在美國大氣科學與地球系統研究的領域中，UCAR(美國大氣科學研究大學聯盟)與NCAR(國家大氣研究中心)共同構成了支撐全球氣候與天氣研究的基石。UCAR 是一個由超過120所北美頂尖大學組成的非營利聯盟，扮演著學術界與政府之間的橋樑，負責管理並引領國家級的科研方向；而 NCAR 則是由美國國家科學基金會（NSF）資助、並由UCAR營運的「國家級實驗室」。並透過開發WRF (Weather Research and Forecasting Model)與 CESM (Community Earth System Model)等核心模型，支持全球氣象預報與聯合國氣候變遷研究。雖然該中心目前的戰略目標強調利用人工智慧提升國家韌性並培育跨領域人才，但也正因政府預算削減與重組命令，面臨設施拆解及功能剝離的重大變局。
NCAR與UCAR與臺灣的合作淵源甚為久遠，不僅與臺灣氣象署、國家實驗研究院、民航局、中央大學等單位維持緊密合作關係，針對氣候模擬、乾旱管理與颱風預測等領域共同分享數據資料、執行研究計畫、簽署MOU，也會定期進行實體交流，讓臺美大氣科學能在產官學進行多元合作，共同應對氣候變遷、極端天氣與太空天氣等影響人類生存的嚴峻挑戰。
↑ NSF NCAR位於科羅拉多州波德(Boulder)研究中心(取自NCAR官網)
一、美國大氣科學研究大學聯盟(University Corporation for Atmospheric Research, UCAR)
(一)UCAR組織架構
是由129所北美頂尖大學組成的非營利聯盟。總部位於科羅拉多州(Colorado)波德(Boulder)，其核心使命是透過管理國家級設施與促進學術合作，推動地球系統科學的研究與教育。UCAR可說是扮演著北美地球系統科學研究的「總控制塔」角色，其與美國國家科學基金會(NSF)簽約，由後者資助NCAR 的營運組織架構，並以「大學聯盟管理、聯邦資金資助」的獨特模式運作。
↑ 圖說：UCAR組織圖 (Photo credit: UCAR)
(二)UCAR核心機構 (Core Institutions)：
1.NCAR (國家大氣研究中心)：由UCAR代表NSF(美國國家科學基金會) 管理的聯邦資助研發中心，專注於氣候、天氣、大氣化學、地球科學、太空天氣等領域的基礎研究。
2.UCP (UCAR 社區計畫 / UCAR Community Programs)：主要負責將研究成果轉化為社會服務與教育資源，轄下包含Unidata(大氣數據共享)、COMET(氣象從業人員培訓)、SciEd(科學教育中心)以及CPAESS(地球系統科學進步合作計畫)等廣泛的技術與教育服務。
(三)UCAR《UCAR 2019-2028 Strategic Plan》策略計畫與發展重點
UCAR中長期布局可分為以下幾個方向：
1. 作為科學社群平台與創新中心：放大129所成員大學的研發能量，促成單一機構無法獨立完成的跨界創新，如讓大學內的教職員、學生與研究團隊能更無縫地參與UCAR計畫，並可取得國家級的專業諮詢、觀測數據庫與基礎設施，再將校園內的前沿創新回饋UCAR，形成互利共生的強大研發生態系；同時積極推動NCAR、學術界、公部門與企業之間的合作，打造一個勇於創新、積極協作的平臺。
2. 推動「研究落地應用 (Research to Operation, R2O)」：提供頂尖的探測、運算與數據庫等基礎設施，將地球系統科學的研究成果轉化為實際應用，以保障人類與國家安全、促進經濟永續發展。
3. 建立財務韌性與拓展資金來源(Financial Diversification)：過去UCAR高度依賴聯邦資金(管理年支出超過2.82億至3億美元的多件大型計畫)，有鑑於現行的預算大幅緊縮，未來首要任務即是突破單一資金依賴，積極拓展多元化收入來源，包含：建立慈善捐款能力、強化與基金會的夥伴關係、擴大產業合作，以及推動技術轉移 (Tech Transfer)。這些開源策略並非為了完全取代聯邦資金，而是提升組織的財務彈性與研發後盾。
4. 建立「One UCAR」共識：UCAR、NCAR與UCP過去因三權分立所形成的體制壁壘，無形間阻礙資源最大化與科研效益，未來將透過簡化行政流程、加快決策速度、延續人力資源與IT革新，朝向具有凝聚力、協作性與明確目標的企業導向，整合這三個實體單位，並鼓勵「聰明的風險承擔 (smart risk-taking)」，打破孤島效應 (reduce silos)且讓組織具備高度敏捷性，能迅速適應不斷變化的政策與外部環境。
5. 強化國家級地位及深耕人才培育：在NCAR面臨嚴格審查的時期，UCAR 佈局的重點在於向國家與全球證明其存在的價值，策略包括強化與NSF、聯邦機構及國會兩黨的關係，並以強而有力的論述向外界展現NCAR的氣候模型、工具與數據對社會整體與防災復原的深遠影響力；此外UCAR亦將人力資源視為其重要資產，不僅制定具影響力的教育培訓計畫、擴大導師制度、加強早期職涯支援 (early-career support)與跨組織合作等方案，吸引具備創新能力的年輕科學家投入氣候、天氣與地球系統科學領域，並提升其職業發展途徑與大眾科學素養，外展影響力。
↑ 圖說：UCAR 2019-2028策略計畫 (Photo credit:UCAR)
二、美國國家大氣研究中心 (National Center for Atmospheric Research, NCAR)
(一)成立背景與核心研究
NCAR成立於1960年，由 NSF出資、UCAR代表管理的聯邦資助研發中心，為大氣科學界的「國家級實驗室」。其目標是為了解決單一大學或研究機構無法獨立承擔的「大科學」問題，如全球氣候變遷長期模擬、劇烈天氣成因、太空天氣及大氣物理基礎理論等議題，並提供成本高昂的硬體設施供全球科學家使用。核心研究與重要貢獻包含：
1. 天氣研究與預報模型(Weather Research and Forecasting Model, WRF)：由轄下「中尺度與微尺度氣象實驗室(MMM)」開發並維護，是目前全球大氣科學界最主流的區域預報模式，提供未來72 小時的天氣預報，每天更新兩次(UTC00Z及12Z，臺灣時間上午及晚上8點)，且開放用戶可以選擇過去幾週內的特定日期，查看當時模擬的結果。提供的預報圖分為地面預報(Surface)、高空預報(Upper Air)及劇烈天氣預報(Severe Storm Field)三大類。除了可以瀏覽預設預報圖外，可以透過組合不同的變因，由系統生成對應的動態或靜態圖片，是研究中尺度天氣系統演變(鋒面、降雨分佈或風暴生成)的重要即時參考。
↑UTC 2026 April 24 12:00 15公里解析度72小時內降雨預報圖(Photo credit: WRF)
2. 通用地球系統模式(Community Earth System Model, CESM)：相比於WRF專注於區域性、短期的天氣預報，CESM是相對層級更高、規模更大的全球性氣象與氣候研究平臺，整合大氣、海洋、陸地表面、海冰、陸冰、生物地球化學循環(Biogeochemistry)等物理系統的「全耦合(fully-coupled)全球氣候模式」，其資料可用於模擬50年、100年後的氣候變遷、回溯古氣候(如冰河時期)、地球系統反饋(如森林砍伐對於全球降雨之影響、藍碳與溫室效應的互相作用)等。另網站中提供的資料包含各版本的CESM原始碼，讓研究人員可在超級電腦上運行、公布大型模擬實驗的數據(如IPCC氣候評估報告)、多個學術工作小組的研究進展、工作坊(Workshops)及教學(Tutorials)等，協助科學家、政策制定者、研究機構等善用系統的資料。
↑ 圖說：預計2026年釋出的CESM3「沙塵排放(Dust Emission Scheme)模擬」(Photo credit: NCAR)
3. 強大的觀測與運算設施：
🖥️Derecho超級電腦：於2023年正式啟用，取代先前的Cheyenne 系統，目前存放在懷俄明州超級運算中心(NCAR-Wyoming Supercomputing Center, NWSC)，全系統搭載超過32萬個CPU核心、328個GPU、高速互聯網路、高達數十PB的GLADE共享儲存系統。核心應用包含觀測數據與數值模式資料同化、建立新一代氣象模式、開發氣象預報AI模型、同時運行大量小型模擬實驗，目前主要用於野火行為模擬、太空天氣對GPS系統之影響、高解析度預測極端氣候。
🛩️專用氣象觀測飛機：NCAR地面觀測實驗室(Earth Observing Laboratory, EOL)下的航空研究設施(Research Aviation Facility, RAF)目前管理著兩架功能強大的主要研究飛機。這兩架飛機被視為「空中實驗室」，這些飛機配備高度模組化的科學系統，能夠攜帶先進的雷達與感測器(如Dropsondes、光譜儀、微波輻射計等)，飛入颱風眼或深入對流層頂，專門用於收集第一手的大氣、氣候以及地表高精度數據，同時機內內建高性能計算網絡，不僅可以即時處理、顯示、並儲存所有感測器的數據，亦支援衛星即時通訊，讓地面的科學家可以遠端監控即時觀測結果。
- Gulfstream V (GV)高空遠程研究飛機：這架飛機被稱為「HIAPER(High-performance Instrumented Airborne Platform for Environmental Research)」，是目前全球最先進的環境研究飛機之一。能夠飛行至51,000 英尺(約 15,500 公尺)的高度，進入對流層頂部甚至平流層底部，且續航力強，單次飛行時間可達8至12小時、航程約7,000公里，適合跨洋或跨極地的研究任務；此外；為符合不同任務及研究需求，NCAR與產學研團隊研發了一系列高效能的機載儀器「HIAPER Airborne Instrumentation Solicitation, HAIS」可搭載及整合5,600磅(約2,540公斤)的多種大氣化學採樣及遙測設備。
圖說：NSF NCAR HIAPER Gulfstream GV (Photo credit: NCAR EOL)
- Lockheed C-130多功能重型研究飛機：這架飛機是由軍用運輸機改裝而成，於1992年起投入NSF研究使用，以耐用性、大空間和靈活性著稱，可搭載約13,000磅(約5,897公斤)的設備飛行約8至9小時，其特性包含可在較低空層(27,000英呎/8,230公尺下)以低速穩定飛行，對雲層內部、海洋與地表進行密集取樣，而寬裕的內部空間可以安裝多個儀器及其操作空間，另外在機翼下方設有多個吊艙(Pods)，可安裝各種探頭(如粒子計數、輻射儀等)。
(二)2025-2029戰略白皮書摘要
NCAR所發布的「2025-2029 NSF NCAR Strategic Plan」是以「為韌性國家提供科學支持」(Science for a resilient nation)為願景，提出四大核心戰略，以應對日益嚴峻的氣候變遷、災害與環境挑戰：
- 建立國家韌性(Building National Resilience)：推動「融合研究(Convergence Research)」，並以終端應用為導向的共同設計理念(Co-Development)；提升預測能力躍升。
- 認識地球系統(Understanding the Earth System)：跨越時間與空間的深度整合、探索「可預測性」的極限、觀測技術革新。
- 賦能科學社群(Empowering the Scientific Community)
- 啟發科學未來(Inspiring our Scientific Future)：培養具備跨學科能力與 AI 技能的下一代研究人力。
三、轄區內UCAR聯盟大學及研究主軸
美國許多頂尖大學與研究機構擁有強大的研發動能，也更能聚焦當地氣候特性，透過參與UCAR及與NCAR合作，包含共同開發氣候模型、支援實地觀測與取樣、以UVisit計畫邀請NCAR科學家駐校講座或帶領學生進行研究等，共同推進地球系統科學、氣候建模及極端天氣預報。以下僅針對本組轄區中，UCAR聯盟內的學研單位與其研究合作摘要：
🌴南加州🌴
🔹加州大學洛杉磯分校(UCLA)：擁有與美國國家太空總署(NASA)轄下噴射推進實驗室(JPL)合作的JIFRESSE研究所(Joint Institute for Regional Earth System Science and Engineering)，專精於高解析度區域氣候模型(WRF)與衛星觀測資料融合；亦積極參與「南美親和組織 (South America Affinity Group, SAAG)」等國際大氣模擬與水文研究計畫。
🔹加州大學聖地牙哥分校(UCSD)Scripps海洋研究所：NCAR的全球前五大合作夥伴之一，專精於海洋觀測、氣候預測及海平面上升研究。
🔹加州理工學院(Caltech)：專注行星大氣、雲物理與精密感測技術及衛星遙測開發，並透過「地質與行星科學系(Division of Geological and Planetary Sciences, GPS)」與「環境科學與工程系(Environmental Science and Engineering, ESE)」參與 UCAR 研究。
🔹加州大學爾灣分校(UCI)、河濱分校(UC Riverside)、聖地牙哥州立大學 (SDSU)：專注於區域型氣候建模與空氣污染偵測等議題。
🏜️亞利桑那與新墨西哥州🏜️
🔹亞利桑那大學(University of Arizona)：擁有全美頂尖的水資源與水文學研究，對乾旱預警與水庫調度具高度研究資源，重點參與「西南部氣候評估計畫(Climate Assessment for the Southwest, CLIMAS)」，研究極端氣候如何影響西南部的水資源管理。
🔹亞利桑那州立大學(ASU)：與NCAR在其專長—城市極端高溫防治、城市熱島效應、永續能源轉型及大氣建模等方面有廣泛合作交流。
🔹新墨西哥大學(UNM)：專注於乾旱地區的水文建模與氣候適應策略，如美國西南部森林山火威脅，以及山火與大氣之間的交互作用，並利用UNM校內的高級研究計算中心(CARC)進行複雜的環境模擬。
🔹新墨西哥礦業及科技學院 (New Mexico Tech)：NMT擁有全球著名的朗繆爾實驗室(Langmuir Laboratory for Atmospheric Research)，這使得兩機構在雷電觀測上有深度協作，此外在降水物理學及地球物理監測方面與 NCAR也有技術合作。
🏔️科羅拉多州🏔️
🔹科羅拉多大學博爾德分校 (CU Boulder)：受益於地緣關係，是NCAR最主要的合作夥伴，雙方擁有數十年的共同研究歷史，也共享大量的實驗設施、數據中心，特別是在極端天氣預測、野火與乾旱科學，以及太空天氣預報方面，例如共同開發CESM代碼、其大氣與空間物理實驗室(LASP)與NCAR高海拔天文台(HAO)長期研究太陽對地球氣候與通訊系統的影響；另CU Boulder與美國國家大氣暨海洋總署(NOAA)合辦的「環境科學研究合作中心(CIRES)」是全球最大的地球科學研究機構之一，許多研究員也同時在NCAR兼職，進行大氣科學相關研究，是NCAR積極推動科學社群的重要實踐成果。
🔹科羅拉多州立大學 (CSU)：擁有先進的雷達設施(CHILL)，與NCAR 開發的ARPA雷達在技術上有高度重疊與交流，亦經常參與NCAR空中觀測計畫與預報科學，共同研究熱帶氣旋、強對流天氣等，此外CSU在雲解析模式(Cloud-resolving models)、農業科學的研究強向，對於NCAR研究氣候變遷對於美國中西部農業的影響有極大助益。
🔹丹佛大都會州立大學 (MSU Denver)：合作重心在於多元人才與專業實務培訓，且由於MSU Denver是美國指定的少數群體服務機構(Minority-Serving Institutions, MSI)，NCAR積極從該校招募學生參與地球科學實習及參訪RAF、Mesa Lab，該校學生也是NESSI實習計畫的重要來源，雙方共同培育具氣候實務能力與技術的多元人才。
↑ 圖說：NCAR國內前五大合作夥伴(依序為CU Boulder, NOAA, NASA, CIRES, UCSD) (Photo credit: Nature Index)
🌾中部州及夏威夷🌊
🔹內布拉斯加大學林肯分校(UNL)：設有國家乾旱減災中心(National Drought Mitigation Center, NDMC)，提供乾旱監控軟體與農業保險政策建議，並與NCAR合作開發更精準的乾旱監測指標；其他具體合作項目如利用NCAR氣候模式針對內布拉斯加州的牧場與農地，評估降雨模式改變對作物產量及農業韌性的影響、研究Ogallala蓄水層水位變動與區域性氣候的交互關係。
🔹北達科達大學(UND)：以其專長無人機(UAV)進行有關航空氣象、大氣觀測與極地研究，如與RAF共同合作，研發用於偵測與防護飛機結冰的技術、學生參與「Coordinated University Sounding Program for Atmospheric River Reconnaissance」計畫，進行氣象氣球探空(Radiosonde)任務並將數據提供模型校正、其負責管理之研究飛機Cessna Citation II常協同NCAR觀測飛機執行北極大氣化學與氣融膠採樣。
↑ 圖說：UND Citation Research Aircraft及其內部 (Photo credit: UND John D. Odegard School of Aerospace Sciences)
🔹南達科他礦業及科技學院 (South Dakota Mines)：在風暴探測與雲室實驗有深厚基礎，合作聚焦在劇烈天氣物理、數值建模與資訊科學領域，如和NCAR合作優化WRF模式中的微物理參數、校內研究人員利用Derecho超級電腦進行地球科學數據建模，此外，雙方近期合作開發AI太陽能與風能預測模型，以作為該州能源韌性計畫之支持。
🔹堪薩斯大學 (University of Kansas, KU)：該校CReSIS(Center for Remote Sensing and Integrated Systems)研究中心與 NCAR 合作開發高精度的雷達探測儀器，用以測量格陵蘭與南極冰蓋的厚度變化，並將數據整合進 CESM3氣候模式，以更精確地模擬全球暖化導致的海平面上升趨勢；另KU工程學院亦參與NCAR APAR部分天線的組件設計。
↑ 圖說：透過VHF雷達，採集極地冰原(ice sheet) 表面厚度高精度數據 (Photo credit: KU CReSIS)
🔹夏威夷大學馬諾阿分校(UH Mānoa)：專注於太平洋氣候動力學、海平面上升監測與聖嬰現象研究，透過高海拔天文台(High Altitude Observatory)「毛納羅亞太陽觀測天文台(Mauna Loa Solar Observatory, MLSO)」，與NCAR共同監測日冕物質、太陽活動等太空天氣現象，並利用該校的海洋觀測資料校正CESM模式中的海氣交互作用參數，提升對恩索現象(ENSO)的模擬精確度。今(2026)年更和NCAR共同為NASA Artemis II任務提供太空輻射預警。
