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降雨預報難度高?讓氣象雷達參一腳吧

降雨預報向來是氣象科技的一大挑戰,國家實驗研究院台灣颱風洪水研究中心發展「雷達資料同化」技術,將氣象雷達的觀測資料整合進數值預報模式,更精準地推估未來6小時逐時雨量,協助相關單位及早因應防災。

雷達為目前觀測雲雨的主要工具,可在短時間內取得大量高解析度資料,「雷達資料同化」是將氣象雷達的觀測資訊放入天氣預報模式,以獲得更準確的中小尺度極短期天氣預報。

氣象預報的原理是觀察大氣現況,將這些觀測數據放進數值模式以運算未來天氣狀況,中央氣象局現今使用的數值模式有來自衛星、探空氣球、地面氣象站的觀測數據,尚未包含氣象雷達。中央氣象局預報中心副主任呂國臣說,15年前就有人提出此構想,但雷達資料解析度高(目前氣象雷達解析度可達100公尺,比解析度三公里的數值模式還高),需要大量運算資源且相當耗時,當年技術不夠成熟而未成形。

台灣的天然災害常為豪雨所致,但降雨機制複雜,有些物理過程至今仍未確定,只能透過參數簡化,加上台灣的複雜地形影響,颱風路徑偏差50公里(就目前氣象科技,誤差值50公里已非常精確),降雨分佈可能就截然不同,十、二十公里範圍的中小尺度降雨預報相當不易。模式中的大氣環境要模擬的對,才能與現實狀況相對應,若能提升放入模式的觀測數據品質,就能提高降雨預報的準確度。

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以蘇拉颱風為例,與觀測數據相較,加入雷達資料後的預測較準確。圖/國研院提供

颱洪中心自美國國家大氣研究中心(NCAR)引進雷達資料同化技術,依台灣地形與氣候條件調整參數,並以蘇花公路與高屏溪流域為對象研究,選取幾個颱風事件各進行上百次雨量推估實驗。有個評估雨量預報能力的指標稱為「預兆得分(threat score, TS)」,國際間氣象作業單位針對豪雨的TS約為0.2~0.3。颱洪中心實驗得出,對蘇花公路區域而言,使用雷達資料同化系統的TS較傳統預報提升20%(0.22升至0.31);高屏區則提升了47%(0.25升至0.36)。

更精確的降雨預報能提升預警及防災決策,例如封鎖容易土石崩塌的公路。根據公路總局統計,蘇花公路平均每年阻斷達24天、管制天數達32天,嚴重事故如2010年梅姬颱風期間,因外圍氣流與東北季風共伴效應,三小時內降雨444毫米,導致土石崩塌,造成32車超過400人受困。

不同公路段有不同封路標準,像蘇花公路就有三種封路標準,目前這些標準皆依照實際「觀測雨量」,來不及事前預警。颱洪中心助理研究員蔡直謙說,蘇花公路平均行車時間為3~5小時,若加入雷達同化的數據,就能及早應變,在六小時前就封路、淨空公路車輛。

颱洪中心此系統剛建置完成,資料定期幾小時更新,並傳給氣象局。呂國臣說,氣象局現有技術的TS為0.36,颱洪中心此系統的數據若要進入中央氣象局的預報模式,還須經過校驗程序。除了與氣象局合作,未來颱洪中心也計畫與公路總局成立「強降雨致山區道路災害評估平台」,監測全台易於颱風豪雨時發生崩塌的路段。

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關於作者

劉珈均

PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。