南興站的資料同化與預報修正

從臺東站例子可知，預報修正可些降低預報值與觀測值之間的部分 誤差。故本文對臺東站附近的南興站進行同樣的預報修正處理。同樣使 用的 2019 年 8 月 3 日到 2020 年 8 月 31 日的資料，除了原本氣象局的 臺東、蘭嶼和鵝鑾鼻等 3 個浮標的示性波高以及 SWAN 模式在這三個 浮標位置的示性波高外，SWAN 模式再增一個南興外海的點位(圖 5.5)。

以當時段臺東、蘭嶼、鵝鑾鼻三站的觀測值和預報值對南興站作即 時同化來修正該時段的預報值，再對南興站後續幾小時的預報值作預 報修正，其細部流程參照 5.2 節。5.2 節的流程 2 利用臺東、蘭嶼和鵝 鑾鼻等 3 個站修正南興站，故可將第(7)式改寫如下：

[

𝑷_𝟏𝟏+ 𝑹_𝟏 𝑷_𝟏𝟐 𝑷_𝟏𝟑 𝑷_𝟐𝟏 𝑷_𝟐𝟐 + 𝑹_𝟐 𝑷_𝟐𝟑 𝑷_𝟑𝟏 𝑷_𝟑𝟐 𝑷_𝟑𝟑+ 𝑹_𝟑

] [ 𝑾_𝟏𝟏 𝑾_𝟐𝟏 𝑾_𝟑𝟏

] = [ 𝑷_𝟏𝟏 𝑷_𝟐𝟏 𝑷_𝟑𝟏

] (5.12)

在此假設實測值與起始猜值有相同的均方誤差，即𝑹_𝟏、𝑹_𝟐、𝑹_𝟑的 值皆為 1。而𝑷_𝟏𝟏、𝑷_𝟐𝟏和𝑷_𝟑𝟏各為臺東站、蘭嶼站和鵝鑾鼻站的空間函 數。校正長度𝑳_𝒎𝒂𝒙選擇和臺東站例子相同，其值為 80km。臺東站、蘭 嶼站和鵝鑾鼻站的權重𝑾_𝟏𝟏、𝑾_𝟐𝟏和𝑾_𝟑𝟏可由第(5.12)式計算而得，其值 各為 0.207、0.118 和 0.232。由(5.1)式可知示性波高在南興外海的同化 計算如下式：

𝐻_南興^𝐴 = 𝐻_南興^𝑃 + 0.207 (𝐻_臺東^𝑂 − 𝐻_臺東^𝑝 ) + 0.118 (𝐻_蘭嶼^𝑂 − 𝐻_蘭嶼^𝑝 ) + 0.232 (𝐻_鵝鑾鼻^𝑂 − 𝐻_鵝鑾鼻^𝑝 ) (5.13)

𝐻_南興^𝐴 ：南興示性波高同化值, 𝐻_南興^𝑃 ：南興示性波高預報值 𝐻_臺東^𝑂 ：蘭嶼示性波高觀測值, 𝐻_臺東^𝑝 ：蘭嶼示性波高預報值 𝐻_蘭嶼^𝑂 ：蘭嶼示性波高觀測值, 𝐻_蘭嶼^𝑝 ：蘭嶼示性波高預報值

𝐻_鵝鑾鼻^𝑂 ：鵝鑾鼻示性波高觀測值, 𝐻_鵝鑾鼻^𝑝 ：鵝鑾鼻示性波高預報值 南興站的單日預報以 2020 年 8 月 1 日為例，修正前的預報值與觀 測值 RMSE 為 0.11。對當天 0 時、6 時、12 時與 18 時作每 6 小時 1 次 的預報修正如圖 2.23。每六小時的預報修正將當天 0 到 18 時區間以及 18 到 24 時區間的 SWAN 預報值各約上修 0.1m 和 0.01m。而圖 5.24 為 2019 年 8 月 3 日到 2020 年 8 月 31 日的預報值和每 6 小時的預報修 正。

圖 5.23 南興站單日示性波高的模式預報值以及預報修正

圖 5.24 南興 2019-2020 年示性波高的預報以及預報修正

當同樣的修正也應用到 2019 年利奇馬、白鹿、米塔等三個颱風以 及 2020 年的黃蜂、哈格比、米克拉和巴威等 4 個颱風，依序如圖 5.25 到 5.31。由圖可知在利奇馬、米塔、黃蜂和巴威颱風影響期間，每六小 時的同化修正將大部分的模式預報值進行下修，例如利奇馬颱風在 10 日 0 時有最大下修值約 1.4m(圖 5.25)。而白鹿、哈格比與米克拉颱風 則是模式值各有被上和下修的時間區段，例如圖 5.30 的米克拉颱風在 22 日 12 時以前模式值為上修的情況，在此之後則是下修的趨勢。

雖然南興段外海尚無觀測站可直接評估模式的示性波高準確度以 及同化修正的效果。在 5.3 節透過鄰近的臺東站觀測值與模式值所作的 同化修正與觀測值的 RMSE 比較，顯示此同化方式在 13 個月的資料期 間對預報值有小幅的修正，且在 7 個的颱風期間有 5 個颱風有獲得不 錯的修正(表 5-2)。藉由臺東站結果，應可在颱風期間對南興段外海的 示性波高預報值作出較佳的修正。由於臺東海岸公路浪襲預警系統採 用與 4.6 節花蓮海岸公路浪襲預警系統相同的方式，需要預報的示性波 高值代入情境資料庫作內插，藉由對南興外海示性波高預報值的同化

修正，可進一步提高警戒燈號的準確性。

圖 5.25 利奇馬颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.26 白鹿颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.27 米塔颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.28 黃蜂颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.29 哈格比颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.30 米克拉颱風期間南興站示性波高預報和預報修正

圖 5.31 巴威颱風期間南興站示性波高預報和每 6 小時的預報修正