台风风力预报技术发展气候模式建立.PDF

颱風風力預報技術發展─氣候模式建立 許秀妮 飛航服務總臺 摘要 颱風期間風場預報對飛航安全與飛航效 益具相當大的重要性，因 此臺北航空氣象中心積極加強侵臺颱風風場之研究，精進颱風期間各 民航機場風場預報之準確率，以提升航空氣象服務品質。本研究藉由 統計預報的穩定及重現性優點，透過颱風位置與臺灣地形風場的關係， 利用歷史颱風中心所在位置對應之機場觀測資料，建立一客觀颱風風 場預報參考工具。並針對颱風個案之特徵，透過採用合適之預報指引 及統計指標，進一步對氣候統計風場預報作修正，有效突顯氣候平均 狀態之外可能出現之風力型態，以降低氣候平均法對颱風風力預報低 估的弱點。此氣候模式之建立兼顧實際預報作業上方便性和時效性之 需求，特別可輔助在較長時風場預報研判上，以掌握颱風處於不同位 置下各機場風場變化趨勢。另外亦可配合颱風路徑預報的不確定性， 進而評估各風力預報出現機率及分布。 一、 前言 根據中央氣象局 1911 年至2010 年侵臺颱風統計資料顯示，平均 每年有3-4個颱風侵襲臺灣地區當中以7至9月份發生之次數最多，， 約佔全年發生次數之 78%，顯示颱風為夏秋兩季對臺北飛航情報(本) 區最具威脅性的天氣系統。在航空氣象而言，颱風挾帶著豐沛的降雨 與強勁的風勢，造成本區航路上出現劇烈對流雲系、亂流及積冰等顯 著危害天氣。自颱風暴風圈接近、侵襲至離開本區機場期間，受颱風 及其外圍環流影響下，本區機場可出現強陣風、側風、風切與強陣雨 等惡劣天氣現象，造成航空器在起飛與降落作業操作上困難度及危險 性大幅增加。另因天候不良因素而需採取重飛或選擇於備降機場降落， 無形對飛航安全造成一定之潛在性威脅。而在飛航效益上，在颱風侵 襲機場期間，常導致大量航班延誤或取消，甚至機械故障等各種損失， 除為旅客帶來不便外，更讓各協調應變單位包括航空公司、航空管制 及航空站管理等增加作業上之壓力。因此為加強侵臺颱風風場預報技 術研究之發展，並依使用者需求強化相關預報作業產品，臺北航空氣 象中心(以下簡稱氣象中心)致力於精進颱風風力預報之準確度，以提 升航空氣象服務品質，並期能達成「飛航安全，世界一流，飛航服務， 顧客滿意」之願景。 目前颱風風場預報技術，大致可分為數值模式預報法和氣候統計 法（含類比法）兩大類。在數值模式預報法，雖然在完整物理架構下 ，模式很可能可以模擬出合理的颱風風場分布，但由於諸多因素的影 響，在實際預報作業時，卻常存在難以掌握的不確定性，尤其是模式 之颱風路徑預報有所偏差時，各機場風場將顯著偏離實際觀測。同時 模式對臺灣地形效應所導致的風場特徵掌握較差，無法直接利用。而 在氣候統計法方面，為建基於歷史颱風資料的統計應用，考慮的是歷 史案例的重現性。近年來氣象中心積極進行颱風期間風場預報技術相 關之研究，並開發客觀預報輔助工具系統，在實際預報作業上具相當 高之參考價值。於2008年建立「颱風風場查詢系統」(童等人 2008) ，依輸入欲預報之颱風位置、強度等特定條件及容許誤差範圍等資料 ，系統即可顯示各機場相對應的「逐時」歷史颱風觀測資料及統計分 析，提供各機場未來 24 小時內最大風速、最大陣風與風向的時間序 列變化資訊。於 2011 年建立「颱風接近期間各機場風力類神經網路 分析系統」(童等人 2011) ，此系統運用類神經網路的非線性迴歸特 質，並加入時間軸輸入與內插功能，以評估颱風接近期間各機場的風 場變化。此兩套系統在相互運用比對下，輔助預報員研判各機場風場 分布狀況，符合預報作業上的方便性、時效性和準確性。 依據氣象中心例行作業規範，在颱風警報階段期間，針對各民航 機場發布未來 30 小時內的最大風力及相關預報產品。為加強航空氣 象服務品質及滿足航空公司提出超過 3 0 小時或更長時間的風場預報 需求，本研究利用氣候統計及類比法，研擬建立各民航機場颱風期間 風場氣候模式，將統計結果以圖形