颱風是足以在全球造成嚴重破壞的自然災害,同時也是至關重要的淡水來源。以臺灣為例,每年平均會有三到四個颱風影響本島,為全年的供水量貢獻了極高的比例。在2020至2021年的嚴重乾旱期間,臺灣創下56年來首度無颱風登陸的紀錄,更加突顯了臺灣水資源高度依賴颱風降雨的事實。然而,過量的颱風降雨容易引發洪水、山崩與基礎設施損壞;但降雨不足卻會造成水資源的短缺,這在氣候變遷所帶來的日益不確定性下更為嚴峻。因此,探討颱風在不同的氣候情境下之降雨量,對於未來的災害防治與水資源管理是極為重要之任務。

本研究發展出一套兩階段貝氏回歸模型,用以預測颱風6小時累積降雨量。該模型包含一個用於預測降雨發生機率的羅吉斯迴歸(Logistic Regression)模型,以及一個用於預測降雨強度的Gamma廣義線性模型(Gamma-GLM)。本模型選用了颱風中心氣壓、颱風風速、移動方向(轉角)、距測站距離,以及測站風速等關鍵變數,並結合前一時刻(6小時前)的狀態(Lag-1)進行建模,模型參數透過馬可夫鏈蒙地卡羅(MCMC)方法進行估算。為了考量區域變異性與降低模型不確定性,此模型於臺灣周圍劃分出四個空間區域分別進行訓練與預測(如上圖所示)。模型首先根據歷史颱風資料進行開發與驗證,隨後結合統計颱風模型所生成之虛擬颱風資料,將三個不同氣候時期(1995–2014年、2041–2060年,以及 2081–2100年)應用於該兩階段貝氏回歸模型進行降雨量預測,藉此評估未來氣候變遷下各時期臺灣颱風降雨的變化。
下圖為臺東測站在區域三之連續6小時累積降雨序列驗證結果(紅線:觀測值;藍線:預測中位數;藍色陰影:25%–75%預測區間;灰色陰影:5%–95% 預測區間)。雖然預測中位數未能與所有的觀測峰值完全一致,但模型仍有效捕捉了降雨的整體變化趨勢。大多數的觀測值皆落在90%預測區間內,顯示模型的預測偏差維持在可接受且穩定的範圍內。

下圖為三個氣候時期之極端降雨比例空間分布圖。圖中的數值與漸層代表「降雨比例」,定義為:超過指定閾值的降雨事件,相對於各測站總降雨事件數之比例。在極端降雨閾值(6小時累積降雨量>50毫米及>200毫米)的設定下,分布圖顯示極端降雨頻率從歷史基期(1995–2014年)至世紀中葉(2041–2060年)與世紀末(2081–2100年),整體呈現上升趨勢。其中,由歷史基期至世紀中,短期極端降雨增幅較大;世紀中至世紀末情境,其增幅則相對較緩。


