產業的關係----------------------------------127 第四節 影響大都市地區氣溫之因素----------------------------------------130 第七章 結論與後續研究--------------------------------------------------------159 第一節 結論------ ----------------------------------------------------------------159 第二節 後續研究----------------------------------------------------------------165 參考文獻----------------------------------------------------------------------------------166 附錄----------------------------------------------------------------------------------------173 表目次 表 2-1 國內地區氣溫變遷趨勢表----------------------------------------------------12 （續）表 2-1 --------------------------------------------------------------------13 表 2-2 國外地區氣溫變遷趨勢表-----------------------------------------------------15 表 2-3 世界各地之氣溫週期---------------------------------------------------------- 18 表 2-4 台灣地區自然週期研究-------------------------------------------------------18 表 2-5 1998年聖嬰現象有關氣溫災害表--------------------------------------------21 表2-6 影響氣溫變遷因子之整理表---------------------------------------27 表2-7 台灣地區有關氣溫長期趨勢研究之整理----------------------------------- 31 表 2-8 台灣地區有關氣溫週期研究之整理-----------------------------------------32 表 2-9 台灣地區有關影響氣溫因素研究之整理-----------------------------------33 表 3-1 台灣與全球平均氣溫比較之分析資料表-----------------------------38 表 3-2台灣地區近百年之氣溫變遷所需分析資料表------------------------------39 表 3-3 各氣候分區測站表-------------------------------------------------------------41 表 3-4 台灣經濟發展前後平均氣溫比較之分析資料表--------------------------41 表 3-5 台灣氣溫循環波動之分析資料表------------------------------------------- 50 表 3-6 分析變數間相關之統計法----------------------------------------------------52 表3-7 全台灣地區影響氣溫因素所需分析資料表--------------------------------57 表3-8 大都市地區影響氣溫因素分析資料表--------------------------------------58 表3-9 台灣地區各氣候參數相關係數矩陣格式表---------------------------------59 表 3-10選取氣象測站之地理相關資訊表------------------------------------------61 表 3-11 空氣污染監測站地理位置表------------------------------------------------63 表3-12 本文研究限制表----------------------------------------------------------------66 （續）表3-12--------------------------------------------------------------------67 表 4-1 台灣地區與全球年均溫比較表-----------------------------------------------68 表 4-2 近40年台灣地區與其他地區之氣溫趨勢特徵比較表-------------------69 表 4-3 各測站近百年有關氣溫之氣候參數（ ）趨勢表-------------------------71 表 4-4 各測站近40年有關氣溫之氣候參數（ ）趨勢表------------------------74 表4-5 台灣地區經濟發展前後年均溫趨勢表--------------------------------------83 表4-6 經濟發展前後年均溫趨勢表---------------------------------------------------84 表4-7 經濟發展前後年平均最高溫趨勢表-----------------------------------------85 表4-8 經濟發展前後年平均最低溫趨勢表-----------------------------------------87 表 4-9 經濟發展前後年平均DTR趨勢表-------------------------------------------88 表 5-1 年均溫自然週期簡化表-------------------------------------------------------90 表 5-2 年平均最高溫自然週期簡化表-----------------------------------------------91 表 5-3 年平均最低溫自然週期簡化表-----------------------------------------------92 表 5-4 年平均DTR自然週期簡化表------------------------------------------------93 表 5-5 台灣地區年均溫各測站與澎佳嶼間相關平方表--------------------------96 表5-6 台灣地區年均溫各測站與澎佳嶼間相位差表------------------------------97 表5-7 台灣地區年平均最高溫各測站與澎佳嶼間相關平方表-----------------99 表5-8 台灣地區年平均最高溫各測站與澎佳嶼間相位差表------------------100 表5-9 台灣地區年平均最低溫各測站與澎佳嶼間相關平方表----------------102 表5-10 台灣地區年平均最低溫各測站與澎佳嶼間相位差表------------------103 表 5-11 台灣地區年平均DTR各測站與澎佳嶼間相關平方表----------------105 表 5-12 台灣地區年平均DTR各測站與澎佳嶼間相位差表-------------------106 表 6-1自然與人文變數相關係數表--------------------------------------------110 表 6-2 台灣地區氣溫複迴歸模型表--------------------------------------------113 （續）表 6-2------------------------------------------------------------------------------114 表 6-3 各大都市2000年底都市計畫使用分區面積百分比---------------------119 表 6-4 歷年台北產業發展分類表--------------------------------------------------122 表 6-5 歷年台中產業發展分類表---------------------------------------------------122 表 6-6 歷年台南產業發展分類表---------------------------------------------------123 表 6-7 歷年高雄產業發展分類表---------------------------------------------------123 表 6-8 歷年花蓮產業發展分類表---------------------------------------------------124 表 6-9 各產業與人為活動排放潛在對氣溫影響之物質表---------------------125 表 6-10 台灣地區各污染源排放潛在影響氣溫物質百分比表--------------- 126 表 6-11 1961-2001年間距5年台北之產業與氣溫變化相關係數表----------128 表 6-12 1961-2001年間距5年台中之產業與氣溫變化相關係數表----------128 表 6-13 1961-2001年間距5年台南之產業與氣溫變化相關係數表-----------128 表 6-14 1961-2001年間距5年高雄之產業與氣溫變化相關係數表-----------129 表 6-15 1961-2001年間距5年花蓮之產業與氣溫變化相關係數表-----------129 表6-16 大都市月均溫複迴歸分析表------------------------------------------------132 （續）表6-16-------------------------------------------------------------------133 表 6-17 大都市月平均最高溫複迴歸分析表--------------------------------------139 （續）表6-17-------------------------------------------------------------------140 表 6-18 大都市月平均最低溫複迴歸分析表--------------------------------------146 （續）表6-18-------------------------------------------------------------------147 表 6-19 大都市月平均DTR複迴歸分析表----------------------------------------153 （續）表6-19-------------------------------------------------------------------154 圖目次 圖2-1 全球年均溫離差圖-------------------------------------------------------7 圖2-2 影響氣溫之因素圖---------------------------------------------------19 圖3-1 論文架構流程圖-------------------------------------------------------34 （續）圖3-1 -----------------------------------------------------------------35 圖3-2 變遷型態研究設計流程圖-----------------------------------------------42 圖3-3 氣溫趨勢研究設計流程圖-----------------------------------------------------45 圖3-4 中央氣象局所屬測站地理位置------------------------------------------------62 圖3-5 台北空氣污染監測站地理位置圖---------------------------------------------63 圖3-6 台中空氣污染監測站地理位置圖---------------------------------------------64 圖3-7 台南空氣污染監測站地理位置圖---------------------------------------------64 圖3-8 高雄空氣污染監測站地理位置圖---------------------------------------------65 圖3-9 花蓮空氣污染監測站地理位置圖-------------------------------------------65 圖4-1 年平均最低溫趨勢圖------------------------------------------------------------77 圖4-2 年絕對最低溫趨勢圖------------------------------------------------------------78 圖4-3 年日較差趨勢圖------------------------------------------------------------------79 圖4-4 年日最低溫≦10℃日數趨勢圖-----------------------------------------------80 圖4-5 台灣地區各產業生產毛額結構及國民所得變化圖------------------------82 圖 6-1 台灣地區影響年均溫因素之貢獻圖---------------------------------------115 圖 6-2 台灣地區影響年平均最高溫因素之貢獻圖-----------------------------115 圖 6-3 台灣地區影響年平均最低溫因素之貢獻圖------------------------------116 圖 6-4 台灣地區影響年平均DTR因素之貢獻圖--------------------------------116 圖 6-5 台北市都市計畫使用分區面積百分比圖---------------------------------119 圖 6-6 台中市都市計畫使用分區面積百分比圖---------------------------------120 圖 6-7 台南市都市計畫使用分區面積百分比圖---------------------------------120 圖 6-8 高雄市都市計畫使用分區面積百分比圖---------------------------------120 圖 6-9 花蓮縣都市計畫使用分區面積百分比圖---------------------------------121 圖 6-10 影響台北月均溫之因素比重圖--------------------------------------------134 圖6-11 影響台中月均溫之因素比重圖--------------------------------------------134 圖6-12 影響台南月均溫之因素比重圖---------------------------------------------135 圖6-13 影響高雄月均溫之因素比重圖--------------------------------------------135 圖6-14 影響花蓮月均溫之因素比重圖---------------------------------------------136 圖6-15 影響台北月平均最高溫之因素比重圖------------------------------------141 圖6-16 影響台中月平均最高溫之因素比重圖------------------------------------141 圖6-17 影響高雄月平均最高溫之因素比重圖------------------------------------142 圖6-18 影響台南月平均最高溫之因素比重圖-----------------------------------142 圖6-19 影響花蓮月平均最高溫之因素比重圖------------------------------------143 圖6-20 影響台北月平均最低溫之因素比重圖-----------------------------------148 圖6-21 影響台中月平均最低溫之因素比重圖------------------------------------148 圖6-22 影響台南月平均最低溫之因素比重圖------------------------------------149 圖6-23 影響高雄月平均最低溫之因素比重圖------------------------------------149 圖6-24 影響花蓮月平均最低溫之因素比重圖------------------------------------150 圖6-25 影響台北月平均DTR之因素比重圖--------------------------------------155 圖6-26 影響台中月平均DTR之因素比重圖--------------------------------------155 圖6-27 影響台南月平均DTR之因素比重圖--------------------------------------156 圖6-28 影響高雄月平均DTR之因素比重圖--------------------------------------156 圖6-29 影響花蓮月平均DTR之因素比重圖--------------------------------------157 附錄表次 附表1 DW檢定臨界值簡表-----------------------------------------------------------173 附表2 台灣地區與全球年均溫迴歸模型之DW值-------------------------------174 附表3 台灣地區經濟發展前後年均溫迴歸模型之DW值----------------------174 附表4 經濟發展前後年均溫迴歸模型之DW值----------------------------------174 附表5 經濟發展前後年平均最高溫迴歸模型趨勢之DW值-------------------175 附表6 經濟發展前後年平均最低溫迴歸模型趨勢之DW值-------------------175 附表7 經濟發展前後年平均DTR迴歸模型之DW值---------------------------176 附表8 各測站年均溫時間序列分解表----------------------------------------------177 附表9 各測站年平均最高溫時間序列分解表-------------------------------------187 附表10 各測站年平均最低溫時間序列分解表-----------------------------------196 附表11 各測站年平均DTR時間序列分解表-------------------------------------205 附表12 十九個測站之氣溫趨勢表--------------------------------------------------214 附表13 年均溫各週期波之f值-------------------------------------------------------215 附表14 年平均最高溫各週期波之f值----------------------------------------------216 附表15 年平均最低溫各週期波之f值----------------------------------------------217 附表16 年平均DTR各週期波之f值------------------------------------------------218 附錄圖次 附圖 1 台灣地區經濟經濟蓬勃發展前後年均溫趨勢圖------------------------220 附圖 2 台灣地區經濟經濟蓬勃發展前後年均溫趨勢空間分佈圖------------220 附圖 3 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均最高溫趨勢圖---------------------222 附圖 4 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均最高溫趨勢空間分佈圖---------222 附圖 5 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均最低溫趨勢圖---------------------224 附圖 6 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均最低溫趨勢空間分佈圖---------224 附圖 7 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均DTR趨勢圖-----------------------226 附圖 8 台灣地區經濟蓬勃發展前後年平均DTR趨勢空間分佈圖-----------226 附圖 9年均溫頻譜圖-------------------------------------------------------------------227 附圖 10年平均最高溫頻譜圖--------------------------------------------------------228 附圖 11 年平均最低溫頻譜圖-------------------------------------------------------229 附圖 12 年平均DTR頻譜圖----------------------------------------------------------230 附圖 13 台灣地區年均溫2.05年週期相位差圖----------------------------------231 附圖 14 台灣地區年均溫相位差圖-------------------------------------------------233 附圖 15 台灣地區年平均最高溫相位差圖----------------------------------------237 附圖 16 台灣地區年平均最低溫相位差圖----------------------------------------239 附圖 17 台灣地區年平均DTR相位差圖-------------------------------------------242 附圖 18 各大都市PM10變化趨勢---------------------------------------------------243 附圖19 各大都市風速變化趨勢-----------------------------------------------------243 附圖20 各大都市相對濕度變化趨勢-----------------------------------------------244 附圖21 各大都市蒸發量變化趨勢--------------------------------------------------2445451506 bytesapplication/pdfen-US台灣氣溫變化複迴歸模型頻譜分析時間序列迴歸模型最大熵法Taiwanair temperature changetime series regression modelmaximum entropy methodspectral analysismultiple regression model[SDGs]SDG13thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/54928/1/ntu-93-D89228001-1.pdf