防災預警科技(一)：強颱臨頭 團結聚力預報更準
102/04/10
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李柏昱｜
國立臺灣大學 地理環境資源學系
「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。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？
現行的降雨預報設備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，必須先有氣象觀測資料，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。
準確的颱風降雨預報取決於兩點：颱風路徑預報與颱風降雨結構預報。目前台灣只有4個觀測大氣垂直狀況的測站，分別位於板橋、台南、墾丁、花蓮；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雨十分困難。
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1到2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。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）
責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會所
