雷達資料同化研究成果與改進

本計畫在 2013 年建置了一套雷達資料同化系統，並透過本中心 執行的 TAPEX 系集實驗平台實際模擬了一整年，並選擇一實驗成員 為其對照組，其結果如圖 3.1 所示，顯示 0-6 小時之雨量預報，有雷 達資料同化的實驗明顯優於無雷達資料同化的實驗，証明雷達資料同 化可改進極短期定量降雨預報，但隨著預報時間增加，其優勢逐漸減 少。

雖然雷達資料同化在 0-6 小時有其優勢，但在目前 TAPEX 實驗 設計的架構下，前六小時的預報結果無法及時提供給後續應用端做使 用，因此在極短時定量降雨預報的需求之下，勢必對對流尺度資料同 化策格以及預報的時間做更有效的規劃，本計劃在今年度進行了三項 主要的研究成果的改進，以期能達到極短期定量降雨預報的目的。

矩陣；（3）修改同化策略進行快速循環測試。以下將分別說明此三種 改進的影響。

首先是提高模式解析度的影響，為符合水文、防災使用端的需 求，同時考慮雷達可提供高解析度觀測資料，將模式解析度由三層分 別為 45/15/5(公里)，提高為二層 15/3(公里)，如圖 3.2 所示。

圖 3.2 模式解析度前後比較示意圖

以 2010 年凡那比颱風為例，如圖 3.3 所示，在同化雷達回波後，

5 公里解析度的模式範圍無法立即反映出回波的特徵，而在 3 公里解 析度的模式範圍設定下，可以較快顯示出回波的分佈；5 公里模式解 析度則要在預報三小時後才會明顯出現回波的特徵。而後進行預報如 圖 3.4 所示，也可以看出預報累積六小時雨量不論是在強降雨的位置 或是極值，使用較高模式解析度的雨量預報結果會明顯優於使用較低 模式解析度的結果。

圖 3.3 凡那比颱風個案，在不同模式解析度下同化雷達回波後之分析場回波圖及 預報回波圖

點為能透過熱力風關係來建立變數間的相關性，然而在對流尺度下沒 有熱力風關係，而其缺點為在求解𝜓、𝜒𝑢的過程會有邊界條件和平滑 的問題。因此本研究使用新的控制變數

u

v

使模式在不斷同化觀測資料中達到平衡，而且直接使用 u、v 作為背 景場誤差協方差之控制變數於對流尺度下，可以解析較小尺的觀測擾 動，也可避免使用𝜓、𝜒𝑢時，因為放大長波效應，使得同化雷達資料 後，在遠處產生反相位的分析增量，如圖 3.5 所示。

圖 3.5 使用不同背景場誤差變異矩陣之同化分析增量比較圖

本計畫第三項研究工作為進行快速循環(rapid update cycle)同化 實驗，由於雷達資料可快速進行更新，而且通常對流系統發展相當迅 速，因此若可利用多筆雷達資料快速同化進模式中，將有助於分析場

年 6 月的梅雨個案為例，其預報每小時雨量累積結果如圖 3.7 所示，

從圖中可看出，若能進行快速循環同化，可修正北部的延遲降雨，且 對南部降雨預報結果也較佳。

圖 3.6 不同快速循環同化策略測試方案示意圖

圖 3.7 不同快速循環同化策略同化雷達資料後之時雨量預報圖

3.2 極短時定量降雨預報作業化版本