第五章 案例成果與討論
5.1 路徑六
路徑六其颱風行進方向以中央山脈為界或以22°N 為準，沿台灣東岸或東部海面 北上，在北行颱風中為最為常見的路徑，極多數的颱風皆發生於此一路徑，且此路徑 之颱風北上時研究區域常會受到颱風外圍環流的影響，於石門水庫的集水區內帶來大 量的降雨，例如2000 年的象神颱風、2004 年的敏督利颱風皆為此路徑之颱風，也皆 為北部帶來過多的雨量，造成不小的災害與損傷，故預測此路徑颱風降雨，將來有助 於水庫管理單位於決策時的參考依據。此路徑以納坦颱風作為路徑六之驗證資料，其 行進路徑如圖5-1。
圖5-1 納坦颱風行進路線(中央氣象局)
路徑六學習模式：
ANN 的設定經過多次嘗試，採用 1 個隱藏層，8 個節點數，學習代數 150 代。
GAOT 的參數設定群集大小 100，染色體長度 16 位元，交配率 0.9，突變率 0.001，
收斂條件為連續200 個世代不再進步則停止程式。路徑一經 MLR 與 GAOT 模式運算 後產生的方程式如下式5.1、5.2：
MLR
1 2
4 5 6
7 8
( ) -1 3 8.8 3 8 2 .30 5 9 6 X 0 .1 34 9 1 9 X 0 .0 0 3 5 5 X 0 .00 5 0 4 X 0 .0 09 5 4 5 X 0 .0 4 7 2 6 2 X
0 .5 8 2 5 7 8 X 0 .1 2 0 2 6 3 X ...(5 .1 )
m m = + × + × − ×
− × + × + ×
+ × + ×
路 徑 六 3
GAOT
( )
7 7
(m m) = 0.180181 0.026075+ ×⎡⎣X × 49.7612 - X ⎤⎦...(5.2)
路 徑 六
圖5-2 路徑六 GAOT 示意圖
39
GAOT 模式從 8 個因子中篩選出 X7(前ㄧ小時降雨量)，其敏感度分析如圖 5-3：
前一小時降雨量
X7
0 10 20 30 40
Y
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
圖5-3 路徑六-X7因子敏感度分析
由敏感度圖中可看出與前ㄧ小時降雨量(X7)呈一非線性關係，並可得知前ㄧ小時 降雨量於GAOT 模式中，對下一小時降雨量之推估有一定程度影響能力。
路徑六之運算結果比較如表5-2，訓練資料中三種模式的訓練 RMSE 值以 GAOT 的3.272 最小，驗證 RMSE 值也有 4.01 的表現皆優於 MLR 與 ANN 模式；由散佈圖 5-4~6 可看出 GAOT 的預測降雨量較 MLR 更為準確，顯示 GAOT 在路經六的預測模 式中有較佳的預測能力，在改善率的部份可得知 GAOT 能進一步改善訓練與驗證之 成果，在訓練改善率有4.44%，驗證改善率有 6.3%。
表5-2 路徑六運算結果比較表(驗證資料-納坦颱風)
CC RMSE SS(%)
路徑六 training testing training testing training testing MLR 0.81 0.59 3.423 4.280 - - ANN 0.84 0.60 3.298 4.109 3.67 3.99 GAOT 0.83 0.66 3.272 4.010 4.44 6.3
Actual Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Predicted Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Training Testing
Actual Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Predicted Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Training Testing
圖5-4 路徑六 MLR 散佈圖 圖5-5 路徑六 ANN 散佈圖
Actual Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Predicted Value(mm)
0 10 20 30 40 50 60
Training Testing
圖5-6 路徑六 GAOT 散佈圖
在比較總降雨量部分如表5-3，GAOT 的預測降雨總量誤差率 5.41%，雖略差於 MLR 的-4.02%與 ANN 的 2.17%，但於 MLR 模式推估時會出現負值，而雨量預測中 是沒有負值的表現，故在推估中將其值以手動的方式修正為零，所以MLR 模式在路 徑六中會出現明顯的降雨量低估，原本的誤差將會更加低估；在ANN 模式中可以從 累積降雨量圖5-7 與每小時降雨量圖 5-8 明顯看出，ANN 在每小時的降雨量推估表現 上實際是略遜於 GAOT，且 GAOT 模式所表現出的每小時降雨量走勢也與實際情況 較為吻合，故GAOT 在路徑六中具有更為準確的降雨量預測能力。
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表5-3 納坦颱風累積雨量表
納坦颱風對於石門水庫之降雨量 214 mm 路徑六 預測雨量(mm) 誤差率 (%)
MLR 205.39 -4.02
ANN 218.63 2.17
GAOT 225.57 5.41
0 50 100 150 200 250
1 7 13 19 25 31 37
hr
m m
實際 GAOT MLR ANN
圖5-7 納坦颱風累積降雨量
0 5 10 15 20 25
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
hr
mm
實際 GAOT MLR ANN
圖5-8 納坦颱風每小時降雨量