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運用多模式集成技術預測熱帶氣旋路徑

 
    撰文:胡宏俊         2011年9月


    利用數值預報模式可以預測熱帶氣旋的路徑,然而各模式的預測每每各有不同(見圖一),故此需要一套科學方法以決定預測路徑。

    天文台自2002年開始在業務運作上運用多模式集成預報,至今已有差不多十年時間。根據過往驗証結果,集成預報平均表現比單一模式的預報好。這方法的基礎版本是採用各模式預測熱帶氣旋位置的平均經緯度作為預測位置。現時天文台使用的集成預報由日本氣象廳(JMA)、歐洲中期預報中心(ECMWF)、英國氣象局(UKMO)及美國國家環境預報中心(NCEP)的全球數值預報模式所組成,各模式的權數相等,若個別模式的預報路徑與其他模式預報路徑出現頗大差別,則其角色可能會被剔除。

    雖然使用集成預報有助提高預測熱帶氣旋路徑的準確度,但在業務運作上仍有一定限制:

    1. 不同數值預報模式的預測不時存在著很大差別,亦往往分成不同叢集,盲目使用平均經緯度作預報可能會導致不合理的預報路徑。預報員會根據各預報模式的主流意見及大氣狀況,主觀判斷是否需要剔除個別模式。
    2. 由於集成預報由多個預報的平均而成,當大部分預報模式出現向同一方向的錯誤傾向時,集成預報位置亦難免出現較大誤差。
    3. 在業務運作上,往往有一個或多個模式未能提供所有24小時、48小時及72小時的預測位置。在較長時間後的預報,如 72小時的預報,由於參與集成預報的模式數目比24及48小時少,使用經緯度平均值可能會導致不合理的移動路徑。

    為解決第三點問題,天文台在2009年引入向量移動平均法,此方法是把預報模式每24小時熱帶氣旋的移動方向及距離視作一個向量,計算集成預報位置時先將各預報模式的24小時預測向量平均,然後加上實況分析位置以成為24小時預測位置,再將其後24小時間的平均向量加在24小時預測位置上,成為48小時預測位置,如此類推。除能消除因個別模式未能提供預報位置而造成的不合理預報路徑外,向量移動集成法亦有助提高預測的準確度。


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    圖一:各預報模式在2011年8月1日預測超強颱風梅花的路徑。圖中可見,UKMO預測梅花會橫過台灣後在福建登陸,NCEP則預測梅花移近日本鹿兒島,可見各模式的預測可以有顯著分別。
     

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最近修訂日期: <2012年12月21日>