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天文台的热带气旋预报系统

天文台的热带气旋预报系统

何俊杰
2022年10月

每当有热带气旋可能对香港构成威胁时,天文台预报员会全日二十四小时密切监察和分析其动向及发展,并评估对本港可能造成的影响。相关的监察和预报工作牵涉大量的气象数据和预报工具。天文台早在2000年开发一套「热带气旋资讯处理系统」,以地理信息系统技术把相关的资讯整合,并展示在一个信息平台上,支援天气预报员进行分析和制订决策。为应付日益繁多的天气资讯,新一代的「热带气旋资讯处理系统」在2022年正式投入运作。天气预报员日常会如何利用不同的数据和工具对风暴作出分析和预报呢?本文会为大家简单介绍一下。
热带气旋分析
要预测热带气旋未来的动向和发展,必须先掌握其最新的位置和强度。由于海洋上的观测资料严重不足,预报员一般会从卫星云图或雷达图像辨认与热带气旋相关的螺旋云带或雨带,从而判断其中心位置。虽然卫星及雷达资料亦会用来分析热带气旋的强度,但这些资讯始终不及地面或海面上的观测资料精细。香港天文台除了透过全球电信系统定时接收来自世界各地的观测资料和船舶报告外,亦与广东省气象局及国家海洋局合作,取得自动气象站的实时观测资料。这些资料对评估靠近华南沿岸的热带气旋之强度变化及位置十分有帮助。
在「热带气旋资讯处理系统」上,预报员可在数码地图上同时显示上述各种观测资料,并叠加热带气旋的路径,以全面地评估风暴的最新发展(图一)。
 2022年7月1日,热带气旋暹芭靠近华南沿岸时(黑色线段为暹芭的移动路径),来自地面观测站和船舶的风向风速观测资料,以及由卫星数据反演出来的风向风速资料。
图一  2022年7月1日,热带气旋暹芭靠近华南沿岸时(黑色线段为暹芭的移动路径),来自地面观测站和船舶的风向风速观测资料,以及由卫星数据反演出来的风向风速资料。
热带气旋路径预报
随著数值天气预报技术提升,近年热带气旋路径预测的准确度整体上有所进步。可是,由于全球各个电脑模式的空间分辨率以及对大气物理过程的模拟有所不同,再加上天气系统的演变存有不确定性,不同电脑模式对同一个热带气旋的预报路径有时会有显著差异。天文台和区内其他气象中心一样,在预测热带气旋路径时会参考多个电脑模式的产品。
「热带气旋资讯处理系统」会自动收集和处理全球各主要电脑模式的热带气旋路径预报,以及区内气象中心的警报报文,并把各模式和气象中心的风暴预测路径在地图上显示,方便预报员进行比较(图二)。系统亦支援以加权平均法,计算综合多个电脑模式的预报路径,并制成「集成路径」。预报员会参考此「集成路径」、其他电脑模式产品(例如路径概率预报),以及实测资料,制作热带气旋预报路径,并在天文台网站和手机应用程式发布。
 2022年8月23日全球各大电脑模式对热带气旋马鞍的预报路径。当时大部分模式预测马鞍会移向广东西部沿岸,但对登陆地点有分岐。预报员会参考「集成路径」(浅绿色线)以及概率预报(颜色区域;偏红色表示热带气旋中心经过该处附近的机会较高)制作预报路径。
图二  2022年8月23日全球各大电脑模式对热带气旋马鞍的预报路径。当时大部分模式预测马鞍会移向广东西部沿岸,但对登陆地点有分岐。预报员会参考「集成路径」(浅绿色线)以及概率预报(颜色区域;偏红色表示热带气旋中心经过该处附近的机会较高)制作预报路径。
本地天气影响评估
制定预报路径后,预报员接著便须评估与热带气旋相关的大风会否影响香港和发生的时间,这对决定是否及何时发出热带气旋警告信号相当重要。过去预报员多会参考根据以往影响香港的热带气旋的统计纪录而制作的预报工具(预报员俗称的「猪腰」)。不过,这些工具有其局限性,例如未必能反映在热带气旋与其他天气系统的共同影响下为本港所带来的大风。因此「热带气旋资讯处理系统」除了提供这些工具外,亦让预报员叠加各电脑模式的风速预报作额外的参考(图三)。预报员参考以上资料,再配合之前提及香港与邻近地方的实测风速数据,便可以更有效估算「起风」的时间。
 2022年7月1日下午热带气旋暹芭的预测路径(蓝色线)。暹芭会在维港有三成机会吹烈风的「猪腰」(红色曲线)外掠过,表示根据过往纪录推断,维港吹烈风的机会较低;而当时电脑模式则预测与暹芭相关的烈风(背景图层的红色区域)会影响本港部分地区及珠江口。
图三  2022年7月1日下午热带气旋暹芭的预测路径(蓝色线)。暹芭会在维港有三成机会吹烈风的「猪腰」(红色曲线)外掠过,表示根据过往纪录推断,维港吹烈风的机会较低;而当时电脑模式则预测与暹芭相关的烈风(背景图层的红色区域)会影响本港部分地区及珠江口。
除了大风外,因风暴潮引起的海水上涨也是热带气旋袭港时预报员需要关注的重点。「热带气旋资讯处理系统」的另一个功能是提供预报路径资料给天文台的风暴潮预报系统,计算各区水位的变化。预报员会根据运算结果,向公众和相关的政府部门发出预警。
总结
热带气旋的分析和预测是一项艰巨的挑战。预报员除了要紧盯各种观测资料外,亦要分析不断更新的电脑模式的预报,再利用预报工具和经验,评估风暴对香港的影响,适时发出预报和警告。因此,「热带气旋资讯处理系统」是天文台热带气旋业务运作的一个重要工具。随著气象观测和预报数据不断增加,开发团队会继续努力提升系统,以更好地支援预报员。