張承管理學

氣象預報-超環境預測

颱風來襲，在家讀書

看到這期(92期)科學人雜誌

李名揚撰寫的一篇文章「氣象預報為何會不準？」

文中提到

目前的天氣預報

主要是根據「數值天氣模式」來預測

在進行預設時

先將大氣空間劃分成許多小格子

再利用觀測工具

取得大氣三維空間的分布資料

接著再分析計算每一個格子中各種大氣數據

再將這些數據輸入超級電腦

最後根據方程式進行複雜的運算

得到預估值

如果有唸過統計以及預測章節的同學

看到以上的過程

就會對氣象預報的「不準」

抱持著體諒的態度

首先

預測要準確

理論上小格子要越小越好

不過這在實務上不太可能

一方面要考量到電腦計算上的負荷

(因為變數很多，方程式很複雜，能否在很短的時間計算出來是個大問題。)

一方面要考量到觀測工具的限制

(目前小格子太大所以測量會有誤差，當小格子太小可能又會有測量不到的問題。)

為了取得平衡

目前做法上

離台灣越遠格子就越大

離台灣越近格子就越小

格子大小由55公里見方到5公里見方

垂直方向也是

越接近地表

分格越細

不過，縱使格子已經小到5公里見方

這仍然是相當大的範圍

(所以誤差會很大)

接下來是觀測工具

分格後

要靠觀測工具找出每一格的變數

包括︰氣壓、溫度、溼度、水平與垂直風場…等資料

目前觀測工具有地面測站、探空氣球、雷達與衛星等

觀測方法除了利用儀器之外

有些參數需要靠專業人員進行觀測

(例如︰雲的覆蓋量與形狀等)

也因為這些觀測工具本身會有誤差

(無論是儀器或是人員觀測的誤差)

而這些誤差也會直接對預測結果造成影響

接著

就是方程式的問題

方程式的建立本身就是一門相當複雜的學問

氣象演變的理論至今仍不完備

背後牽涉到的變數非常的多

變數與變數之間的關係又非常複雜

在非線性且時變的系統下

要發展出預測力高的方程式並不容易

這對氣象預報的準確度也產生直接的影響

除了觀測的取樣、觀測工具本身以及方程式外

還記得上課時講過的蝴蝶效應嗎？

Lorenz某次在進行氣象預報的運算時

他把上次計算結果的輸出

當做新計算的初值

但無意間省略了小數點後六位的數值

這樣與運算結果很快地與上次的預測產生了偏離

最後完全沒有相似性

蝴蝶效應告訴我們

一個輸入上的微小變化

可能會造成輸出上巨大的差異

(一隻蝴蝶在巴西拍拍翅膀，會在德州引起龍捲風)

根據以上簡單的說明

我們可以發現氣象預報要準確真的很不簡單

為了增加預測的準確性

除了確保預測工具以及預設方法的有效外

另外就是透過動態預測

來縮減預測時間

以做好因應

最後

在文中看到一則資訊

雖然台灣的氣象預報結果

與颱風登陸的實際位置

還有平均100公里的差距

但過去幾年

西北太平洋地區的天氣預報結果

中央氣象局已經做到連續五年世界第一

所以不要再罵人家了

加油!

張承

在此推薦一本有關颱風的書

颱風Divine Wind：The History and Science of Hurricanes

作者：Kerry Emanuel；譯者：吳俊傑、金棣，出版社：天下文化

http://www.books.com.tw/exep/prod/booksfile.php?item=0010378131