1

0
0

文字

分享

1
0
0

亞洲海嘯警報系統「通過一場大考驗」

SciDev
・2012/04/24 ・1365字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

文/T.V. Padma、Smriti Daniel 與 Kafil Yamin

[亞齊/可倫坡/新德里] 海嘯警報系統看來在上周(4 月 11 日)印尼蘇門答臘沿海地震與餘震中,有效地發揮了作用,但是專家說系統仍然需要改進。

圖片來源:Pierangelo@Flickr,根據創用CC-By 2.0條款使用。

這場芮氏地震規模 8.6 的海底地震,觸發了幾個國家的海嘯警報。這是對澳大利亞、印度和印尼三個海嘯警報系統的首次即時測試,這些系統全都是在 2004 年導致將近 25 萬人死亡的亞洲海嘯之後開發的。

路透社的報導指出,這個地區系統在 4 月 11 日「通過了一場大考驗」,但是班達亞齊的一些居民告訴本網站(編按:SciDev)說,儘管印尼地球物理暨氣候局(Geophysics and Climate Bureau)在當地時間下午 3:38 發佈了一則海嘯警報,但他們當時並未聽到,僅僅是因為感覺到大地震動而跑到了安全地點。

專家說海嘯警報系統仍然需要改進。(轉載自原文,圖片來源:Vapour Trail@Flickr,根據創用CC-By 2.0條款使用)

「我沒有聽到任何東西,沒有任何警報。我就是感到地震動得太厲害了,所以我跑到了安全的地點。沒有人告訴我要去哪裡、該怎麼辦,」當地居民 Muhajir 告訴本網站。

儘管最初地震和接續發生之餘震的規模等級很大,卻沒有引發任何大的海嘯,因為這次地殼是水平移動而非垂直移動。垂直的板塊運動把水向上推,可能引發大規模的海浪——正如 2004 年的例子。

印度地球科學部(Ministry of Earth Sciences)秘書長 ShaileshNayak 說,其結果是,科學家發現地震中地殼運動方向的速度,是迅速發出一則準確海嘯預報的關鍵。

ShaileshNayak 告訴本網站,目前獲得這個資訊的時間需要花上 1.5 小時。他說:「這不夠。我們需要在 5、6 分鐘內獲得這個資訊。」

印尼人民福利協調部長 AgungLaksono 承認,「在亞齊海域安裝的 6 個警報器,只有兩個正在運作。」

在泰國,據報導指出,一些警報器也由於維護不善而沒能運作。許多旅館自己安裝了警報器,以警告人們移動到更高的地方。

專家指出,海嘯警報的資訊傳播也需要得到關注。在斯里蘭卡,只有在最高級別的海嘯威脅出現、需要立即疏散時,才會發出警報。有些人呼籲改變這種政策。

「我們需要對威脅的程度分級……也就是說,分為海嘯觀察(例如,綠色,持續收聽收音機/電視以獲得進一步的資訊)、警告(黃色,遠離海灘)和警報(紅色,立即疏散至高地),」斯里蘭卡 Peradeniya 大學土木工程系資深講師 JanakaWijetunga 表示。他還提到,這樣的一個系統已經在印度建立起來了。

他說,如果要改變目前的政策,公眾教育也需要確保居民理解不同的威脅級別。

Nayak 說,其他的改進目標,還包括電腦模擬模式以及更好的軟體來迅速處理大量資料。需要擴增資料蒐集網站的數量。

他還提到,現有的系統也需要納入更多關於海洋水深的資料,方法是使用水下聲呐或感測器以及來自「地形測量」地點的資料——諸如地面高程——以改善電腦模擬模式,並提供更好的洪水預報。

Nayak 說,某些國家缺乏收集這類資料的能力,而其他一些國家則因為安全考量而不願分享資訊。

他說:「我們(印度)收集了我們的電腦模擬模式所需要的。但是,同樣的模型在沒有他國領海的具體資料的情況下,無法在馬爾地夫或塞席爾等國家同樣有效地運行。」

T.V. Padma 和 Pratchaya W. 對報導亦有貢獻

本文原發表於 SciDev [2012-04-16]

文章難易度
所有討論 1
SciDev
41 篇文章 ・ 1 位粉絲
科學與發展網絡(SciDev.net),提供有關科學、技術以及發展中國家的新聞、觀點和信息。


0

0
0

文字

分享

0
0
0

解析「福衛七號」的觀測原理——它發射升空後,如何讓天氣預報更準確?

科技大觀園_96
・2021/10/25 ・2915字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2019 年 6 月 25 日,福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)在國人的引頸期盼下升空。一年多來(編按:以原文文章發佈時間計算),儘管衛星還沒有全部轉換到預定的軌道,但已經回傳許多資料,這些資料對於天氣預報的精進,帶來很大的助益。中央大學大氣系特聘教授黃清勇及團隊成員楊舒芝教授、陳舒雅博士最近的研究主題,就是福衛七號傳回的資料,對天氣預報能有哪些改善。

掩星觀測的原理

要介紹福衛七號帶來的貢獻,得先從它的上一代──福衛三號說起。福衛三號包含了 6 顆氣象衛星,軌道高度 700~800 公里,以 72 度的傾角繞著地球運轉(繞行軌道與赤道夾角為 72 度)。這些衛星提供氣象資訊的方式,是接收更高軌道(約 20,200 公里)的 GPS 衛星所放出的電波,這些電波在行進到氣象衛星的路程中,會從太空進入大氣,並產生偏折,再由氣象衛星接收。換句話說,氣象衛星接收到的電波並不是走直線傳遞來的,而是因為大氣的折射,產生了偏折,藉由偏折角可推得大氣資訊。

▲低軌道衛星(如福衛三號)持續接收 GPS 衛星訊號,直到接收不到為止,整個過程會轉換成一次掩星事件,讓科學家取得大氣溫濕度垂直分佈。圖/黃清勇教授提供

氣象衛星會一邊移動,一邊持續接收電波,直到接收不到為止,在這段過程中,電波穿過的大氣從最高層、較稀薄的大氣,逐漸變為最底層、最接近地面的大氣,科學家能將這段過程中每一層大氣所造成的偏折角,通過計算回推出折射率,而折射率又和大氣溫度、水氣、壓力有關  ,因此可再藉由每個高度的大氣折射率,得出溫濕度垂直分布,這種觀測方式稱為「掩星觀測」。掩星觀測所得到的資料,可以納入數值預報模式,進一步做各種預報分析。 

資料同化──觀測與模式的最佳結合

在將掩星觀測資料納入數值預報模式時,必須先經過「資料同化」的過程。數值預報模式內含動力方程式,可以模擬任何一個位置的氣塊的運動,但是因為大氣環境非常複雜,模擬時不可能納入全部的動力條件,因此模擬結果不一定正確。而另一方面,掩星觀測資料提供的是真實觀測資訊,楊舒芝形容:「觀測就像拿著照相機拍照,不管什麼動力方程式,拍到什麼就是什麼。」但是,觀測的分布是不均勻的—唯有觀測過的位置,我們才會有觀測資料。

所以,我們一手擁有分布不均勻但很真實的觀測資料,另一手擁有很全面但可能不太正確的模式模擬。資料同化就是結合這兩者,找到一個最具代表性的大氣初始分析場,再以這個分析場為起點,去做後續的預報。資料同化正是楊舒芝和陳舒雅的重點工作之一。 

中央大學分別模擬 2010 年梅姬颱風和 2013 年海燕颱風的路徑,發現加入福三掩星觀測資料之後,可以降低颱風模擬路徑的誤差。圖/黃清勇教授提供

由於掩星觀測取得的資料與大氣的溫度、濕度、壓力有密切關係,因此在預報颱風、梅雨或豪大雨等與水氣量息息相關的天氣時,帶來重要的幫助。黃清勇的團隊針對福衛三號的掩星觀測資料對天氣預報的影響,做了許多模擬與研究,發現在預測颱風或氣旋生成、預報颱風路徑,以及豪大雨的降雨區域及雨量等,納入福衛三號的掩星觀測資料,都能有效提升預報的準確度。

黃清勇進一步說明,由於颱風都是在海面上生成的,而掩星觀測技術仰賴的是繞著地球運行的衛星來收集資料,相較於一般位於陸地上的觀測站,更能夠取得海上大氣資料,因此對於預測颱風的生成有很好的幫助。另一方面,這些資料也能幫助科學家掌握大氣環境,例如對於太平洋高壓的範圍抓得很準確,那麼對颱風路徑的預測自然也會更準。根據團隊的研究,加入福衛三號的掩星觀測資料,平均能將 72 小時颱風路徑預報的誤差減少約 12 公里,相當於改進了 5%。

豪大雨的預測則不只溫濕度等資訊,還需要風場資訊的協助,楊舒芝以 2008 年 6 月 16 日臺灣南部降下豪大雨的事件做為舉例,一般來說豪大雨都發生在山區,但這次的豪大雨卻集中在海岸邊,而且持續時間很久。為了找出合理的預測模式,楊舒芝探討了如何利用掩星觀測資料來修正風場。 

從 2008 年 6 月 16 日的個案發現,掩星資料有助於研究團隊掌握西南氣流的水氣分佈。上圖 CNTL 是未使用掩星資料的控制組,而 REF 和 BANGLE 皆有加入掩星資料(同化算子不一樣),有掩星資料可明顯改善模擬,更接近觀測值(Observation)。圖/黃清勇教授提供

福衛七號接棒觀測

隨著福衛三號的退休,福衛七號傳承了氣象觀測的重責大任。福衛七號也包含了 6 顆氣象衛星,不過它和福衛三號有些不同之處。

福衛三號是以高達 72 度的傾角繞著地球運轉,取得的資料點分布比較均勻,高緯度地區會比低緯度地區密集一些。相較之下,福衛七號的傾角只有 24 度,它所觀測的點集中在南北緯 50 度之間,對臺灣所在的副熱帶及熱帶地區來說,密集度更高;加上福衛七號收集的電波來源除了美國的 GPS 衛星,還增加了俄國的 GLONASS 衛星,這些因素使得在低緯度地區,福衛七號所提供的掩星觀測資料將比福衛三號多出約四倍,每天可達 4,000 筆。

福衛三號與福衛七號比較表。圖/fatcat 11 繪

另一方面,福衛七號的軟硬體比起福衛三號更加先進,可以獲得更低層的大氣資料,而因為水氣主要都集中在低層,所以福衛七號對水氣掌握會比福衛三號更具優勢。

從福衛三號到福衛七號,其實模式也在逐漸演進。早期的模式都是納入「折射率」進行同化,而折射率又是從掩星觀測資料測得的偏折角計算出來的。「偏折角」是衛星在做觀測時,最直接觀測到的數據,相較之下,折射率是計算出來的,就像加工過的產品,一定有誤差。因此,近來各國學者在做數值模擬時,愈來愈多都是直接納入偏折角,而不採用折射率。黃清勇解釋:「直接納入偏折角會增加模式計算的複雜度,也會增加運算所需的時間,而預報又是得追著時間跑的工作,因此早期才會以折射率為主。」不過現在由於電腦的運算能力與模式都已經有了進步,因此偏折角逐漸成為主流的選擇。 

由左至右依序為,楊舒芝教授、黃清勇特聘教授、陳舒雅助理研究員。圖/簡克志攝

福衛七號其實還沒有全部轉換到預定的軌道,不過這一年多來的掩星觀測資料,已經讓中央氣象局對熱帶地區的天氣預報,準確度提升了 4~10%;陳舒雅也以今年 8 月的哈格比颱風為案例,成功地利用福衛七號的掩星觀測資料,模擬出哈格比颱風的生成。

除了福衛七號,還有一顆稱為「獵風者」的實驗型衛星,預計 2022 年將會升空。獵風者的任務是接收從地表反射的 GPS 衛星電波,然後推估風速。可以想見,一旦有了獵風者的加入,我們對大氣環境的掌握度勢必更好,對於颱風等天氣現象的預報也能更加準確。就讓我們一起期待吧!

科技大觀園_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策