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「小渦旋」臨近預報系統

「小渦旋」臨近預報系統

鄭子路、胡宏俊
2014年12月

香港天文台負責運作香港的暴雨及相關警告系統,並通過智能手機和互聯網網頁向公眾發放臨近降雨預報產品;又為機場和電力公司等客戶提供專用服務,這全賴一套天文台自行開發的「小渦旋」臨近預報系統,但這「小渦旋」究竟是什麼呢?這篇短文為你一一揭曉。
「小渦旋」的英文全名是Short-range Warnings of Intense Rainstorm of Localized Systems,簡稱"SWIRLS",是天文台自1999年起開發並運行的臨近預報系統。所謂臨近預報,是指對未來數小時的天氣變化作出預測,主要應對大雨、閃電、冰雹和雷雨大風等惡劣天氣。相比「本港地區天氣預報」和「九天天氣預報」描述本地整體的天氣變化,「小渦旋」針對的惡劣天氣影響範圍小且變化急速,對預報的精確度和及時性的要求極高。
「小渦旋」通過分析兩次連續雷達掃描的雷達回波數據,演算出降雨區域的移動方向及速度,從而獲取高解像度的雷達回波移動的分佈資料。原理與我們觀測前後兩張照片來估計出物件的移動方向及速度一樣。當分析了整個區域的雷達回波移動情況後(圖一),「小渦旋」就根據每一點的移動速度和方向來外推雷達回波,從而求出未來數小時的雨區位置及其帶來的降雨,並製成各式預報產品,供天氣預測總部、其他用戶及公眾人士使用。現時公眾人士可使用的產品,包括「我的天文台」的「定點降雨預報」(圖二)和「珠江三角洲地區降雨臨近預報」(圖三)。
圖一
圖一   從2014年3月30日香港時間18:56 和19:00 的2公里高度雷達回波數據推算出來的移動矢量場。箭頭顯示在那個位置的移動方向及速度估算。
圖二
圖二   「我的天文台」的「定點降雨預報」
圖三
圖三   珠江三角洲地區降雨臨近預報
現時,臨近預報主要是基於雷達數據。由於雷達乃遙感系統,難免受各類雜訊的影響,而雷達站的地點亦可能因受地形的限制,影響臨近預報的表現。例如秋季可能出現的電磁波異常傳播(見「假」降雨現象)而往往導致誤報。如果引致降雨的雲層低於雷達掃描的高度,雷達亦無法探測到降雨而導致漏報。此外,現時亦未有可靠方法應對因雨區生成或消散所造成的降雨變化。這是當今臨近預報系統需要面對的挑戰。
「小渦旋」曾多次為大型國際性活動提供預報,包括2008年奧林匹克運動會、2010年世界博覧會和2010年英聯邦運動會等,亦讓其他國家和地區的氣象局試用,是處於世界領導地位的臨近預報系統之一。我們將精益求精,通過不斷的研究和發展,繼續提升系統的表現。
有關「小渦旋」系統的詳細技術資料,可參閱下列文章
[1] 公眾定點降雨臨近預報服務
[2] Applications of Radar-based Nowcasting Techniques for Mesoscale Weather Forecasting in Hong Kong (只以英文發佈)
[3] "SWIRLS" - An Evolving Nowcasting System (只以英文發佈)
[4] 「假」降雨現象