分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

災害預測新技術 (一):強颱臨頭 團結聚力預報更準

強降雨:團結的力量讓預報更準「台北市平地累積雨量預計可達250毫米…」這樣的天氣預報想必不陌生,但是,這種明確告知會下多少雨的降雨預報可能會走入歷史。未來,「機率預報」將取代成為主流,告訴你「累積雨量到達250毫米的機率有80%。」到底什麼是「機率預報」?

國家實驗研究院台灣颱風洪水研究中心(簡稱颱洪中心)成立於民國100年,主要任務為建構研發平台、支援學術研究,並配合需求,結合學界與作業單位進行任務導向之減災關鍵技術研發。今天我們邀請了颱洪中心的陳嬿竹以及張龍耀兩位研究員,有系統地介紹目前天氣預報遇到的瓶頸,以及未來最新天氣預報技術的發展方向。

颱風降水預報的重要性

目前國際評定颱風強度是以颱風中心近地面最大風速為標準,因為其他國家受風力影響較為劇烈;然對台灣而言,颱風主要的災情是由降雨所造成,例如洪水、土石流以及原水濁度過高造成斷水等等。

也因此,台灣的颱風預報特別著重於降雨的預測。但無奈的是,強烈颱風並不代表有最強的降雨。例如2009年的莫拉克颱風只是中度颱風,卻造成傷亡損失極為慘重的八八水災。

此外,颱風來臨前,水資源管理機關需要決定是否該提早洩洪以容納降水。但是,如果颱風雨量超乎預期,颱風期間緊急洩洪往往造成下游地區淹水更加嚴重;反之,若颱風雨量少於預期,便有可能面臨缺水的風險。

因此,如果能在颱風來之前,給予水資源管理機關一個比較有信心的定量降水預報,便可決定水庫要不要洩洪或多少洩洪量,以確保台灣用水安全無虞。

現行氣象預報模式之極限?

現行的降水預報產品並不足以應付需要高精度的水資源管理,目前進行預報的流程,必須先有觀測資料,利用來自雷達、衛星、地面觀測、探空氣球等觀測資料,建立大氣狀況的初始值,之後利用物理原理透過超級電腦計算得到如颱風路徑、降雨量等一般常見的天氣預報。

準確的颱風降水預報取決於兩點:颱風路徑預報與颱風降水結構預報。目前台灣只有四個觀測大氣垂直狀況的測站,分別位於板橋、台南、墾丁、花蓮;大海台灣外海的一大片海洋上空的資料幾乎沒有,偏偏颱風又是在海面發展與移動,且颱風影響台灣時,更大的空間範圍內的大氣狀況亦會造成影響,例如產生共伴效應與西南氣流等。

目前天氣預報是由聯合國世界氣象組織(WMO)會員國提供各類型觀測資料再彙整後,所推演出全球的大氣狀況;就台灣鄰近地區而言,觀測量相當不足。沒有觀測的部分只能仰賴內差或外差等數學方式推估,如此一來便會產生誤差。

另外,目前的天氣預報中採用的數學方程式與牽涉的物理過程相當複雜,只能用最佳近似的方式計算,加上很多問題無法得到完整的觀測資料。這些因素使得準確預測降水十分困難。

團結力量大:系集預報

現在大家常看到的天氣預報多屬於「決定性預報」,但由於前述預報模式的侷限,目前並不存在完美的天氣預報,因此引入新的天氣預報的概念:「系集預報」。

系集預報的原理很簡單:團結力量大。雖然每種不同的天氣數值預報模式和採用的方法都不完美,但是藉由集合眾人的力量,各取所長,同時汲取各種模式的優點,再利用統計方法,產出統計上最具信心的成果。

利用系集預報,可以大致掌握颱風的降雨分布與平均的趨勢,但對於造成最嚴重災情的極端降雨仍有不足之處。因此,系集預報將引入「機率預報」的概念,以提醒災害發生之可能,而非絕對的發生與否分界線。

舉例來說,未來的天氣預報將告訴你雨量達300毫米的機率有80%,讓地方政府能依照機率值,考慮各地應變與防災能力做出適當的決策,個人也能依照本身的狀況作出判斷。

系集預報的缺點是:運算資源龐大。若要採用所有現有的數值模式,計算將十分費時而且成本高昂,無法滿足颱風侵襲時每一到兩小時進行預報的需求。

為了解決這個問題,目前颱洪中心與作業單位及學界合作,共同發展適合台灣地區定量降雨預報之系集預報技術,並進行定量降雨系集預報實驗(Taiwan Cooperative Precipitation Ensemble Forecast Experiment, TAPEX)。實驗每日進行4次未來3天之模擬,並將實驗結果即時傳輸至相關單位,供災防應變人員參考運用。

未來展望

為了能提供更精確的降水預報,颱洪中心目前積極建置觀測能量,結合學界現有之設備,針對山區降雨過程進行瞭解。未來,也將把地面雷達的觀測資料放入數值模式中,讓數值模式可以掌握最新颱風結構分布,使模擬結果更為準確。

另外,現在各國進行天氣預報時,共同遇到的最大問題為大海上空的觀測資料嚴重不足。同屬國研院之太空中心預計於2016年發射升空的福衛七號,將能提供大氣垂直方向變化的觀測,提供海面上相當缺乏的大氣資料,對於全球天氣預報有很大的助益。

目前,台灣的天氣預報已經達到和世界先進國家相當的水準,尤其在雨量預測,台灣甚至有更好的表現。透過機率預報計數之提升,逐步建立民眾風險管理的觀念,將是未來氣象預報的挑戰之一。

 

延伸閱讀:
陳嬿竹、張龍耀、蕭玲鳳、江宙君、蔡金成、王潔如、鳳雷、李清勝、郭鴻基、楊明仁和黃清勇,2012:台灣地區定量降雨系集預報技術。101年天氣分析與預報研討會,台北,台灣。
江宙君、陳嬿竹和吳德榮,2012:定量降雨系集預報加值分析-以2012年6月梅雨鋒面為例。101年天氣分析與預報研討會,台北,台灣。
李志昕、洪景山 ,2011:區域系集預報系統研究:物理參數化擾動。大氣科學 39(2): 95-116。
福爾摩沙衛星七號計畫簡介
http://www.nspo.narl.org.tw/2011/tw/projects/FORMOSAT-7/program-description.html

關於作者

李柏昱

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。