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近觀臺灣臺風洪水研究中心

2016-04-17 12:18:58黃士駿蔡金剛
海峽科技與產(chǎn)業(yè) 2016年9期
關鍵詞:天氣預報臺風氣象

黃士駿 蔡金剛

長期開展氣象研究

在臺灣科技主管部門直接設立的重點研究機構中,臺風洪水研究中心是成立最晚的,但這并不代表它的重要性最低。

眾所周知,臺灣地處副熱帶及歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊相接處,常年有遭受臺風、暴雨、干旱和寒潮及地震等自然災害,且近年來有繼續(xù)增加的趨勢,因此臺灣科技主管部門自成立以來,一直非常重視對臺風、洪水等自然災害的研究。

臺灣光復后,島內很快就成立了臺灣省氣象觀測所,專門從事氣象觀測、天氣預報和研究工作。1971年,臺當局在該所基礎上成立隸屬于交通主管部門的“中央氣象局”(以下稱氣象主管部門),約有700余人,設有技術組、測政組、通訊電子組、應用氣象組等部門,另外還有24處氣象站、3處氣象雷達站和8個潮汐觀測站,觀測項目包括:地面及高空氣溫、氣壓、風力、風向、雨量、云量,以及潮汐高度、落差、波浪周期、浪高、大氣污染程度、放射物沉降等。此外也進行一些大氣化學項目的觀測。由于臺灣地區(qū)多山,且河川短促,每逢大雨季節(jié)極易造成水患,自上世紀80年代起,臺灣氣象主管部門陸續(xù)在島內各山區(qū)設立自動雨量站及遙測氣象站。

1983年以后,臺灣氣象主管部門又以任務編組方式,先后成立臺北氣象預報中心、氣象衛(wèi)星中心、氣象科技研究中心、資訊中心、地震測報中心和氣象儀器檢校中心,分別管理氣象預報、氣象衛(wèi)星資料接收和信息處理、地震測報以及和氣象儀器設備有關的業(yè)務。其中,臺北氣象預報中心是臺灣最大的天氣預報機構,主要職責是發(fā)布多種天氣預報,包括區(qū)域性天氣預報、中期(3至7天)天氣預報、月長期天氣預報、漁業(yè)氣象預報、農業(yè)天氣預報、山地觀光區(qū)天氣預報、突發(fā)性天氣預報、臺風警報等。

此后臺灣氣象主管部門陸續(xù)購置了數(shù)臺大型計算機,于1988—1990年間先后投入業(yè)務應用,在此基礎上發(fā)展了全球、區(qū)域、中尺度及臺風路徑預報業(yè)務系統(tǒng)。1990年又進行了性能提升和改進,配備了新一代超級電腦,從而建立了最佳的內插客觀分析、T79全球譜預報模式以及嵌套的有限區(qū)域與臺風路徑預報模式。1992年又建立即時天氣預報系統(tǒng),可在短時間內迅速獲得天氣分析及預報所需的各種資訊,改進為時短暫的區(qū)域性暴雨等劇烈天氣變化的預報能力,提早報警時間,發(fā)布0至12小時的即時天氣預報(即超短時天氣預報)。

臺灣氣象衛(wèi)星中心下設分析判讀、資料供應、系統(tǒng)工程、圖像處理、極軌衛(wèi)星和同步衛(wèi)星等科室,負責24小時接收、處理及分析日本地球同步氣象衛(wèi)星(GMS)和美國極軌氣象衛(wèi)星下傳的信息資料。其中,從GMS衛(wèi)星可得到每小時1次的數(shù)字云圖資料,從極軌衛(wèi)星每天可接收處理4次5種不同頻道的資料,不但可為臺灣氣象主管部門各種預報作業(yè)提供重要觀測依據(jù),而且也可用作為監(jiān)視暴雨中的中尺度對流系統(tǒng)和對臺風中心進行定位及強度估計。

氣象科技研究中心既擔負氣象科研的組織工作,又承擔具體課題的研究,下設數(shù)值天氣預報、氣象統(tǒng)計預報、短期氣候預測、衛(wèi)星氣象與雷達氣象、臺風研究等5個研究小組,主要從事數(shù)值天氣預報、區(qū)域性暴雨及長期天氣預報研究,尤其側重于臺灣地區(qū)災害天氣預報技術,特別是臺風和暴雨的預報方法。

臺當局“國科會”(以下稱“臺灣科技主管部門”)曾在1971年邀請海內外相關專家學者對臺灣如何展開大氣科學研究,尤其是如何減少臺風災害等問題進行研討,并成立了臺風研究聯(lián)系小組,協(xié)助推動相關工作;1976年主持召開第一屆全臺灣大氣科學研究會;1978年與臺灣中研院共同舉辦臺灣地區(qū)災變天氣研討會,并在臺灣南部沿海地區(qū)開展冬季季風實驗研究,獲得了重要氣象觀測數(shù)據(jù)。

1985年10月,臺灣科技主管部門成立大氣科學學科規(guī)劃委員會,聘請有關專家擔任規(guī)劃及協(xié)調委員,擬定5個大氣科學重點發(fā)展計劃:大尺度氣象研究;中尺度氣象研究;小尺度氣象研究;大氣物理;應用氣象。其中,“臺灣地區(qū)中尺度實驗計劃”(簡稱TAMEX) 的目的是增進對區(qū)域性劇烈暴雨(暴雨)的了解,尤其是增進對梅雨系統(tǒng)中尺度暴雨過程的了解,以改進對暴雨的預報能力,減少因此而帶來的損失,并設法增加水資源利用的經(jīng)濟效益。

為了充分利用此項試驗的加密觀測資料,以達到學術研究和改進暴雨預報的目的,臺灣科技主管部門又在上世紀90年代組織實施了兩項后續(xù)研究計劃,即“TAMEX后續(xù)研究推動計劃”和“POST-TAMEX預報實驗推動計劃”,對于臺灣地區(qū)的梅雨鋒結構、對流結構及其與暴雨的關系、局域環(huán)流及地形對梅雨峰與中尺度對流系統(tǒng)的影響、降水預報技術等都做了大量研究,并取得了新的認識和進展,改進了對暴雨和定量降水即時與超短時預報的能力,明顯提高了預報工作的水平。

進入新世紀初年,臺灣科技人員在氣象及大氣研究方面取得的重要成果有:搜集歐洲中期預報中心(ECMWF)全球資料、美國國家氣象中心(NMC)全球資料、熱帶海洋與全球大氣計劃(TOGA)海上浮球資料、海洋溫度及長波輻射等衛(wèi)星資料;對海陸、山坡的局部環(huán)流與對流系統(tǒng)的關系資料進行分析與模擬;對臺風經(jīng)過臺灣的雷達、路徑與分裂的分析,研究臺風生成動力、臺風的水文及數(shù)值模擬及建立臺風數(shù)據(jù)庫;臺灣地區(qū)低層噴流的特性、季風環(huán)流內的擾動與中尺度對流系統(tǒng)的關系、暴雨與地形效應,及重力波與暴雨的關系;局部環(huán)流的特性、環(huán)流資料觀測與分析及模擬,建立數(shù)據(jù)庫,探討水循環(huán)及能量特性;研究大氣環(huán)流即時診斷分析,分析東亞季風的特性,分析中緯度天氣系統(tǒng)、太平洋洋溫與季風的關系,分析梅雨期大尺度環(huán)流的時空特性,探討水循環(huán)及能量分布特性,并發(fā)展數(shù)值天氣預報的模式及其應用;收集衛(wèi)星導求海洋表面風資料,以了解對流、輻射等作用在短期氣候變化中所扮演的角色,針對熱帶動力對東亞梅雨期大氣環(huán)流的影響進行分析與模擬,研究東亞季風的季節(jié)與年際變化的關系;研析南海季風實驗資料,了解季風肇始、低頻震蕩的特性、確定南海與四周的熱力差異對季風環(huán)流及多重尺度過程,與對東亞季風肇始及后續(xù)演變的影響等。

目前,臺灣正在開展的氣象類大型研究計劃主要有:氣象主管部門組織實施的“氣象科技研究發(fā)展中程綱要計劃”,分6年(2010—2015年)執(zhí)行,目的在于隨時掌握氣象高科技技術的研發(fā)趨勢,并針對氣候監(jiān)測、數(shù)值天氣預報等問題進行深入研究,開發(fā)或引進最新預報技術,以期提升臺灣氣象科技水準,提高氣象預報效能。該計劃迄今取得的成果包括:初步分析臺灣近百年異常干旱期,顯示花蓮極端干旱期出現(xiàn)頻率的增加現(xiàn)象最為明顯,臺東在上世紀70年代之后也有增加的情形,臺北、臺中和臺南在上世紀60年代后發(fā)生的事件數(shù)量明顯多于60年代之前,顯示干旱發(fā)生頻率有逐漸增多的趨勢;研發(fā)全球氣象數(shù)值預報模式技術,嘗試引進美國國家環(huán)境預測中心新版地表模式(Noah)版本,以提升對地表過程對于大氣影響的預測能力。

發(fā)展“鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐時天氣預報系統(tǒng)”也是臺灣氣象主管部門正在積極努力的一個方向,目的是以動力數(shù)值天氣預報模式為基礎,開發(fā)動力統(tǒng)計相結合的精致化天氣預報方法及技術,建立逐時天氣預測模型,提供全臺灣(包括金門及馬祖)368個鄉(xiāng)鎮(zhèn)市的逐時天氣預報的作業(yè)化指引,以滿足各行各業(yè)生產(chǎn)和民眾出行對氣象預報的細致度需求,以及提升對災害性天氣的提早預報能力。該計劃目前取得的成果包括:完成2005—2010年的網(wǎng)格點地面氣象重分析場,以提供接近真實的2.5公里解析度網(wǎng)格點的氣象分析場資料;建立通用克利金法分析地面露點溫度場及地面相對濕度場模組的即時作業(yè)自動化流程,并匯入數(shù)據(jù)庫管理;完成WRF程式的區(qū)域模式系集預報作業(yè)系統(tǒng),以解決臺灣復雜環(huán)境條件下天氣變化的不確定性,以產(chǎn)制精致化預報的預報指引;引進美國國家大氣研究中心的多普勒雷達變分分析系統(tǒng)同化技術,并配合引進美國對流系統(tǒng)的三維氣象預測技術,以改善島內暴雨預測技術;針對臺灣地區(qū)弱綜觀環(huán)境下的午后對流發(fā)展條件,建立本土化的預報因子;開發(fā)未來30與60分鐘風暴活躍度預報技術,首先在2010年臺北市花博會期間,以花博會場進行單點天氣預報實驗,2011年第4季起針對南臺灣128個鄉(xiāng)鎮(zhèn)市區(qū)發(fā)布鄉(xiāng)鎮(zhèn)預報,進行階段性試運營,將天氣預報的精細度由原先以22個縣市為分區(qū)提升至對每一鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、市、區(qū)都發(fā)布各自的天氣預報,并且將一天分成8個時段,詳細預報2天內的天氣變化,以及7天內每12小時的天氣信息。

成立臺風洪水研究中心

應該指出的是,2003年成立的臺灣災害防救科技中心,其任務便包括研究如何預防和減輕臺風、洪水在內的氣象災害和洪旱災害。之所以把其中的臺風和洪水挑出來,單獨列為研究對象,是鑒于臺灣島位于亞洲大陸邊緣,接近西太平洋赤道海區(qū),恰好處在熱帶生成的臺風經(jīng)常移動的路徑上,因此這里每年都會發(fā)生數(shù)起甚至十幾起規(guī)模較大的風災,又由于島內多山,隨之帶來巨大的洪水和泥石流災害,幾乎每年屢屢給島內一些地區(qū)造成重大生命和財產(chǎn)損失,在數(shù)量上幾乎占所有自然災害的80%以上,且災害類型與其他自然災害有所不同,必須引起格外的重視。

2007年1月,臺灣科技主管部門決定成立“臺風洪水研究中心籌備處”,最初暫設在新竹科學工業(yè)園區(qū)內,2008年5月遷入位于臺中科學園區(qū)的現(xiàn)址(臺中市中部科學工業(yè)園區(qū)科園路22號3樓)。

2009年8月莫拉克臺風帶來的“八八風災”給全臺灣留下慘痛的記憶。3天內在南部山區(qū)降下30,000mm雨量,相當于臺灣一年份的雨量;部分地區(qū)每小時降雨量逼近100mm,打破島內歷史上十大單日最大降雨量紀錄,導致高雄小林全村遭泥石流掩埋、知本金帥飯店在眾目睽睽下轟然被沖倒進滾滾溪流中。不過短短3、4天,莫拉克臺風至少造成全臺灣619人死亡、超過164億元新臺幣損失。極端氣候的恐怖,深深烙印在人們心中。

9月17日,李清勝正式接掌臺風洪水研究籌備處,當時全部人員還只有25人,立刻成為全臺灣關心的焦點。因此,臺洪中心除了設定建立本土數(shù)值模式等長期研究目標外,也以災害預警為主,將提升臺洪災害雨量的預測能力訂為立即投入的短期目標,希望以更精準的雨量預估協(xié)助防救災動員決策,減少民眾生命財產(chǎn)的損害。

2011年4月,該中心正式成立,并于當年8月17日舉行揭牌儀式,中心主任為李清勝,擁有工作人員42人,每年科研經(jīng)費8000多萬元新臺幣。根據(jù)成立宗旨,該中心以“構建核心能力、深化臺洪前瞻研究、開發(fā)臺洪災害模擬關鍵技術”為主要任務,并致力于發(fā)展數(shù)字天氣模擬、定量降雨預報、大氣水文整合模擬及前瞻觀測技術等四項核心技術,積極朝減輕臺洪災害對社會沖擊程度的目標邁進。

為完成以上核心任務,該中心將建立“大氣與水文整合研發(fā)平臺”、“臺洪災害模擬與測試整合資訊平臺”及“前瞻觀測技術”等核心能力和設施列為首要任務。前兩者通過結合臺灣學研能力的跨領域整合,是島內未來可完整支持大氣水文學術研究與臺洪預報技術開發(fā)的整合平臺。

尚在籌備階段,臺灣臺風洪水研究中心中心便已于2009年開始建立中尺度模式四維變分資料同化實時模擬系統(tǒng),并在臺風靠近臺灣時啟動此模擬系統(tǒng)預測臺風路徑,測試案例包括當年的芭瑪臺風與盧碧臺風,結果顯示該系統(tǒng)對臺風路徑預測有不錯的成果。

在建立大氣—水文實時模擬系統(tǒng)方面,他們以WRF V3.1版大氣模式以及WASH123D水文模式進行每日兩次72小時的實時模擬工作,扣除資料接收與模擬時間,該系統(tǒng)預估可提供前置時間63小時的雨量流量預估結果供相關部門參考。

自成立以來,該中心主要開展臺風定量降雨數(shù)值模式系集預報技術研發(fā),完成大氣水文研究數(shù)據(jù)庫的硬件建置、資料儲存規(guī)劃、平臺開發(fā)與功能測試,除整合島內現(xiàn)有資料外,也持續(xù)搜集島內外大氣水文模式格網(wǎng)化與觀測資料,并持續(xù)結合“中央氣象局”、臺灣災防中心及臺大、中大、師大及文大的研究力量,在臺灣高速網(wǎng)絡與計算中心協(xié)助下,進行臺風定量降雨數(shù)值模式系集預報實驗,通過調整初始場擾動方法和資料同化策略,并增加預報實驗的系集成員數(shù),提升預報能力。

為改進數(shù)值預報模式,該中心自美國國家大氣研究中心引進先進資料同化系統(tǒng),藉以同化系統(tǒng)中的“福衛(wèi)3號”GPS掩星資料,以歷史暴雨個案進行初步測試。結果顯示,系統(tǒng)同化“福衛(wèi)3號”資料,對強降雨之空間分布、累積雨量預報有較佳的掌握,可補強傳統(tǒng)觀測資料的不足,改善臺灣地區(qū)劇烈天氣預報能力。

該中心自美國國家大氣研究中心引進新一代高解析度全球大氣數(shù)值模式MPAS,并在2013年臺風季進行本土化測試。此模式在西北太平洋地區(qū)可提供15公里解析度的數(shù)值天氣預報資料,解析度優(yōu)于一般氣象部門所使用的全球數(shù)值模式。測試期間,每日皆進行一次即時MPAS預報實驗,除測試其穩(wěn)定性外,也可通過與現(xiàn)有的作業(yè)模式進行對比,改進目前預報技術,提供更長期的天氣趨勢,以天兔臺風為例,此模式可在6天前掌握臺風趨勢,有助于提前進行防災預警工作。

除了致力于臺風與洪水研究外,該中心籌備處亦積極推廣臺洪科普教育,包括舉辦“臺風與洪水探索之旅”等活動10余場,吸引大量民眾報名參加。

努力開拓新局面

臺灣的臺洪災害以水患和泥石流為主,提升定量降雨預報技術為該中心重要工作目標之一,也是目前世界各國研究趨勢,更是聯(lián)合國世界氣象組織天氣研究計劃的重點項目。李清勝在上任之初就向臺灣各界承諾,該中心要將臺灣預測定量降雨的預兆得分由當時的0.2~0.3提升至0.35~0.40。

所謂預兆得分是對降雨預判能力的技術能力指標,即將預報和觀測交集的區(qū)域除以聯(lián)集的區(qū)域,越好的預測能力得分就愈接近1。2012年,該中心的預兆得分已經(jīng)達到0.39。

為了改進預報技術的前瞻研究,該中心與10位大學教授、氣象局及災防中心合作,研究新一代的定量降雨預報方法。由于現(xiàn)有預報模式并非完美,與真實大氣仍有不同,甚至不同模式對相同的臺風都會有不一樣的表現(xiàn)。該中心研究人員利用不同模式、不同初始狀況、不同物理參數(shù)設定,進行多模式成員的系集分析,運算出平均結果,以得到臺風的路徑與雨量預報。這說來簡單,但系集中每一個模式都是研究人員經(jīng)過精挑細選,與學術界及其他研究機構一再分析、討論才決定使用。

2010年的梅姬臺風,國際標準時間10月18日晚上,各國的預報都預估臺風將往海南島或香港方向前進,但臺灣的臺洪中心分析系集實驗的結果,已預先掌握梅姬臺風即將轉向臺灣的訊息,比世界各國主要氣象預測單位領先了36小時。之后梅姬臺風與東北季風產(chǎn)生共伴效應,造成宜蘭蘇澳地區(qū)的暴雨及蘇花公路的意外事故。

該中心對臺風路徑與降雨的預測技術,在島內許多防災、水文、河川管理部門中逐漸打開知名度。自2012年起,一年365天,每天都會提供4次預報實驗結果,提供給臺灣交通、水利、農業(yè),以及災害防救部門作為未來決策的重要參考。

例如臺灣公路管理部門以往只有觀測雨量的資料,當他們看到雨量累積到一定程度時就趕快把路封起來,往往造成大量游覽車在山路上進退維谷。如今公路路管理部門在收到該中心未來一年的預測資料后,覺得對封橋封路的決定很有幫助,希望藉由他們提供的實驗資料,可加強對未來72小時封橋封路的判斷。

除防災預警技術研發(fā)外,臺灣劇烈天氣研究,特別是對臺風暴雨的密集觀測也是該中心所肩負的使命。2013年下半年,該中心在高雄杉林鄉(xiāng)建立一座C頻偏極雷達。這套系統(tǒng)包括目前全臺少見的二維雨滴譜儀,利用光學技術來探測雨滴,可以量測雨滴大小、速度,推估在單位時間內的粒子大小分布。分析這些寶貴的山區(qū)觀測資料,有助于加強科研人員對島內地形降雨機制的了解。

這套雷達設施之所以要設在杉林鄉(xiāng),目的是接近山區(qū),希望針對旗山溪上游做密集的觀測。通過對梅雨、西南氣流與臺風期間山區(qū)降雨現(xiàn)象進行觀測實驗,可以協(xié)助提升氣象雷達推估山區(qū)雨量的技術,對緊急應變時的0至3小時即時預報需求將大有幫助。

臺風或梅雨鋒侵臺帶來的淹水損失對臺灣民眾而言并不陌生。為了將降雨量預報轉化成淹水指標,該中心投入大量人力研究開發(fā)出淹水潛勢評估系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是以地區(qū)承受到的雨量對比當?shù)赜晁滤赖某休d能力等參數(shù),進行淹水潛勢評估。該中心正在積極與島內多個縣市當局所屬防災協(xié)作機構洽談,希望通過合作的方式,建立本地淹水潛勢評估系統(tǒng),提升準確性及可預報度,減少生命財產(chǎn)的損失。

目前該中心結合水利主管部門及屏東科技大學等研究機構的研究結果,特別為屏東縣當局開展訂制化的淹水潛在危險評估,再配合地方降雨預報系統(tǒng),讓各項預測都可即時在網(wǎng)絡上取得。屏東地區(qū)發(fā)生水災時,除了暴雨外,還有潮汐、地層下陷等因素,都是影響淹水時間的變數(shù),也是研究人員研發(fā)此評估系統(tǒng)時的挑戰(zhàn)。

除了關注在降雨、氣象、淹水之外,為了挑戰(zhàn)更完善的模擬與評估系統(tǒng),該中心另一項重要研究計劃是“試驗流域”,即了解臺灣河川的特性細節(jié)。在美國已經(jīng)有很多機構開展了試驗流域研究,比較有名的是1977年的密西西比州Goodwin Creek流域,幾十年來已累積了相當可觀的資料與經(jīng)驗。臺灣臺風洪水研究中心目前正在與水利主管部門合作,在島內選定了高雄的典寶溪與宜蘭的宜蘭河,作為試驗流域第一期的觀測流域,監(jiān)測流域內降雨量、河川水位、河川流速及淹水深度。

其實臺灣現(xiàn)有水文測量的研究型計劃有很多,但是針對細部特定區(qū)域的長期量測比較少。試驗流域的特色大致有三:一是普遍會做很長時間的監(jiān)測;二是受觀測的區(qū)域比較小,但量測重點相當明確;三是高密度的測站。例如宜蘭河的流域面積不大,只有150平方公里,但有43個測站;而長時間的觀測資料對模式的驗證有很大幫助。

這是臺第一次在如此小范圍流域內建立如此多的監(jiān)測點。過去歷年臺風造成的淹水情況,研究機構只能做事后的調查,不但無法知道確切的時間點,也沒有辦法知道即時的狀況。目前通過該中心在重點區(qū)域設立的監(jiān)測點,除了收集每分鐘觀測數(shù)據(jù)作為模式評估驗證的依據(jù)外,也可提供河川管理部門即時掌握現(xiàn)場情形。

此外,他們利用船載式聲波流速儀進行50場次含蘇拉、蘇力、潭美、康芮及天兔等臺風事件的現(xiàn)場流量觀測作業(yè)。此項高時空密度水文監(jiān)測與全時流量觀測資料可供進行流域水文地理模式的研發(fā)與校驗,以發(fā)展高效能淹水預警技術,供制定防救災決策時參考。

為配合防災相關部門使用需求,該中心重新規(guī)劃預報實驗的資訊平臺系統(tǒng)。新版系統(tǒng)可即時展示高解析度臺灣地區(qū)天氣圖、臺風路徑與雨量分布及致災性雨量機率,使用者也可依需求選取流域界、縣市界或單點測站等不同展示方式,提高使用效率以協(xié)助提升政府防救災的整體成效。

該中心還結合臺灣水利主管部門及相關研究機構成果與技術,建立“臺灣都市區(qū)淹水快速評估系統(tǒng)”,以具有雨水下水道系統(tǒng)的都會區(qū)和各大中城市作為評估對象,搜集雨水下水道系統(tǒng)的標準設計容量及都會區(qū)的地理資訊圖層,依淹水可能性分為四個等級(高、中、低及不淹水),評估都會區(qū)在臺風或暴雨下的淹水機率。

執(zhí)行“追風計劃”

臺灣科技主管部門自2002年起便組織“臺風重點研究計劃”(也稱“追風計劃”),以增進對臺風動力理論的了解,改進臺風路徑與降雨量預報準確度,每年都要針對數(shù)個臺風進行飛機偵察及投送觀測裝置任務,直接飛到臺風眼周圍43,000英尺內的范圍,以取得臺風周圍關鍵大氣環(huán)境數(shù)據(jù)。所取得的數(shù)據(jù)會即時傳送至臺灣氣象主管部門、美國國家環(huán)境預報中心、美國海軍數(shù)值氣象及海洋中心以及日本氣象廳,并即時輸入至上述氣象機構的數(shù)值預報模式中,以期更準確地預報臺風路徑與分析臺風暴風半徑及雨帶結構等。

臺風洪水研究中心成立后,這項計劃便由該中心承擔。他們與臺灣氣象主管部門、臺灣大學大氣科學系等合作,共同執(zhí)行臺風飛機投落送觀測計劃。以2013年為例,當年共針對蘇力、潭美、康芮、天兔及菲特等5個臺風進行觀測,總飛行時間1749分鐘,成功投擲93個投落送儀,并將觀測資料即時傳回臺灣氣象主管部門。此計劃有助于推估臺風暴風半徑與強度,并改善臺風路徑預報。研究統(tǒng)計顯示,應用投落送觀測可降低臺風路徑預報誤差約8%至20%。

截止到目前,這項計劃的成果已使得臺灣氣象主管部門TWRF臺風數(shù)值模式預報改善約7.8%,改進美國國家環(huán)境預報中心全球電腦數(shù)值預報模式的24至72小時臺風路徑預測準確度達到10%~20%左右,同時還被成功用來驗證及校正衛(wèi)星與雷達等遙測資料,藉此提升遙測臺風參數(shù)的可信度。此外,臺灣科學家還創(chuàng)新提出海洋暖渦對于臺風強度發(fā)展的理論,并在侵襲美國新奧爾良地區(qū)的卡特林娜颶風中得到印證。

臺灣科技主管部門推動實施的另一項“臺風洪水研究發(fā)展計劃”,分5年(2009—2013年)執(zhí)行,目的是提升臺風、洪水觀測技術,增進臺風路徑與強風、暴雨的預報資訊及洪水和坡地災害的預警能力,并強化大氣水文資料庫的整合與應用。在臺風洪水研究中心建立可移動式觀測儀器,發(fā)展本土化數(shù)值模式,結合理論和應用研究,發(fā)展臺風、暴雨及洪水的模擬和預報技術,以協(xié)助減少臺洪災害和水資源不足的沖擊。

該中心目前取得的重要成果包括:與臺灣氣象主管部門合作,利用“福衛(wèi)3號”衛(wèi)星觀測資料,改進適合臺灣復雜地形的高解析度大氣數(shù)值模式,針對2008年以來臺風個案進行測試,進行短時系集預報更新模式背景誤差,用以改進臺風路徑預報的精確度;搜集臺風降雨的雨滴譜資料,利用相位雨量估計方法進行臺風降雨雨量估計測試,分析2010年以來臺風的雷達觀測資料,研發(fā)極短時預報(0~6小時)的臺風與暴雨預報技術;建立大氣水文整合即時模擬系統(tǒng),利用集水區(qū)模式承接大氣模式所模擬的雨量資料,進行臺風期間每日4次的72小時模擬,同時對2010年以來的臺風數(shù)據(jù)進行分析,利用整合設定的自動化排程進行河川水位模擬測試與驗證等工作,以提升水位模擬結果的準確度;以具有雨水下水道系統(tǒng)的臺灣都會區(qū)為評估對象,搜集雨水下水道系統(tǒng)的標準設計容量及都會區(qū)的地理資訊圖層,建立“臺灣都會區(qū)淹水快速評估系統(tǒng)”,以利于汛期迅速提供可靠水位資訊;由臺灣臺風洪水研究中心整合島內現(xiàn)有資料,開展臺風定量降雨數(shù)值模式系集預報實驗,建立大氣、水文微氣象觀測數(shù)據(jù)庫,協(xié)助模式地表參數(shù)的推估,提供災防部門應變作業(yè)時可參考的資訊,協(xié)助提升災害防救效能。

為補強海上資料,該中心研究人員利用將GPS掩星資料轉換成天氣資料的新技術,在作業(yè)單位現(xiàn)有預報模式架構下,改進資料同化系統(tǒng)中GPS掩星資料品質檢定流程,以及測試不同觀測之物理量等方式,系統(tǒng)性應用并評估國研院太空中心“福衛(wèi)3號”GPS掩星資料對劇烈天氣系統(tǒng)預報的影響。結果顯示運用GPS掩星資料可降低臺風路徑、移動速度預報的誤差,尤其是路徑出現(xiàn)較大轉折或導引氣流不明顯的臺風。利用GPS掩星資料,可降低72小時臺風路徑預報誤差約5%~10%,提早掌握災害可能產(chǎn)生地點與時間,啟動防臺減災工作,協(xié)助減少民眾生命財產(chǎn)的損失。

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