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科學創業:科質新生的新世代

Gilver
・2014/05/29 ・7894字 ・閱讀時間約 16 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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圖片1

文 / Gilver

主持人 / 鄭國威  開幕致詞 / 鄭國威、曾聰邦、徐挺耀
科創卡司 / 丸幸弘、彭啟明、蔡宇翔

「科學太重要了,不能只交給科學家。」這是泛科學總編輯鄭國威在去年的論壇上說過的話。今年,他再補充一句:「科學家太重要了,所以不能讓他只鑽研科學!」科學傳播或者說科普,簡而言之就是將少數人擁有的高深知識,轉變成人人都能掌握的素養。當今社會面臨的諸多問題,如氣候變遷、糧食、貧窮、政府失能、能源、水資源等等,都在科學創業家的努力之下逐漸逼近解答,因此科學家不能只在象牙塔裡鑽學問。

深感科學傳播與科學素養的重要性,並為了提高大眾對科學的興趣,泛科學與國立臺灣科學­教育館繼2013年「開放吧!科學」之後,再度合作舉辦年度科普盛會。今年以「蛻變吧­!科學」為主題,關注台灣科學與創業結合的可能與挑戰。

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Part1. 科創夥伴來致詞

「科學家太重要了,不能讓他只鑽研科學。」– PanSci總編輯‧鄭國威

「我堅持奮戰五十餘年,致力於科學的發展,用一個詞可以道出我工作最艱辛的特點,就是失敗!」 這是發現絕對零度、創立開爾文溫標,並在數學物理、熱力學、電磁學、彈性力學、以太理論和宇宙理論各方面都有重大貢獻的科學家 William Thomson Kelvin 的語摘。開爾文出生在一個堅信許多錯誤觀念的時代,例如說他認為引力收縮是天體唯一能源,並經由換算太陽引力位能得出地球年齡只有數億年的結論,也宣稱過任何比空氣重的物體都不能飛。

13762008485_4ef38de953_z「『科學太重要了,不能只交給科學家。』這是我在去年的論壇上說過的話,今年我要再補充一句:『科學家太重要了,所以不能讓他只鑽研科學!』」科學傳播或者說科普,簡而言之就是將少數人擁有的高深知識,轉變成人人都能掌握的素養。當今社會所面臨的諸多問題,例如氣候變遷、糧食、貧窮、政府失能、能源、水資源等等,都能在科學創業家的努力之下逐漸逼近解答 (可見《富足》一書)。「科學家不能只在象牙塔裡鑽學問。」鄭國威說。

科學家和創業家共享著許多特點,雖然總是極少數的人成功,但世界正是由這極少數的人改變。今天這場「蛻變吧!科學」係由台灣科學教育館、台灣數位文化協會共同主辦,是泛科學第二次主辦的大型年會,在此感謝 科教館 的支持,以及這場活動的贊助單位:網路直播由 通泰媒體應用公司 架設,恆星級的贊助單位 cacaFly聖洋科技 及天工開物、海洋級的贊助單位石尚集團Readmoo電子書店國航科技CAVE教育團隊;森林級贊助單位包括視群傳播艾絲資訊 iFit遠見天下文化教育基金會KKTIX經濟新潮社小牛頓科學少年;最後是媒體贊助的單位,有BBC知識Discovery探索頻道雜誌科學人雜誌、民視科學再發現、民視科學補給讚、專業App資訊網站 PunApp最棒appPunNode科技創業新聞網NPOst公益交流站,感謝這些贊助的媒體單位。

「科學不一定得是工作,它也是種能力。」–科教館主任秘書‧曾聰邦

國立科學教育館長期致力於青少年科學能力的培養。「我們看著這些孩子有的變成大學教授、研究員、醫生或工程師,他們所熱愛的科學變成他們生活的一部份。同時,還有好大的另一部份變成了其他職業,像律師、銀行員、法官、公務員等。」

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13762081173_4338b9bed0_z科學不一定得要是工作,它也是種能力。有一群人開始做一些不一樣的事情,將科學透過轉換、客製化、賦予價值,促使它成為行業。什麼樣的人能做這樣的事?接下來三位要來和我們分享的講者,他們將科學變成了不同的風貌和價值,即將給我們的腦袋給予另類的啟發;而在8月23、24一樣在科教館舉辦的科學玩意節《科青站起來,科學動起來》,也歡迎大家來參加!預祝今日研討會順利成功。

「我們一路跟失敗搏鬥。」–台灣數位文化協會執行長‧徐挺耀

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「去年到現在我們有許多成長,像是人力變成了兩倍多……1.5個人變成了3個人,再加上專欄作者就更多了啦。」徐挺耀跟鄭國威一起做了很多事,像是PunNode和許多類似的網站,Pansci也是在一個個計劃被做出來的過程中的產物。「我們一路跟失敗搏鬥,雖然不敢說很成功,但至少是台灣最大的最有效的科學社群了,還請各位繼續支持。」未來,泛科學可能會往社會企業的發展進行,希望未來能服務更多喜歡科學的人,期許能像來自日本的Leave a nest的丸幸弘先生一樣做到永續經營!另外,我們也邀請到國內的科學創業者:彭啟明老師和天工開物的蔡宇翔總監分享他們的經驗。除了領22K,還是有許多機會、可能性存在的。

Part2. 科創卡司來分享

科學創業的希望之巢:Leave a nest

帥氣瀟灑的丸幸弘博士 (Dr. Yukihiro Maru) 為 Leave a nest株式会社リバネス)公司的創辦人暨執行長。學術研究時代,他研究單胞藻(Chlamydomonas)的光合作用及熱帶豆科植物的根瘤形成。2001年取得博士學位後,有鑑於國內博後們對生涯的茫然,他和大學時代玩樂團的十五位同學,一起走進校園演示實驗,大受好評。隔年,他沒成為教授,反而創立公司成為執行長。去年鄭國威總編輯在泛科學上刊載的訪問文章《博士後只能賣雞排、等教職?Leave A Nest 揭示的另一條康莊大道》就有數十萬次的瀏覽,超過七千人在臉書按讚。

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丸幸弘博士介紹他的公司-Leave a Nest。

丸幸弘博士認為,日本(及台灣)面對兩個大問題:年輕人對科學失去興趣,以及科學研究職缺越來越難爭取,是他創辦 Leave a nest 的動機。Leave a nest在2002年6月成立,成員都是科學家,公司的核心視界是為:”Advancing Science and Technology for Global happiness.” 這和科學家的使命是雷同的。

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Leave a nest 的科學家們來到各個學校進行科學工作坊和演示,並發行科學刊物供中學生閱讀。丸幸弘博士認為,「科學工作坊是科學溝通的訓練,商業也同樣需要這種傳播技術。」他將公司定位為 HR training platform (=人事專員訓練平台) ,科學家和參與的學生在訓練下成為具有潛力的未來領導者,其後進入企業、踏入學術,或者創業(start-up)。

13762160085_10a4fe42e1_z公司目前44名成員,平均32歲,碩士、博士都有。公司內的發展主意非常多樣化,例如 Shuhei Tsukada先生致力於發展植物產食餐廳、亦做為科學傳播之地,這個點子後來得到2011年的優良設計獎 (GOOD DESIGN AWARD);另一個例子是Yuji Kukuda先生以科學研究為根據,以生態餵養產出的沖繩高級豬肉農場。公司做為一個培育科學創業的場所,提供了他們發展的平台。

丸幸弘博士接著介紹了一些公司成員的故事。岀雲充先生(Mr. Mitsuru Izumo)利用眼蟲 (Euglena sp.) 具有葉綠體、能夠消耗二氧化碳、產生高養分的特性,成立生物科技創業公司EUGLENA;跨IT產業的例子像是 Bioimpact 公司,為研究者蒐集他們需要的資料;跨電機的例子,例如 Ory Labortary 研發遠端溝通機器人,能讓使用者在兩地間實境溝通,借助科技的力量將人與人之間的社交關係拉近,改善例如醫院的病患的社交困境;跨大資料時代和微生物學的例子像是 GeneQuest,能夠提供大量的生物 DNA 分析資訊。

最後,丸幸弘博士舉出他所認為創業該如何開始–從問題(Question)出發,發現問題;接著用熱情 (Passion)去研究它,繼而用任務 (Mission)去解決它,最後是創新 (Innovation),產生新的價值和概念,這個過程簡稱為QPMI: Innovation Wheel Model。

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利用你的專長,去獲取利益;別只是當個接收者,要當個迎接挑戰的行動者。」丸幸弘博士總結道。

天空的寶藏:從觀天象到企業化

天氣,過去被認為是由老天所掌握。天空到底有什麼寶藏,可以讓彭啟明先生開一間公司?

彭啟明先生是氣象專家,也是第一位民間氣象公司的創辦人,天氣風險管理開發公司總經理。過去他所做的研究是「全球冷卻」–人為排放的汙染物懸浮微粒將陽光反射,使得雲量增多,反射更多的熱量,以及聖嬰/反聖嬰等地球大氣循環變動。至於在國立中央大學的研究工作,主要是東亞地區的沙塵暴、生質燃燒和空氣汙染。

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天氣達人彭啟明。

彭啟明在陽明山約1100m處山頂的量測站估量雲裡的水,計算本地汙染和從來自外地的汙染比例,並用模組預估中國哪些地區對台灣的酸雨貢獻多少,更協助環保署建立二代酸雨測站。他研究的另一個主題沙塵暴 (霧霾),不但會造成民眾健康負擔,也引響半導體工廠曾經使得韓國工廠停工停學,卻促使南科台股漲停板,他的研究使得幫助企業得以進行氣候模式預估,減少因天氣帶來的損失。

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許多強國用超級電腦公開他們的高品質資料,成為現在公司的資料庫型態。關注環境的問題,已經演變到跨縣跨國跨界。氣象和我們的生活有什麼關係呢?例如,每月平均蛋價逐年增加這個現象,彭啟明研究了天氣和蛋價的關聯,發現天氣冷的時候蛋價會漲。比較今年(2014)的蛋價變異和去年變異不大、價格卻差很大,推測出這應該是人為影響。雖然天氣變動大會影響到許多事,但也經常成為產業調漲價格的好藉口。

13762674204_fa41cd8e4f_z近幾年,彭啟明成為了Open Data聯盟的會長,一面希望政府公開氣象資料,一面促成了台灣英國open data發展交流與合作。氣象法修正以及網路的發達,再加上全球巨量氣象資料的公開,使得獲得核可的天氣分析師可以公開預測資訊,進而建立本土區域性氣象預測模式流程。因為它能夠加以客製化、做加值服務,因而創造氣象產業,今後不再只有中央氣象局可以發布預測。

「其實這間公司一開始是參加創業比賽得名獲得了140萬資本,就去登記創辦天氣公司。」彭啟明說道。公司服務的項目有賽鴿、高價雨傘商品指數、高鐵、交通部公路總局天氣防災,現在準確率已可達八成。至於提供給企業的,是面對氣候風險的行動,像是CSR、營運持續管理、氣候風險揭露等等都是公司在做的事情。另外,彭啟明也在推動企業也應該公布氣候風險對自己造成的威脅,例如在美國,可口可樂公司最怕乾旱,它就應該要多投注一些在這上面。

「科學可以改變整個社會,把事情做得更精準。」彭啟明的理想就是立足台灣,做一個地球企業;更了解地球、與災害共存,和新一代年輕人找到新的機會。

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互動的溫度:天工開物

天工開物技術總監--蔡宇翔先生,一開始是技術硬體方面的幕後人員,少有機會到台前走跳,今天來和大家分享科學技術背景的人如何擁有更多的可能。他在修畢電機系課程之後成為了工程師,但工作幾年之後忽然倦於生活的一成不變,遂而決定去學3D動畫,後來才發現「互動」這個產業的存在。

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天工開物總監蔡宇翔。

天工開物在做什麼? 它是一間創意互動設計公司。互動有許多面向,像是許多不同介面的電玩/手機遊戲,是訊息傳達的過程,我們想要顛覆訊息傳達的傳統印象。例如俗稱的”WINDOW SHOPPING”是一種單向傳遞訊息的展示,但若結合互動科技的元素,透過更多不同溝通的方式,將能讓真正的window shopping得以實現!在展示方式上加上互動科技的例子,像是HERMES在東京旗艦店的櫥窗:模特兒的影片輕輕對絲巾吹氣,展示品牌的質感和意涵。另一個例子 NIKE的運動鞋櫥窗則以跳高遊戲創造互動式平台,拉近消費者與櫥窗展示的距離。

13762399813_3d1a9bf09c_z 藝術和商業身處在業務光譜的兩端,中間經歷公共藝術/博覽會博物館/商業公共空間/旗艦展示店/商業娛樂空間/公關行銷直到商業。我們在光譜上的優勢是不同面向的緊密配合,對客戶精細的分析、創意會議後進入製作、實測、安裝、驗收、到最後的保固維修的程序。以下將介紹幾個案例。

第一個案例「香檳三」:在香檳3 這間 Disco Pub裡,男廁被加上了互動裝置。當男士在投影幕的一側小解時,小便斗會根據收到的尿液量,在投影幕上灌溉出一朵小花,同時顯示在外頭通道的投影幕上。這樣的設計雖不至於色情,卻帶有一種PUB式的曖昧,非常符合這個場所。

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第二個案例「多運動」:測試民眾的跑步能量,跑得越快能量越大;互動螢幕上還會隨機出現一個代表玩家的「運動靈」,跑完以後還可以跟它合照。玩家在互動體驗之後,走出來喝公司的商品。

第三個案例「晨昏山水」:它是一個互動劇場的建案。透過模擬晨昏變化的建築劇場,民眾能以旋鈕控制、體驗不同時節下建築模型的氣氛,提供住戶對未來的家的想像。

第四個案例「蜃樓」:它是黃心健老師在霧峰林家古蹟的創作計畫,結合3D投影、建築投影、舞蹈戲劇等光影元素,短短兩天內的活動得到熱烈回響。13762415393_3027c47ef0_z

除了這幾個例子,台北市的行動夢想館也是第一個以行動裝置導覽、手機影音互動的展館。

「技術是一把劍,心中無劍、手中也無劍才是最高境界。」蔡宇翔認為,一味追求科技反而會模糊互動設計的焦點,應將呈現方式自然地融入互動之中。一個有趣的國外範例是德國柏林的TOUCHED ECHO,模擬1945年轟炸機轟炸的現場。他們在欄杆埋入像是助聽器的骨傳導裝置,民眾只要倚在欄杆上、摀著耳朵,就能透過震動將聲音傳導到觀眾耳中。我們也以這個案例期許自己。

明代宋應星寫了《天工開物》,裏頭寫道:「士子埋首四書五經,飽食終日卻不知糧米如何而來;身著絲衣,卻不解蠶絲如何飼育織造。」科學對蔡宇翔來說不是什麼獨門的學問,比較像是生活中的道理,我們可以保有好奇心,去發覺生活中處處的小小科學,這是他的工作生活對科學的體認。

Part3. 現場開放Q&A

以下登場人物代號分別為: 「P」=鄭國威 (泛科學總編輯) 「曾」=曾聰邦 (科教館主秘) 「徐」=徐挺耀 (數位文化協會執行長) 「丸」=丸幸弘 (Leave a nest 執行長) 「彭」=彭啟明 (天氣風險管理開發公司總經理)「蔡」=蔡宇翔 (天工開物技術總監)

Part3.1. P編主持時間

13762516185_5e81fdc452_zP:Leave a nest 12年以來遇到最大的挑戰?

丸→ 就是今天。(笑) 我在大學時,老闆總是緊盯著我有沒有做實驗、有沒有進度、有沒有Data,同時一邊又在外面的學校奔走、積極舉辦工作坊,因此睡眠相當少。現在公司有44名成員,雖然各自領域相當不同,但我完全沒有進行管理。他們很自由,也很熱情投入,Leave a nest這個平台支持著他們更早達到他們的創業夢想。我們是夥伴、支持者、也是培養者,leave a nest就是以這樣的視界出發。

P:從一個專業科學教育領域人員的角度來說,您認為台灣的科學教育足以培養出更多科學人才嗎? 這是否應該是社會應該發展的方向?

曾→ 要成為一個真正可能的科學創業者,不能僅從科學教育出發,許多相關需要的能力和課本並不相關。跨域整合的能力是創業不可或缺的,包含基本的法律和商務能力。計畫的規劃和執行能力,也是需要的人格特質。科教館僅是提供科學能力的提升。

P:創業前後的生活有什麼不一樣?天氣公司有沒有新的計畫?有往其他國家進軍的目標嗎?

彭→ 生活是差不多的。我人生的轉折是在碩博士當研究生的時候,那時候薪資大概跟麥當勞打工差不多,只是在實驗室過生活,埋首學術研究;現在我有休息時間時,我其實也在看PAPER,科學家的養成為我的事業有很大的幫助。現代的年輕人看不到未來,跟他們相比我現在掌握比較多資源,也帶著一批年輕人在前進,我想做一些跨出台灣的事情。如果想要做大,面對廣大的中國市場和兩岸關係可能是需要能夠應對的事情,但其實也不一定要往中國去,還有很多其他國家可以做。我們已經在國外有客戶了,也需要有雄心去做國外預報天氣的年輕人。

P:藝術結合科學再加上互動不確定相當高,如何去評估作品的成效?溝通上藝術家跟技術專家怎麼進行?

蔡→ 我們會試著把工作流程定義清楚,一開始就和客戶溝通好展示需求、空間、使用者身分都定義清楚。像是KPI這種評估機制,我們有參訪流量條款,像是一天門票的收益或是人次,都是一開始就有評估的。而藝術家跟技術專家之間,其實天工開物的成員幾乎都有跨領域的背景!不單單是寫程式,有兩三個專業領域,大家也因此比較可以接納對方的意見,像是服裝設計+程式這個的專業就差很多。黃心健老師也是,雖然他是個藝術家,但寫程式也非常強。

P:你是一個創業狂,你認為台灣的科學創業最大困難是? 投資? 創業視野? 政府?

徐→ 可參見在PUNNODE寫過的這篇文章,講泛科學成立的經過。不像果殼網的姬十三有拿到創投的錢,我們只能和國科會打交道很麻煩、痛苦期很長。你要拿到錢,要跟國家機構打交道,但國家機構跟傳統學術界比較像。現在時代已經變很大,如果能有更高的執行效率,可能促進更多事情發生。其實,國科會也有支持一些跟我們很像的網站建置計畫跟我們很像,但這些網站卻因計畫時間結束而直接終止經營……。眼前的問題非常多,期待泛科學之後會變得越來越大。

Part3.1. 現場開放Q&A

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科學創業所最需要的是什麼?是自修還是科學?

如何走到中國以外其他的天空? 老天決定氣象,如果失誤的科學責任怎麼負?

彭→ 要創業是需要學習的,像我當時就是花半年的週末上像是EMBA的課程,要會看財報、產業趨勢,另外大家聽到你要創業,騙子就會開始上門。另外就是很多的不確定性,你的判斷能力會變得很重要,創業有時更需要學廣跟鑽精需要平衡的。此外創業也要做很多公益,是很複雜的。很多事情不要去指望政府可以做到什麼,我們要有自己的判斷。

氣象預報本來就有責任,我們提供的是專業的預報準確度,就服務上如果報錯就不收,不然你給我多點錢、我就幫你買天氣保險。一開始客戶都不解氣象預測為什麼要收錢,後來好的客戶就慢慢可以理解變動度很大的狀況是存在的,這也是需要科學的再教育和傳播。

國際上有哪些成功的科學創業例子?

徐→ TESLA汽車Elon Musk的太陽能和電動車、列印火箭、再生能源系統等等。我很推薦《富足》這本書,許多科學創業者比較像MAKER(自造者),不像傳統的工業,大多出自個人的創見主意。泛科學還在往前走、慢慢擴大,丸幸弘也是成功的例子,北京的姬十三也是,其實都有做成功的人。

我是一個大六的醫學系學生,學校的教育模式難以讓學生接觸到創業、擁有自己的一間公司。老師沒有辦法教你怎麼去創業,大多是追求學術界的成就,像是SCI點數。

丸→ 在日本,兩個面向基本上也是分開的,醫學院教育大眾科學,也有另一群人是在追求金錢。
彭→ 我2000年曾拜訪日本一位院士級的前瞻學者,他給我三個字”惡平同”:大家都一樣的現象越來越多。學校並不是一個創意的天堂,學校老師本來就有SCI點數壓力。為了創業要放棄很多事情,商業也需要錢、需要商業模式的演繹,在學校多數是學不到的。創業的過程沒有人告訴你怎麼做,你得自己去學習,你可能也需要去找一些貴人相助,像是丸先生的窩。我們國家有自己的問題,怎麼樣給年輕人機會?坦白來說不要一直在學校裡想這些問題,去外面盡早社會化就有刺激、資源接觸到更多不一樣的知識。

科學思維和藝術的還是會有衝突吧,是否有具體克服的例子?

蔡→ 兩個人遇到意見相左時,我們會找多人一起來討論,創業就是不同的領域提出不同的想法,才會有新的創意。我們公司內部會比較開放的邀請各位給予意見,衝突可能反而是創意的來源。

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Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。

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說好的颱風呢?!氣象預報不準?要準確預測天氣有多難?
PanSci_96
・2023/09/12 ・4646字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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小心啊,打雷囉,下雨收衣服啊!

氣象報告說好是晴天的,怎麼一踏出門就開始下雨了?

昨天都說要直撲的颱風,怎麼又彎出去了?

多麼希望天氣預報能做到百分之百正確,只要出門前問一下手機,就能確定今天是出大太陽還是午後雷陣雨,是幾點幾分在哪裡?又或是最重要的,颱風到底會不會來?

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但你知道,現在的氣象預報,已經動用全球最強的超級電腦們了嗎?既然如此,我們現在的氣象預報能力到底有多準?我們什麼時候能徹底掌握這顆蔚藍星球上發生的所有天氣現象?

天氣預報有多困難?

雖然我們常常嫌說氣象預報不準、颱風路徑不準、預測失靈等等。但我們現在的實力如何呢?

目前美國國家海洋暨大氣總署的數據分析,對西太平洋颱風的 24 小時預測,誤差平均值約 50 英哩,也就是一天內的路徑誤差,大約是 80 公里。其他國家的氣象局,24 小時的誤差也約在 50 到 120 公里之間。台灣呢?根據中央氣象局到 2010 年的統計,誤差大約在 100 公里內。也就是臺灣對颱風的預測,沒有落後其他先進單位。

現在只要打開手機隨便開個 APP,就能問到今天的天氣概況,甚至是小區域或是短時間區間內的天氣預報。但在過去沒有電腦的時代,要預測天氣根本可以不可能(諸葛孔明:哪泥?)。

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近代且稱得上科學的天氣預測可追溯回 1854 年,那個只能靠人工觀測的年代,英國氣象學家為了保護漁民出海的安危,利用電報傳遞來蒐集各地居民的觀察,並進行風暴預報。後來演變成天氣預報後,卻因為有時預報不準,預報員承受了輿論與國會批判的巨大壓力,最後甚至鬱鬱離世。

19 世紀的氣象學家為了保護漁民出海的安危,會利用電報蒐集各地居民的觀察進行風暴預報。圖/Giphy

在電腦還在用打洞卡進行運算的年代,一台電腦比一個房間還大。氣象局要預測天氣,甚至判斷颱風動向,得要依賴專家對天氣系統、氣候型態的認知。因此在模擬預測非主流的年代,我們可以看到氣象局在進行預測時,會拿著一個圓盤,依據量測到的大氣壓力、風速等氣象值,進行專家分析。

當時全球的氣象系統,則是透過全球約一千個氣象站,共同在 UTC 時間(舊稱格林威治時間)的零零時施放高空探測氣球,透過聯合國的「World Weather Watch」計畫來共享天氣資料,用以分析。關於氣象氣球,我們之前也介紹過,歡迎看看這集喔。

也就是說,以前的颱風預測就是專家依靠自身的學理與經驗,來預測颱風的動向,但是,大氣系統極其複雜,先不說大氣系統受到擾動就會有所變化,行星風系、科氏力、地形、氣壓系統這些系統間互相影響,都會造成預測上的失準,更遑論模擬整個大氣系統需要的電腦資源,是非常巨大的。

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那麼,有了現代電腦科技加持的我們,又距離全知還有多遠呢?是不是只要有夠強的超級電腦,我們就能無所不知呢?

有了電腦科技加持,我們的預報更準了嗎?

當然,有更強的電腦,我們就能算得更快。才不會出現花了三天計算,卻只能算出一個小時後天氣預報的窘況。但除了更強悍的超級電腦,也要更先進的預測模型與方法。現在的氣候氣象模擬,會先給一個初始值,像是溫度、壓力、初始風場等等,接著就讓這個數學模型開始跑。

接著我們會得到一個答案,這還不是我們真正要的解,而是一種逼近真實的解,我們還必須告訴模型,我容許的誤差值是多少。什麼意思呢?因為複雜模型算出來的數值不會是整數,而是拖著一堆小數點的複雜數字。我們則要選擇取用數值小數點後 8 位還是後 12 位等等,端看我們的電腦能處理到多少位,以及我們想算多快。時間久了,誤差的累積也越多,預測就有可能失準。沒錯,這就是著名的蝴蝶效應,美國數學暨氣象學家 Edward Norton Lorenz 過去的演講題目「蝴蝶在巴西揮動了翅膀,會不會在德州造成了龍捲風?」就是在講這件事。

回到颱風預報,大家有沒有發現,我們看到的颱風路徑圖,颱風的圈怎麼一定會越變越大,難道颱風就像戶愚呂一樣會從 30% 變成 100% 力量狀態嗎?

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輕颱鴛鴦的颱風路徑潛勢圖。圖/中央氣象局

其實那不是颱風的暴風圈大小,而是颱風的路徑預測範圍,也就是常聽到的颱風路徑潛勢圖,​是未來 1 至 3 天的颱風可能位置,颱風中心可能走的區域​顯示為潛勢圖中的紅圈,機率為 70%,所以圈圈越大,代表不確定性越大。​

1990 年後,中央氣象局開始使用高速電腦,並且使用美國國家大氣研究中心 (NCAR) 為首開發的 Weather Research and Forecasting 模型做數值運算,利用系集式方法,藉由不同的物理模式或參數改變,模擬出如同「蝴蝶效應」的結果,運算出多種颱風的可能行進路線。預測時間拉長後,誤差累積也更多,行進路徑的可能性當然也會越廣。

「真鍋模型」用物理建模模擬更真實的地球氣候!

大氣模擬不是只要有電腦就能做,其背後的物理複雜度,也是一大考驗。因此,發展與地球物理相關的研究變得非常重要。

2021 年的諾貝爾物理學獎,就是頒給發展氣候模型的真鍋淑郎。他所開發的地表模式,在這六十年間,從一個沒考慮地表植物的簡單模型,經各家發展,變成現在更為複雜、更為真實的模型。其中的參數涵蓋過去沒有的植物反應、地下水流動、氮碳化合反應等等,增強了氣候氣象模型的真實性。

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2021 年的諾貝爾物理學獎得主真鍋淑郎。圖/wikimedia

當然,越複雜的模型、越短的時間區間、越高的空間精細度,需要更強大的超級電腦,還有更精準的觀測數據,才能預測接下來半日至五日的氣象情況。

世界上前百大的超級電腦,都已被用來做大氣科學模擬。各大氣象中心通常也配有自己的超級電腦,才能做出每日預測。那麼,除了等待更加強大的超級電腦問世,我們還有什麼辦法可以提升預報的準度呢?

天氣預報到底要怎樣才能做得準?

有了電腦,人類可以紀錄一切得到的數據;有了衛星,人類則可以觀察整個地球,對地球科學領域的人來說,可以拿這些現實資訊來校正模擬或預測時的誤差,利用數學方法將觀測到的單點資料,乃至衛星資料,融合至一整個數值模型之中,將各種資料加以比對,進一步提升精準度,這種方法叫做「資料同化 (Data Assimilation)」。例如日本曾使用當時日本最強的超級電腦「京」,做過空間解析度 100 公尺的水平距離「局部」超高解析氣象預測,除了用上最強的電腦,也利用了衛星資料做資料同化。除了日本以外,歐洲中程氣象預測中心 (ECMWF),或是美國大氣暨海洋研究中心 (NOAA),也都早在使用這些技術。

臺灣這幾年升空的福衛系列衛星,和將要升空的獵風者等氣象衛星,也將在未來幫助氣象學家取得更精準的資料,藉由「資料同化」來協助模擬,達到更精準的預測分析。

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如果想要進一步提升預報準度呢?不用擔心,我們還有好幾個招式。

人海戰術!用更多的天氣模型來統計出機率的「概率性模擬」

首先,如果覺得一個模型不夠準,那就來 100 個吧!這是什麼意思?當我們只用一種物理模型來做預測時,我們總是會追求「準」,這種「準確」模型做的模擬預測,稱為「決定性模擬」,需要的是精確的參數、公式,與數值方法。就跟遇上完美的夢中情人共度完美的約會一樣,雖然值得追求,但你可能會先變成控制狂,而且失敗機率極高。

「準確」的模型就跟遇上完美情人共度完美約會一樣,雖然值得追求,但失敗機率極高。圖/Giphy

不如換個角度,改做「概率性模擬」,利用系集模擬,模擬出一大堆可能的交往對象,啊不對,是天氣模型,再根據一定數量的模擬結果,我們就可以統計出一個概率,來分析颱風路徑或是降雨機率,讓成功配對成功預測的機率更高。

製造一個虛擬地球模擬氣象?

再來,在物理層面上,目前各國正摩拳擦掌準備進行等同「數位攣生 (Digital Twin) 」的高階模擬,簡單來說,就是造出一個數位虛擬地球,來進行 1 公里水平長度網格的全球「超高」解析度模擬計算。等等,前面不是說日本可以算到 100 公尺的水平距離,為什麼 1 公里叫做超高解析度?

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因為 500 公尺到 1 公里的網格大小也是地表模式的物理適用最小單位,在這樣的解析度下,科學家相信,可以減少數值模型中被簡化的地方,產生更真實的模擬結果。

電腦要怎麼負荷這麼大的計算量?交給電腦科學家!

當然,這樣的計算非常挑戰,除了需要大量的電腦資源,還需要有穩定的超級電腦,以及幾個 Petabyte,也就是 10 的 15 次方個位元組的儲存設備來存放產出的資料。

不用為了天氣捐贈你的 D 槽,就交給電腦科學家接棒上場吧。從 CPU、GPU 間的通訊、使用 GPU 來做計算加速或是作為主要運算元件、到改寫符合新架構的軟體程式、以及資料壓縮與讀寫 (I/O)。同時還要加上「資料同化」時所需的衛星或是全球量測資料。明明是做氣象預報,卻需要等同發展 AI 的電腦科技做輔助,任務十分龐大。對這部分有興趣的朋友可以參考我們之前的這一集喔!

結語

這一切的挑戰,是為了追求更精確的計算結果,也是為了推估大魔王:氣候變遷所造成的影響必須獲得的實力。想要計算幾年,甚至百年後的氣候狀態,氣象與氣候學家就非得克服上面所提到的問題才行。

一百年來,氣候氣象預測已從專家推估,變成了利用龐大電腦系統,耗費百萬瓦的能量來進行運算。所有更強大、更精準的氣象運算,都是為了減少人類的經濟與生命損失。

對於伴隨氣候變遷到來的極端天氣,人類對於這些變化的認知還是有所不足。2021 年的德國洪水,帶走了數十條人命,但是身為歐洲氣象中心的 ECMWF,當時也只能用叢集式系統算出 1% 的豪大雨概率,甚至這個模擬出的豪大雨也並沒有達到實際量測值。

我們期待我們對氣候了解和應對的速度,能追上氣候變遷的腳步,也由衷希望,有更多人才投入地球科學領域,幫助大家更了解我們所處的這顆藍色星球。

也想問問大家,你覺得目前的氣象預報表現得如何?你覺得它夠準嗎?

  1. 夭壽準,我出門都會看預報,說下雨就是會下雨。
  2. 有待加強,預報當參考,自己的經驗才是最準的。
  3. 等科學家開發出天候棒吧,那才是我要的準。更多想法,分享給我們吧

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守護飛行安全的重要後援!航空氣象知多少
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/04/19 ・3347字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 我的青航時代-2023航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

座落在熱帶和亞熱帶氣候帶的台灣,地形複雜,天氣的變化多端,比另一半翻臉的速度還快。在地面上的人們尚且需要天氣預報,才能順利規劃日常生活起居;在天空中翺翔的飛機,同樣也必須仰賴航空氣象的資訊,才能完成一趟安全的飛行。一起來瞭解航空氣象扮演的重要角色吧!

努力讓「不測風雲」變得可測

過去不少令人觸目驚心的空難憾事,如 2014 年復興航空 222 號班機空難受颱風麥德姆風雨影響墜毀、2020 年空軍黑鷹直升機因天氣驟變失事,都與天氣因素有關。根據台灣國家運輸安全調查委員會的報告,台灣近 10 年的民用航空運輸重大飛航事故分析中,「天氣」是其中僅次於人員因素的事故原因。

因此要守護機組人員與乘客的安全,能否及時提供可靠的機場氣象觀測、預報及警報,供飛航作業人員參考,便至關重要。

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2012-2021 年民用航空運輸業重大飛航事故原因分類統計(單位:事件個數)
。圖/國家運輸安全調查委員會

那麽氣象資訊是怎麽來的呢?幕後功臣就是設置於台灣各處民航機場,堅守各自崗位的航空氣象臺。目前全島共有 5 個航空氣象臺(松山、桃園、高雄、豐年及金門)與 5 個任務臺(蘭嶼、綠島、恆春、北竿、南竿)[註1]負責監測航空氣象。

航空氣象人員的職責,就是蒐集、整理、分析和解釋飛航所需的機場及航路之預測、預報、警報及顯著危害天氣資訊。他們是飛航安全背後的强力後援,全天候守視飛航情報區天氣變化及提供諮詢。

氣象資訊從哪來?來認識氣象觀測的好幫手們

要即時準確地進行氣象觀測,絕對少不了各種氣象裝備的幫忙!任憑氣象七十二變,氣象人員也能透過氣象觀測隨時掌握情況,確保航空安全。飛航服務總臺在各民航機場都有設置的自動氣象觀測系統(Automatic Weather Observation System,簡稱 AWOS),是一個多功能的好幫手。它可以觀測風向、風速、能見度、跑道視程、雲量、雲高、溫度等等各種項目,讓氣象人員可以用來進行機場天氣測報和航機管制作業。

飛機在起飛降落時,最擔心遇到增加飛行難度的風切(Wind Shear)。風切指的是大氣中不同兩點之間,風速或風向的劇烈變化。低空風切(Low-level wind shear)則是指 1600 呎(500 公尺)以下空氣層中的風切,可能造成飛機難以操控而被迫重飛,甚至失速導致飛航事故,因此需格外注意。

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針對棘手的風切問題,氣象臺在松山機場和桃園國際機場設置了 低風切警報系統(Low Level Wind-Shear Alert System,簡稱 LLWAS),利用機場周邊沿跑道兩側及跑道延伸線外之多個 20 公尺以上測風塔進行風場觀測。當風場變化達到風切發生條件時,系統立刻就會透過文字、圖形和聲音等警告資訊,提醒氣象觀測員及塔臺管制員,發布風切警報警示進場和離場的機師做好因應措施。

低風切警報系統中的測風塔。圖/飛航服務總臺

1985 年在桃園國際機場架設的都卜勒氣象雷達(Doppler weather radar),長得就像一個巨型氣球,是當時全亞洲首座供作業用的 C 波段氣象雷達,掃描範圍可達 300 公里。它就像個盡責可靠的氣象觀測員,負責台灣北部機場和附近航路天氣的即時監測與預警,可以掌握劇烈天氣如颱風、雷雨、風切和亂流等天氣現象的發展和移動,提供資訊給飛航相關人員作業參考,確保飛行安全。

1985 年在桃園國際機場架設的都卜勒氣象雷達。圖/飛航服務總臺

「有字天書」——航空氣象報告内容大解密!

如果你拿到一份航空氣象報告,恐怕會以為這是一串亂碼。由各種英文字母縮寫和數字組成的航空氣象電碼,其實有著國際規範的通用格式。只要懂得解讀,就會發現裏頭包含了風向、風速、能見度、雲層狀況、溫度露點及氣壓等多項氣象資訊。按照其用途,航空氣象報告可以分成不同的類型,以下簡單介紹其中幾種。

依照機場的作業規模,航空氣象臺會每半小時或每小時發布機場例行天氣報告(Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report,簡稱 METAR),供飛行員和航管員使用來評估該地區當前的天氣狀況。當天氣變化達特定條件時,則會發布機場特別天氣報告(Aviation Special Weather Report,簡稱 SPECI)。另外,觀測員也會發布未來 2 小時天氣預報,提供航機進行作業因應規劃。

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若需要預測更長程的天氣變化,臺北航空氣象中心也會每天四次更新機場預報(Terminal Aerodrome Forecasts,簡稱 TAF),其有效時間長度分為 30 小時/24 小時/18 小時等三類,讓航空公司可以用來擬定航班飛行計劃,作為航機調度、載重、油料和旅客安排的參考。

安全至上!如何從惡劣天氣中全身而退

在航空業中,天氣變化不只是出門要記得帶傘這點程度的不便,更會影響航班的安排規劃。如果預計會有暴雨或風暴,航空公司可能會取消或延誤航班,以確保乘客和機組人員的安全。當風速和風向發生改變,機師也可能需要改變飛行路線和高度,以大大降低航程的風險。

但你是否也有過類似經驗:明明天氣很好,來到機場卻遇上航班延誤的消息,而感到困惑不解?這些讓旅客滿肚子哀怨的情況,其實也都是為了安全考量,所作的因應安排。因為即使機場所在地的天氣肉眼可見的良好,並不代表機場適合起飛降落。

例如飛機降落前到達一定高度時,機師必須完全看得見跑道及地面狀況,覆蓋在機場起降航道附近的低雲、雷雨區,都可能造成能見度下降,造成飛機不能按時降落。飛行時,若航路前方有雷雨天氣,基於安全考量,機師通常會繞過或飛越,也就增加了航行時間導致班機誤點。靠山邊的機場如蘭嶼機場,常因地形產生風切亂流,導致飛機降落困難,不得不重飛或返航,延誤航班。

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此外,同樣是飛往某地的航班,也可能發生有些能走,有些卻被告知走不了的情況。這是因為航機機型大小不同,適航標準也不同。即使是相同的機型,也會因駕駛員的證照類別、航空公司所訂的安全標準之差異,綜合機場條件、天氣和駕駛員對航機狀態的判斷後,對班機行程做出不一樣的決策。

氣象服務網與 APP 在手,航空氣象即時就有

飛航服務總臺也緊跟時代脚步,建設各項線上即時的氣象資訊服務,包括「航空氣象服務網」和「航空氣象資訊 APP」。航空氣象服務網主要讓航空公司簽派員、飛行員及航空相關人員申請註冊使用,以查詢全球各主要機場即時天氣測報及預報資料。在網站首頁,也有機場即時天氣資料、台灣地區機場適航狀態、即時衛星雲圖等資訊,開發讓一般民衆查詢。

航空氣象資訊 APP 也應行動裝置普及誕生,可供航空從業人員下載使用。一般民衆也能透過 APP 取得全球各大機場即時天氣資訊、東亞地區衛星雲圖及臺灣地區雷達回波圖等資料。

航空氣象資訊 APP 使用介面。圖/飛航服務總臺

【註解】

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  1. 任務臺業務分別由豐年 (業管蘭嶼、綠島)、高雄(業管恆春)、松山(業管北竿)及桃園(業管南竿)航空氣象臺負責管理。

參考資料

  1. 飛航服務總臺:航空氣象服務介紹
  2. 飛航服務總臺:臺北航空氣象中心
  3. 飛航服務總臺:氣象裝備
  4. 台灣飛安統計(2012 – 2021)。國家運輸安全調查委員會。
  5. 飛航服務總臺:桃園機場都卜勒氣象雷達介紹
  6. 航空氣象服務網
  7. 「2020 飛航解密 暢遊天際」系列講座 – 臺北航空氣象中心主任余曉鵬精彩演講內容
  8. Wikipedia – 航空例行天氣報告
  9. Wikipedia – 終端機場天氣預報
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從昆蟲的習性可以預測天氣?敢有影(kám ū-iánn)?——《解讀身邊的天氣密碼》
晨星出版
・2022/11/13 ・1501字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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溫度對昆蟲至關重要,因此昆蟲會對溫度產生反應。

有一個普遍的通則:炎炎夏日中,你會先看到大昆蟲,接著見到小昆蟲,最後又再一次碰到大昆蟲。昆蟲愈大,愈能忍受低溫、對高溫愈難耐;因此大昆蟲喜歡在一天的清晨或傍晚的涼爽期間出現,中午的活動力較低;小昆蟲較不耐低溫,會在環境變暖時才現蹤。

夏日裡能常看到昆蟲。圖/Pexels

昆蟲與氣溫密不可分

蘇格蘭高地的糠蚊(Ceratopogonidae)總是令人難受,但可以利用牠們對溫度的敏感度對付牠們。糠蚊蓬勃生長的溫度帶相當狹窄,介於不冷也不熱的溫度之間,因此只要你往上爬/向下走,溫度會上升/下降至牠們的舒適圈之外,就能擺脫牠們。

蟋蟀代表了溫暖的氣溫是眾所皆知的事,此外,蟋蟀的聲音頻率與溫度有直接關係。雖然因不同物種而異,但蟋蟀溫度計主要的規則是,在攝氏十三度的環境裡,蟋蟀每秒鐘叫一聲,且此頻率會隨著溫度上升而增加。

在夏天,天氣溫煦、潮溼且微風徐徐,飛蟻會成群結隊地移動。牠們結伴飛過天空,數量多到人們相信「飛蟻日」的存在,飛蟻日說的正是飛蟻同時在全國各地現蹤的日子。不過,正如我們所知,陸地上的微氣候變化甚大,因此知道飛蟻日是個迷思也不該為之震驚,只是某幾個區域的條件正巧在那幾日適合飛蟻出巡。倘若你遇見一大群飛蟻,牠們捎來的訊息是,現在的氣溫大約攝氏十三度,風速低於每秒六公尺。

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螞蟻藏著天氣機密?

據某些傳說所言,螞蟻直線移動代表壞天氣即將到來,但我未觀察過也沒有科學理論能佐證這點。

更有趣的是,澳洲原住民有一個習俗,說螞蟻在蟻窩周遭蓋高牆表示大雨將至,西方也有相同的俗諺。之前的章節提過太平洋諸島的居民發現小火蟻(red ant)會在風雨來襲前堵住巢穴,天氣晴朗時則大敞家門,這在西方諺語裡也提過。我還沒觀察到這個現象,但出現在廣泛的文化圈,甚至是兩個信仰社會尚未接觸的時間點就已發展出這種說法,說它沒有參考價值還真不為人所信。

許多科學研究能支持螞蟻對溼度敏銳的觀點:研究人員曾觀察到編織蟻(weaver ant)在熱帶風暴來臨前織網。

編織蟻(Oecophylla),英文稱之為Weaver Ant和Green Ant。圖/維基百科

其他物種裡,螞蟻、白蟻丘的排列和太陽脫不了關係。澳洲北部,羅盤白蟻(Amitermesmeridionalis)建造了指向北邊的蟻丘而為人所知;蟻丘細細的部分指著中午的日頭,寬闊的部分則指向清晨與向晚的太陽,這有助於調整蟻窩的溫度。

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世界上有超過一萬三千種獲得命名的螞蟻物種,牠們都擁有各自的習性,我們要多關注近身物種的行為。

我時常運用一些螞蟻的方式,它們比起天氣更接近自然導航,不過兩者間有許多重疊的部分。在英國,排水性佳的草地經常可見黃土蟻(Yellow meadow ant)的身影,我家附近的白堊山丘就有很多。黃土蟻呈暗黃色,牠們的蟻窩比螞蟻本身有用多了;黃土蟻會將蟻窩向上堆到 0.5 公尺高,較為平坦的那一面通常面向東南邊,可以充當太陽能板,在涼爽的早晨收集太陽的熱量。

——本文摘自《解讀身邊的天氣密碼》,2022 年 10 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。