The Development of Quantitative Precipitation Forecast Techniques

陳嬿竹、江宙君、黃麗蓉、吳明璋、鳳雷 觀測分析組

2014 年 1 月

國家實驗研究院 台灣颱風洪水研究中心

定量降雨預報技術之發展

The Development of Quantitative Precipitation

Forecast Techniques

i

目錄

目錄 ... i

圖表目錄 ... iii

一、 實驗基本資料 ... 1

（一） 實驗介紹 ... 1

（二） 2012 年颱風個案 ... 2

二、 校驗方法 ... 5

（一） 路徑校驗 ... 5

（二） 雨量校驗 ... 6

三、 2012 颱風路徑校驗 ... 10

（一） 全年路徑校驗 ... 10

（二） 泰利颱風（Talim） ... 14

（三） 蘇拉颱風（Saola） ... 19

（四） 天秤颱風（Tembin） ... 24

四、 2012 雨量校驗 ... 29

（一） 全年雨量校驗 ... 29

（二） 梅雨鋒面 ... 32

（三） 泰利颱風（Talim） ... 37

（四） 蘇拉颱風（Saola） ... 40

（五） 天秤颱風（Tembin） ... 43

五、 2013 年颱風個案雨量校驗-以天兔颱風為例 ... 47

（一）雨量分布圖比較： ... 47

(1)總雨量校驗 ... 47

(2)日雨量校驗 ... 50

（二）降雨量值校驗 ... 51

六、 系集平台對外服務 ... 59

（一） 平台資訊系統介紹 ... 59

（二） 系統使用頻率統計 ... 60

（三） 系統使用說明會 ... 61

（四） 系集預報資訊簡報 ... 61

ii

七、系集預報資訊簡報-區域雨量校驗 ... 62

iii

圖表目錄

表 1 2012 年西北太平洋地區颱風列表 ... 3

表 2 颱風定位次數（dtg 數）與各成員對應列表 ... 4

表 3 雨量校驗之個案列表 ... 9

表 4 全年均質化 d01 路徑校驗 ... 11

表 5 全年均質化 d02 路徑校驗 ... 12

表 6 泰利颱風 D01 路徑校驗 ... 16

表 7 泰利颱風 D02 路徑校驗 ... 17

表 8 蘇拉颱風 D01 路徑校驗 ... 21

表 9 蘇拉颱風 D02 路徑校驗 ... 22

表 10 天秤颱風 D01 路徑校驗 ... 26

表 11 天秤颱風 D02 路徑校驗 ... 27

表 12 全年系集平均雨量均質化校驗分數表 ... 31

表 13 不同預報初始時間，針對天兔颱風陸上警報發布期間（9 月 20 日 00Z-9 月 22 日 00Z），測站整體之各項統計參數校驗結果。 ... 53

表 14 不同預報初始時間，針對天兔颱風陸上警報發布期間（9 月 20 日 00Z-9 月 22 日 00Z），流域平均之各項統計參數校驗結果。 ... 54

表 15 不同預報初始時間，針對天兔颱風陸上警報發布期間，計算個別測站在 不同門檻值之預報降水得分。其中(a)為 9 月 19 日 00Z，（b）為 9 月 19 日 06Z，（c）為 9 月 19 日 12Z，（d）為 9 月 19 日 18Z。 ... 56

表 16 不同預報初始時間，針對天兔颱風陸上警報發布期間，計算流域平均在 不同門檻值之預報降水得分。其中(a)為 9 月 19 日 00Z，（b）為 9 月 19 日 06Z，（c）為 9 月 19 日 12Z，（d）為 9 月 19 日 18Z。 ... 57

圖 1 2012 年西北太平洋颱風路徑圖，資料來源：JTWC，其中以不同顏色的線 條代表颱風生命期不同強度階段，藍色代表 TS（Tropical Storm），綠色為 輕度颱風，橘色為中度颱風，紅色為強烈颱風。 ... 2

圖 2 全年均質化 d01 路徑校驗 ... 11

圖 3 全年均質化 d02 路徑校驗 ... 12

圖 4 全年均質化 d01 路徑誤差隨預報時間變化 ... 13

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圖 5 全年均質化 d02 路徑誤差隨預報時間變化 ... 13

圖 6 泰利颱風路徑圖（來源：中央氣象局） ... 14

圖 7 泰利颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑) ... 15

圖 8 泰利颱風 D01 路徑校驗 ... 16

圖 9 泰利颱風 D02 路徑校驗 ... 17

圖 10 泰利颱風 D01 路徑誤差隨預報時間變化 ... 18

圖 11 泰利颱風 D02 路徑誤差隨預報時間變化 ... 18

圖 12 蘇拉颱風路徑圖（來源：中央氣象局） ... 19

圖 13 蘇拉颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑) ... 20

圖 14 蘇拉颱風 D01 路徑校驗 ... 21

圖 15 蘇拉颱風 D02 路徑校驗 ... 22

圖 16 蘇拉颱風 D01 路徑誤差隨預報時間變化 ... 23

圖 17 蘇拉颱風 D02 路徑誤差隨預報時間變化 ... 23

圖 18 天秤颱風路徑圖（來源：中央氣象局） ... 24

圖 19 天秤颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑) ... 25

圖 20 天秤颱風 D01 路徑校驗 ... 26

圖 21 天秤颱風 D02 路徑校驗 ... 27

圖 22 天秤颱風 D01 路徑誤差隨預報時間變化 ... 28

圖 23 天秤颱風 D02 路徑誤差隨預報時間變化 ... 28

圖 24 全年均質化雨量 0~24 小時校驗分數 ... 30

圖 25 全年系集平均雨量隨預報時間均質化 TS-BS 校驗分數圖 ... 31

圖 26 2012 年 6 月 9 日至 6 月 12 日日雨量觀測圖(星號為全台最大雨量之測 站位置，左上角的數值為全台最大雨量值(採四捨五入至個位數)) ... 33

圖 27 梅雨期間（6 月 8 日 1600 UTC～6 月 12 日 1600 UTC，96hr）觀測總雨 量。 ... 33

圖 28 梅雨期間（6 月 9 日 1600 UTC～6 月 12 日 1600 UTC，72hr）觀測總雨 量。 ... 34

圖 29 梅雨鋒面日雨量校驗 ... 35

圖 30 梅雨期間雨量校驗分數 ... 36

圖 31 泰利颱風顯著降雨期間（6 月 18 日 1600 UTC～6 月 20 日 1600 UTC， 48hr）觀測總雨量。 ... 37

v

圖 32 泰利颱風日雨量校驗 ... 38

圖 33 泰利颱風雨量校驗分數 ... 39

圖 34 蘇拉颱風顯著降雨期間（7 月 30 日 1600 UTC～8 月 2 日 1600 UTC，72hr） 觀測總雨量。 ... 40

圖 35 蘇拉颱風日雨量校驗 ... 41

圖 36 蘇拉颱風雨量校驗分數 ... 42

圖 37 天秤颱風顯著降雨期間（8 月 22 日 1600 UTC～8 月 25 日 1600 UTC， 72hr）觀測總雨量。 ... 43

圖 38 天秤颱風日雨量圖(8 月 22 日~8 月 26 日) ... 44

圖 39 天秤颱風日雨量圖(8 月 26 日~8 月 30 日) ... 45

圖 40 天秤颱風雨量校驗分數 ... 46

圖 41 天兔颱風陸上警報發布期間，不同初始時間的系集成員、平均與觀測 之總雨量分布圖，（a）預報初始時間為 2013091900Z，（b）預報初始時間 為 2013091906Z，（c）預報初始時間為 2013091912Z，（d）預報初始時間 為 2013091918Z。 ... 48

圖 42 天兔颱風陸上警報期間日雨量分布圖，第一欄為實際觀測，第二欄為 最接近預報時段的系集平均預報結果(即以 9 月 19 日 12Z 為預報初始時間)， 第三欄為以 9 月 19 日 06Z 為預報初始時間的結果，第四欄為以 9 月 19 日 00Z 為預報初始時間的結果，第五欄為以 9 月 18 日 18Z 為預報初始時 間的結果。 ... 50

圖 43 不同初始時間針對天兔颱風，所有測站之陸上警報發布期間總累積雨量 系集平均值（縱軸）相對於觀測值（橫軸）之分布。其中（a）為 9 月 19 日 00Z，（b）為 9 月 19 日 06Z，（c）為 9 月 19 日 12Z，（d）為 9 月 19 日 18Z。... 53

圖 44 不同初始時間針對天兔颱風，流域平均之陸上警報發布期間總累積雨量 系集平均值（縱軸）相對於觀測值（橫軸）之分布。其中（a）為 9 月 19 日 00Z，（b）為 9 月 19 日 06Z，（c）為 9 月 19 日 12Z，（d）為 9 月 19 日 18Z。... 54

圖 45（a）測站整體及（b）流域平均之不同門檻值的 BS（左）與 ETS（右） 隨不同預報初始時間的變化。 ... 58

圖 46 平台使用次數統計 ... 60

vi

圖 47 平台各功能使用次數 ... 60 圖 48 定量降雨系集預報實驗平台資訊系統教育訓練活動 ... 61 圖 49 颱風影響期間，本中心針對不同預報時段（0-12 小時、0-24 小時、0-48 小時、12-24 小時及 24-48 小時），列出前 20 大平均雨量的流域及該流域 最大雨量站，提供防災相關單位參考應用。 ... 62 圖 50 以 9 月 20 日 00Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 63 圖 51 以 9 月 20 日 06Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 64 圖 52 以 9 月 20 日 12Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 65 圖 53 以 9 月 21 日 00Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 66 圖 54 以 9 月 21 日 06Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 67 圖 55 以 9 月 21 日 18Z 為預報初始時間，針對（a）0-12 小時、（b）0-24 小

vii

時、（c）0-48 小時、（d）12-24 小時及（e）24-48 小時，流域平均之觀測 與系集平均之誤差百分比分布圖。其中粉紅色代表模式高估超過 20%，

紅色代表預報高估但誤差率小於 20%，淺藍色表示預報低估超過 20%，

而深藍色則代表預報低估在 20%以內。 ... 68

1

一、 實驗基本資料

（一） 實驗介紹

由於數值天氣預報有其極限，加以大氣的隨機特性，單一模式預報皆有其一定程 度之不確定性，無法完全正確預報實際的天氣狀況。因此，需透過分析與研究，選取 最佳化之模式組合，發展系集預報技術，以降低大氣預報之不確定性。由於氣象預報 本身有其區域性特徵與不確定性，無法直接移植國外之研究成果，需透過大量之分析 研究，歸納最適用於台灣地區複雜地形之模式設定。國內學研界亦曾使用 MM5 與 WRF 模式模擬侵台颱風，進行物理參數的系集模擬實驗，結果顯示選擇適合的物理參數法 可模擬出較佳的颱風路徑及降雨分佈。此外，進一步使用不同物理參數法組合，針對 個案進行定量降水預報校驗，評估 WRF 模式降水預報能力，並找出適合台灣地區及華 南地區梅雨季降水模擬的最佳物理組合。

颱洪中心於 2010 年起進行「台灣定量降雨系集預報實驗（Taiwan Cooperative Precipitation Ensemble Forecast Experiment，TAPEX）」，其目的在研發測試定量降雨預 報技術，並增加災防單位應變作業時可參考之資訊，協助提升災害防救效能。本實驗 結合學研界（台灣大學、中央大學、台灣師範大學及文化大學）與作業單位（中央氣 象局）之研發能量，並結合國家高速網路與計算中心的計算資源及國家災害防救科技 中心的實務經驗。於颱風影響台灣期間，每日產出 4 次即時高解析度台灣地區天氣狀 況，並利用系集統計方法與機率預報概念，分析颱風路徑與雨量分布，並提供致災性 雨量的機率預報。 實驗期間，所有實驗結果均利用數據專線，即時傳輸至中央氣象局、

水利署、災防中心…等供參考應用。此外本中心並將重要結果整理成簡報檔，每日 2 次主動即時提供中央氣象局、災防中心、水利署（含防災應變中心、河川局及協力單 位（台大天災中心、成大水利及海洋工程系））、水保局土石流防災中心、陸軍總部、

國研院院本部、國科會…等災防相關人員參考之用。透過此實驗平台的持續運作，可 提升國內定量降雨數值預報的技術，並將研發成果應用在實際作業上，充分達到研發、

服務及育才的目標。

本實驗平台的系集成員於 2012 年由 20 組新增至 22 組，其模式包含 16 組 WRF 模 式、2 組 MM5 模式，2 組 CReSS 模式及 2012 年新增的 2 組 HWRF 模式。本平台於 2012 年開始提早至五月進行系集預報實驗，除可針對颱風降雨進行預報外，亦可瞭解系集 預報技術於梅雨鋒面系統之預報表現。

2

（二） 2012 年颱風個案

2012 年西北太平洋地區共有 25 颱風個案形成，其中有 3 個未命名颱風，完整路徑 呈現於圖 1，颱風基本資訊亦列於表 1。以台灣地區而言，有發佈海上警報的颱風有 7 個，分別為泰利、杜蘇芮、蘇拉、海葵、啟德、天秤與杰拉華颱風，發佈陸上警報的 颱風有 3 個，分別為泰利、蘇拉與天秤颱風。本研究除針對 2012 整年平均狀況進行校 驗外，亦針對有發佈陸上警報之颱風個案分析其路徑與強度變化；而在降雨校驗部分 則針對有顯著降雨的個案（梅雨個案、泰利、蘇拉與天秤颱風）進行分析。

圖 1 2012 年西北太平洋颱風路徑圖，資料來源：JTWC，其中以不同顏色的線條代表 颱風生命期不同強度階段，藍色代表 TS（Tropical Storm），綠色為輕度颱風，

橘色為中度颱風，紅色為強烈颱風。

3

表 1 2012 年西北太平洋地區颱風列表

年份 氣象局

編號

中文名

稱 英文名稱 生命期 警報期間 Cat. 最大

強度

侵台路 徑分類

Wind (Knots)

近台近中 心最低氣 壓(hPa)

近台近中心 最大風速

(m/s)

警報發布

報數 海警 陸警 降雨校

驗

Max dtg 數

2012 1201 帕卡 Pakhar 29 MAR-01 APR -- 1 -- -- 65 -- -- -- 0

2012 1202 珊瑚 Sanvu 21-27 MAY -- 1 -- -- 80 -- -- -- 24

2012 1203 瑪娃 Mawar 31 MAY-05 JUN -- 3 -- -- 100 -- -- -- 20

2012 1204 谷超 Guchol 11-19 JUN -- 4 -- -- 130 -- -- -- 31

2012 1205 泰利 Talim 17-21 JUN 06/19～06/21 -- 輕度 9 45 985 25 17 V V V 13

2012 1206 杜蘇芮 Doksuri 26-30 JUN 06/28～06/29 -- 輕度 5 50 995 23 10 V 14

2012 1207 卡努 Khanun 15-19 JUL -- -- -- -- 50 -- -- -- 11

2012 1208 韋森特 Vicente 20-24 JUL -- 4 -- -- 115 -- -- -- 13

2012 1209 蘇拉 Saola 28 JUL-03 AUG 07/30～08/03 2 中度 2 90 960 38 31 V V V 26

2012 1210 丹瑞 Damrey 28 JUL-02 AUG -- 1 -- -- 75 -- -- -- 22

2012 1211 海葵 Haikui 02-08 AUG 08/06～08/07 1 中度 1 65 960 35 11 V 26

2012 1212 奇洛基 Kirogi 04-09 AUG -- -- -- -- 45 9

2012 1213 啟德 Kai-Tak 12-17 AUG 08/14～08/15 1 輕度 5 70 995 20 10 V 23

2012 1214 天秤 Tembin 19-30 AUG 08/21～08/28 4 中度 S 115 945 45 54 V V V 47

2012 1215 布拉萬 Bolaven 20-28 AUG -- 4 -- -- 125 -- -- -- 36

2012 1216 三巴 Sanba 10-17 SEP -- 5 -- -- 150 -- -- -- 30

2012 1217 杰拉華 Jelawat 20-30 SEP 09/27～09/28 5 強烈 -- 140 910 55 15 V 45

2012 1218 艾維尼 Ewiniar 24-29 SEP -- -- -- -- 55 -- -- -- 22

2012 1219 馬力斯 Maliksi 30 SEP-03 OCT -- -- -- -- 45 -- -- -- 12

2012 1220 凱米 Gaemi 01-06 OCT -- -- -- -- 55 -- -- -- 21

2012 1221 巴比侖 Prapiroon 07-19 OCT 48

2012 1222 瑪莉亞 MARIA 14-18 OCT 17

2012 1223 山廷 SON-TINH 24-29 OCT 23

2012 1224 寶發 BOPHA 27 NOV-09 DEC 49

2012 1225 悟空 WUKONG 24 DEC-28 DEC 13

4

表 2 颱風定位次數（dtg 數）與各成員對應列表

帕卡 珊瑚 瑪娃 谷超 泰利 杜蘇芮 卡努 韋森特 蘇拉 丹瑞 海葵 奇洛基 啟德 天秤 布拉萬 三巴 杰拉華 艾維尼 馬力斯 凱米 巴比侖 瑪莉亞 山廷 寶發 悟空 Pakhar Sanvu Mawar Guchol Talim Doksuri Khanun Vicente Saola Damrey Haikui Kirogi Kai-Tak Tembin Bolaven Sanba Jelawat Ewiniar Maliksi Gaemi ^Prapiroon MARIA ^SON-TINH BOPHA ^WUKONG MEM01

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 36 13

MEM02

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 36 13

MEM03

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 36 13

MEM04

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 41 20 12 20 48 17 23 37 13

MEM05

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 41 20 12 20 48 17 23 38 13

MEM06

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 45 13

MEM07

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 45 13

MEM08

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 44 13

MEM09

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 45 13

MEM10

0 24 20 31 13 14 8 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 10 18 48 17 23 27 10

MEM11

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 10 18 48 17 23 27 10

MEM12

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 25 9 21 46 34 29 43 22 10 18 48 17 23 27 11

MEM13

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 44 13

MEM14

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 42 21 12 20 48 17 23 44 13

MEM15

0 24 20 31 13 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 45 13

MEM18

0 19 16 31 13 13 10 10 25 22 24 9 17 39 28 12 28 21 11 19 46 17 20 41 4

MEM19

0 22 20 31 13 14 11 13 25 21 26 6 21 45 33 27 40 22 12 20 46 17 23 28 13

MEM20

0 22 19 31 13 14 9 13 25 21 26 6 21 45 33 26 38 21 12 20 46 16 21 28 13

MEM21

0 24 20 31 13 14 9 7 21 19 18 4 14 36 23 18 2 0 0 0 0 0 0 0 0

MEM22

0 24 20 31 13 14 4 0 26 22 26 9 23 46 36 29 44 6 0 21 47 0 0 45 0

MEM23

0 0 0 0 0 14 11 13 26 22 26 9 21 46 34 29 43 22 12 20 48 17 23 44 13

MEM24

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 46 34 29 41 21 12 20 48 17 23 43 13

5

二、 校驗方法

為瞭解不同情形下系集實驗的預報表現，本研究將 2012 年颱風個案（詳細個 案請參考表 1）分為不同群組進行校驗分析，分別為：

（1） 實驗中全部個案，全年共 25 個；

（2） 強度達 Category 1 以上（近中心最大風速>64 knots）個案，全年共 13 個；

（3） 中央氣象局發布警報個案（包括海上及陸上警報），全年共 7 個；

（4） 個別颱風個案分析，分別為泰利（Talim）颱風、蘇拉（Saola）颱風以及天秤

（Tembin）颱風。

（一） 路徑校驗

由於 M16、M17 兩組成員並未針對颱風個案進行路徑預報，因此路徑校 驗部分將就其餘成員與系集平均路徑進行校驗。校驗結果將以下列兩種方式呈現：

（1） 平均誤差分析

計算預報路徑與觀測路徑之絕對誤差，再依預報時段進行平均，即一般常用 之路徑誤差分析。

（2） 依個案分析不同預報時段路徑誤差隨預報時間之變化

透過此分析方法，可瞭解系集實驗對個別颱風於其不同生命期之預報表現。

6

（二） 雨量校驗

在雨量校驗部分，本研究將採用列聯表與一般統計方法進行分析，校驗方法如下：

Yes/No 校驗（列聯表）校驗方法

觀測

(Observed)

預報

(Forecast)

Yes

≧ 門檻值

No

＜ 門檻值 Total

Yes

≧ 門檻值

Hits (命中)

False Alarms

(錯誤預報) Forecast Yes No

＜ 門檻值

Misses (失誤)

Correct

Negatives Forecast No Total Observed Yes Observed No Total

（1） 正確率（範圍：0～1 、最佳值：1）

Accuracy = hits+correct negatives total

正確預報的比例，此計算方式易瞭解，但結果可能會因無事件發生（correct negatives）偏多而使正確率偏高。

（2） 偏倚得分（Bias Score，BS ，範圍：0～∞ 、最佳值：1）

Bias = hits+false alarms hits+misses

預報 Yes 佔觀測 Yes 的比例，若 BS 大於 1 表示過度預報，小於 1 表示不足 預報。僅用以描述預報與觀測之間的相對關係，並不能用以描述預報結果有 多接近觀測。

（3） 可偵測機率（Probability of Detection，POD，範圍：0～1 、最佳值：1）

POD = ^hits

hits+misses

POD 描述的是有多少比例的事件發生被正確的預報。此數值僅考慮 hits 而忽 略 false alarms，對於稀少個案的預報數值會偏高。使用時應同時考慮誤報率。

7

（4） 誤報率 （False Alarm Ratio，FAR ，範圍：0～1 、最佳值：0）

FAR = false alarms hits+false alarms

有多少比例的事件是預報錯誤的假警報。

（5） 假警報可偵測機率（Probability of False Detection，POFD，範圍：0～1 、最 佳值：0）

POFD = false alarms

correct negatives+false alarms

POFD 描述的是有多少比例的”No”事件被預報成”Yes”，一般決定性預報較少 計算此分數，但在機率預報中廣泛被應用。

（6） T 得分 or 預兆得分 (Threat Score，TS，範圍：0～1 、最佳值：1、無能力：

0)

TS = hits+misses+false alarms^hits

TS 又可稱為 CSI（Critical success index），此得分計算排除了觀測與預報降雨 皆沒有超過門檻值的情形，因此可視為描述模式預報的”正確率”；無預報能 力時，TS 為 0。

（7） 公正預兆得分(Equitable Threat Score，ETS，範圍：-1/3～1 、最佳值：1、無 能力：0)

ETS = ^{hits−hitsrandom}

hits+misses+false alarms−hitsrandom

其中，hits_random = (hits+misses)(hits+false alarms) total

ETS 又可稱為 GSS（Gilbert skill score），除了原有 TS 計算概念外，亦額外排 除隨機預報正確的狀況；利用此得分比較不同區域的預報表現較客觀。

（8） Hanssen and Kuipers discriminant（HK，範圍：-1～1 、最佳值：1、無能力：

0）

HK = hits+misses^hits − false alarms

correct negatives+false alarms

HK 又稱為 true skill statistic 或 Peirces’s skill score。HK=POD－POFD，描述 模式預報對於”Yes”與”No”事件的分辨能力，HK 為 0 表示無能力。

（9） Heidke skill score（HSS，範圍：-∞～1 、最佳值：1、無能力：0）

HSS = (hits+correct negatives)−(expected correct)_random N−(expected correct)_random

8

其中，

(expected correct)_random

= 1

N[(hits + misses)(hits + false alarms) + (correct negatives + misses)(correct negatives + false alarms)]

HSS 用來描述模式預報能力是否有優於隨機預報。

（10） 勝算比（Odds ratio，OR，範圍：0～∞ 、最佳值：∞、無能力：1）

OR = hits∗correct negatives

misses∗false alarms = (_1−POD^POD ) (⁄ _1−POFD^POFD )

勝算是指一件事情發生的機率與沒發生的機率的比值，以擲骰子而言，擲出 2 的倍數的勝算為 1（0.5/0.5），擲出 3 的倍數的勝算為 0.5（0.33/0.66）。則擲 出 2 與 3 的勝算比為 2（1/0.5）。勝算比大都用在醫學用途上，在氣象應用中 尚未廣泛運用。

（11） Log odds ratio（範圍：-∞～∞ 、最佳值：∞、無能力：0）

將 OR 取 log 即可。

（12） Odds ratio skill score（ORSS，範圍：-1～1 、最佳值：1、無能力：0）

ORSS = hits∗correct negatives−misses∗false alarms hits∗correct negatives+misses∗false alarms

勝算比技術得分又稱為 Yule’s Q，描述的是預報比隨機預測改善多少。

目前本研究僅先使用 T 得分、偏倚得分、誤報率、可偵測機率和公正預報得分五種 校驗分數進行分析。

9

分析預報表現時，除針對全年個案進行降雨表現評估外，另將依個案呈現各成員預報 表現，詳細校驗項目如下：

校驗方式

（1） 以測站為單位，利用列聯表分析方法，計算全台地區不同降雨門檻值（大雨：

50 mm/day、豪雨：130 mm/day、大豪雨：200 mm/day、超大豪雨：350 mm/day）

之預報降水得分。分別計算模式之第 1 天（0～24 hr）、第 2 天（25～48 hr）

與第 3 天（49～72 hr）之雨量，並針對個別成員（含系集平均）與個別預報 時間（dtg）分別進行計算。

校驗時段

僅選取梅雨或颱風顯著降雨之前後時段，4 個個案選取之時段詳見表 3。

表 3 雨量校驗之個案列表

個案名稱

個案完整時段

備註 顯著降雨時段

降雨校驗分析時段（繪圖分析時段）

梅雨鋒面

6 月 09 日 0600UTC～6 月 16 日 1800UTC 個案完整時間 6 月 09 日 1600UTC～6 月 12 日 1600UTC 顯著降雨 6 月 08 日 0600UTC～6 月 11 日 1800UTC 校驗之 dtg

泰利颱風

6 月 17 日 1800UTC～6 月 20 日 1800UTC 個案完整時間 6 月 18 日 1600UTC～6 月 20 日 1600UTC 顯著降雨 6 月 18 日 0000UTC～6 月 20 日 0000UTC 校驗之 dtg

蘇拉颱風

7 月 28 日 0000UTC～8 月 03 日 0600UTC 個案完整時間 7 月 30 日 1600UTC～8 月 02 日 1600UTC 顯著降雨 7 月 30 日 0000UTC～8 月 01 日 1800UTC 校驗之 dtg

天秤颱風

8 月 19 日 0000UTC～8 月 30 日 0600UTC 個案完整時間 8 月 22 日 1600UTC～8 月 25 日 1600UTC 1^st顯著降雨期間 8 月 26 日 1600UTC～8 月 28 日 1600UTC 2^nd顯著降雨期間 8 月 22 日 0000UTC～8 月 28 日 0000UTC 校驗之 dtg

10

三、 2012 颱風路徑校驗

（一） 全年路徑校驗

2012 年西北太平洋共有 25 個颱風生成(表 1)，而實驗期間則共模擬 24 個颱風，各 颱風每個成員模擬數如表 2 所示。每個成員在實時時間完成數不盡相同（表 2），為顯 示各成員以及系集平均路徑誤差，本研究首先以全部成員(M01~M20,M22)均有模擬之 日期，進行全年均質化(homogeneous)路徑校驗。而個案校驗分析方面，則以實時時間 之所有成員的所有模擬結果進行校驗。

全年均質化 45/27 公里網格（d01）路徑誤差校驗結果如圖 2 和表 4 全年均質化 d01 路徑校驗所示。結果顯示，系集平均在 d01 表現上，預報 24、48 及 72 小時之路徑誤 差分別為 97 公里、173 公里及 263 公里。而各成員在 24 小時路徑誤差分布約在 75 公 里到 163 公里，48 小時路徑誤差分布則在 139 公里到 293 公里，72 小時路徑誤差分布 約在 235 公里到 451 公里。在各成員誤差排名方面，24、48 及 72 小時路徑誤差較小的 前三名均分別為 M18，M22 以及 M06，系集平均則排名第四。而 24、48 及 72 小時路 徑誤差最大則分別為 M20 誤差為 190.1 公里，M03 誤差為 293 公里及 M03 誤差為 452 公里。

全年均質化 15/9 公里網格（d02）路徑誤差如圖 3 及表 5 全年均質化 d02 路徑校 驗所示。結果顯示，系集平均在 d02 表現上，預報 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 110 公里、192 公里以及 282 公里。而各成員在 24 小時路徑誤差分布約在 58 公里到 220 公里，48 小時路徑誤差分布則在 153 公里到 348 公里，72 小時路徑誤差分布約在 234 公里到 485 公里。在各成員誤差排名方面，24 及 48 小時路徑誤差較小前三名均分別為 M22，M18 以及 M06，系集平均則排名第四。72 小時路徑誤差最小的前四名為 M22，

M18，M06 以及 M15，系集平均則排名第五。而 24、48 及 72 小時路徑誤差最大則為 M20，誤差分別為 220 公里，348 公里以及 485 公里。

比較各成員在全年颱風 d01 及 d02 的路徑誤差結果顯示，M18，M22 及 M06 在所 有系集成員中表現較佳，M20 及 M03 則表現較差，但就單一颱風個案而言則不盡如此，

此分析結果將在其後章節討論。系集平均的全年颱風路徑預報則有相對較好的表現。

此外，2011 年系集平均的全年颱風 d01 的 24、48 及 72 小時之颱風路徑誤差分別為 99 公里、189 公里及 302 公里，結果顯示，2012 年的結果優於 2011 年的預報結果，24 小 時預報減少 2%誤差，48 小時預報減少 8.5%誤差，72 小時預報則減少 13%誤差。

11

圖 2 全年均質化 d01 路徑校驗 表 4 全年均質化 d01 路徑校驗

00hr 12hr 24hr 36hr 48hr 60hr 72hr

M01

M02

M03

M04

M05

M06

M07

M08

M09

M10

M11

M12

M13

M14

M15

M18

M19

M20

M22

Mean

12

圖 3 全年均質化 d02 路徑校驗 表 5 全年均質化 d02 路徑校驗

00hr 12hr 24hr 36hr 48hr 60hr 72hr

M01

M02

M03

M04

M05

M06

M07

M08

M09

M10

M11

M12

M13

M14

M15

M18

M19

M20

M22

Mean

13

圖 4 全年均質化 d01 路徑誤差隨預報時間變化

圖 5 全年均質化 d02 路徑誤差隨預報時間變化

14

（二） 泰利颱風（Talim）

泰利颱風生命期自 6 月 17 日至 21 日止，圖 6 為其路徑圖。颱風生成後以東北方向 朝臺灣海峽移動，21 日 5 時於彭佳嶼東北方海面減弱為熱帶性低氣壓(參考來源:氣象局 網站)，生命期中最大強度為輕度颱風（25.0 公尺/秒）。中央氣象局對泰利颱風共發布 17 次颱風警報，此颱風在中南部地區降下豪雨，造成嘉義、臺南、高雄及屏東等地區 淹水，計有 1 人死亡，農損逾 7 億元(參考來源:氣象局網站)。

系集實驗共有 22 個成員（M01~M22）針對泰利颱風進行預報，其中最多共計完成 13 個 dtg 數(表 2)，各成員在颱風影響期間預報之路徑如圖 7 所示。實時系集平均在 d01 的 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 50 公里，52 公里及 45 公里；在 d02 的 24、

48 及 72 小時路徑誤差分別為 47 公里，80 公里以及 130 公里。而在全期 d01 颱風路徑 誤差最小的為系集平均。d02 颱風路徑誤差在預報 54 小時以前多以系集平均表現較好，

而預報 60 小時後則以 M14、M06、M12 和 M18 的表現優於系集平均，其中 M14、M06 和 M12 的誤差更低於 100 公里。

圖 6 泰利颱風路徑圖（來源：中央氣象局）

15

圖 7 泰利颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑)

16

圖 8 泰利颱風 D01 路徑校驗 表 6 泰利颱風 D01 路徑校驗

00 hr 06 hrs 12 hrs 18 hrs 24 hrs 30 hrs 36 hrs 42 hrs 48 hrs 54 hrs 60 hrs 66 hrs 72 hrs

MEM01 49 83 65 81 81 109 84 115 179 189 312 378 489

MEM02 55 68 58 57 73 94 99 113 162 74 104 82 164

MEM03 55 53 68 91 109 120 145 129 124 232 198 174 266

MEM04 48 50 68 75 84 103 125 152 208 155 257 274 282

MEM05 40 48 70 86 105 77 80 105 134 86 98 143 216

MEM06 39 77 84 106 95 120 167 174 171 210 266 134 213

MEM07 38 81 88 88 76 79 131 125 124 181 248 254 322

MEM08 38 73 59 96 115 132 178 207 241 272 255 120 199

MEM09 39 74 94 101 80 133 204 192 180 205 210 92 86

MEM10 36 64 61 55 75 93 116 147 164 276 418 588 768

MEM11 33 48 60 76 79 70 70 84 96 93 112 159 169

MEM12 39 59 62 70 97 120 158 137 143 171 168 203 310

MEM13 13 34 71 88 115 156 198 163 199 216 240 122 65

MEM14 42 74 95 83 93 119 164 167 220 263 260 130 143

MEM15 40 68 101 81 98 138 165 150 179 203 312 299 609

MEM18 68 74 101 96 120 127 140 146 148 226 217 213 150

MEM19 91 88 120 116 98 134 147 212 262 292 325 425 227

MEM20 53 120 180 137 133 136 176 209 197 299 337 263 229

MEM21 65 70 88 128 210 256 320 357 358 390 267 363 223

MEM22 89 106 120 112 133 176 171 144 120 161 142 81 114

MEAN

30 45 49 49 50 60 69 56 52 61 54 68 45

17

圖 9 泰利颱風 D02 路徑校驗 表 7 泰利颱風 D02 路徑校驗

00 hr 06 hrs 12 hrs 18 hrs 24 hrs 30 hrs 36 hrs 42 hrs 48 hrs 54 hrs 60 hrs 66 hrs 72 hrs

MEM01 54 72 77 97 115 90 114 134 153 133 149 153 200

MEM02 64 79 70 88 99 81 100 128 103 139 225 232 312

MEM03 60 66 101 145 182 161 206 192 219 216 243 257 315

MEM04 75 92 73 97 116 157 203 245 331 329 349 343 348

MEM05 67 67 87 107 121 106 126 134 166 183 273 279 298

MEM06 40 72 66 71 85 77 124 127 146 194 236 216 52

MEM07 40 79 63 57 89 116 116 137 159 196 243 109 103

MEM08 39 82 65 77 82 78 121 116 129 159 210 153 136

MEM09 40 81 61 61 81 102 140 161 191 278 286 396 382

MEM10 69 102 101 83 82 129 115 189 186 174 257 312 541

MEM11 56 82 72 101 104 94 129 154 147 230 276 301 365

MEM12 84 57 86 76 89 114 152 188 219 191 119 126 90

MEM13 11 40 72 77 96 131 198 181 170 171 245 176 309

MEM14 47 54 52 99 76 92 89 83 134 217 277 168 33

MEM15 34 56 65 91 107 148 216 256 343 374 345 528 668

MEM18 66 103 79 81 129 128 137 139 156 236 207 215 127

MEM19 102 75 97 113 100 126 142 186 202 301 436 443 154

MEM20 91 119 176 150 127 111 127 184 221 259 329 305 238

MEM21 70 76 84 117 220 273 356 421 451 561 549 379 233

MEM22 55 80 98 89 116 148 153 152 122 151 145 133 164

MEAN 36 50 44 53 47 53 58 60 80 124 152 162 130

18

圖 10 泰利颱風 D01 路徑誤差隨預報時間變化

圖 11 泰利颱風 D02 路徑誤差隨預報時間變化

19

（三） 蘇拉颱風（Saola）

蘇拉颱風生命期為 7 月 28 日至 8 月 3 日，圖 12 為其路徑圖，颱風生成後以北北西 方向移動，2 日 3 時 20 分於花蓮秀林鄉附近登陸，之後呈打轉現象，2 日 14 時左右掠 過臺灣東北角進入北部海面，3 日 6 時左右於馬祖北方進入福建 (參考來源:氣象局網 站) ，生命期中最大強度為中度颱風（38.0 公尺/秒）。中央氣象局對蘇拉颱風共發布 31 次颱風警報。蘇拉颱風降下豪雨，造成多處地區發生土石流、淹水、道路中斷等災 情，計有 7 人死亡，農損逾 12 億元。(參考來源:氣象局網站)。

系集實驗成員中最多共計完成 26 個 dtg 數(表 2)，各成員在颱風影響期間預報之路 徑如圖 13 所示。實時系集平均在 d01 的 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 104 公里、

147 公里及 183 公里；在 d02 的 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 113 公里、140 公里 及 172 公里。分析各系集成員 24、48 及 72 小時路徑誤差隨 dtg 的變化發現(圖 16)，

在蘇拉颱風由熱帶氣旋增強為輕度颱風時的路徑誤差較其他時期來得大。就蘇拉颱風 全期模擬結果而言，以 M18、M04 及 M15 表現較好。

圖 12 蘇拉颱風路徑圖（來源：中央氣象局）

20

圖 13 蘇拉颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑)

21

圖 14 蘇拉颱風 D01 路徑校驗 表 8 蘇拉颱風 D01 路徑校驗

00 hr 06 hrs 12 hrs 18 hrs 24 hrs 30 hrs 36 hrs 42 hrs 48 hrs 54 hrs 60 hrs 66 hrs 72 hrs

MEM01 52 80 103 126 155 169 193 210 232 241 272 330 384

MEM02 53 78 94 108 124 139 152 176 203 214 216 244 285

MEM03 44 75 109 120 153 197 236 266 296 318 346 387 413

MEM04 63 61 80 85 107 118 120 118 110 110 114 116 119

MEM05 56 81 90 91 104 115 133 139 150 157 147 151 185

MEM06 51 57 63 70 79 95 96 111 115 118 128 131 154

MEM07 51 62 75 91 107 117 135 151 168 179 190 192 220

MEM08 51 56 63 73 90 106 118 133 138 140 153 153 166

MEM09 40 52 81 114 138 155 180 194 241 273 313 308 323

MEM10 45 69 91 110 108 112 107 123 133 137 159 180 208

MEM11 35 63 86 86 105 113 132 137 134 132 150 153 172

MEM12 43 64 73 102 117 140 159 169 183 181 202 227 251

MEM13 37 52 60 69 88 112 121 116 122 129 149 150 156

MEM14 49 60 67 73 98 110 130 133 128 136 146 156 159

MEM15 51 57 63 70 79 97 95 112 111 117 123 130 150

MEM18 56 54 57 71 74 76 79 78 77 79 90 98 120

MEM19 54 85 111 131 148 168 152 154 154 156 190 167 194

MEM20 58 82 113 138 112 141 139 142 167 127 151 170 175

MEM21 31 48 62 82 105 147 175 206 231 289 363 430 484

MEM22 66 81 94 97 91 98 112 120 128 145 159 174 195

MEM23 44 66 84 93 106 121 139 152 170 176 193 218 231

MEAN

54 66 79 90 104 123 133 143 147 149 160 168 183

22

圖 15 蘇拉颱風 D02 路徑校驗 表 9 蘇拉颱風 D02 路徑校驗

00 hr 06 hrs 12 hrs 18 hrs 24 hrs 30 hrs 36 hrs 42 hrs 48 hrs 54 hrs 60 hrs 66 hrs 72 hrs MEM01 64 93 121 138 163 184 205 214 229 238 243 292 322

MEM02 57 84 103 124 160 179 190 191 213 232 257 294 327

MEM03 59 81 113 156 201 216 223 248 272 302 334 394 446

MEM04 83 92 116 121 129 136 148 154 143 139 147 154 167

MEM05 72 88 101 102 133 141 160 159 145 138 143 162 167

MEM06 62 84 97 103 120 117 132 137 141 118 117 116 131

MEM07 62 70 80 100 123 123 118 128 138 134 160 156 172

MEM08 62 57 68 76 95 96 110 125 129 150 167 177 186

MEM09 42 59 84 112 139 171 190 184 216 223 256 295 307

MEM10 72 85 108 111 118 100 108 113 123 110 118 130 143

MEM11 48 87 102 105 132 147 150 162 152 148 151 147 182

MEM12 84 93 100 101 131 147 135 161 175 188 212 230 260

MEM13 41 76 86 102 118 129 145 132 130 126 151 157 182

MEM14 52 94 102 116 126 126 154 160 156 133 152 156 167

MEM15 64 86 97 96 101 90 90 109 114 112 117 115 121

MEM18 50 64 66 76 75 80 80 79 80 79 89 96 118

MEM19 106 101 110 103 132 135 128 133 171 139 157 190 191

MEM20 83 91 108 105 111 130 124 128 140 128 149 188 203

MEM21 52 69 80 89 97 118 168 229 289 375 478 586 708

MEM22 34 53 65 67 75 76 85 96 102 112 126 137 162

MEM23 54 66 91 107 110 120 147 175 181 177 218 206 216

MEAN

60 77 90 95 113 128 135 138 140 141 154 161 172

23

圖 16 蘇拉颱風 D01 路徑誤差隨預報時間變化

圖 17 蘇拉颱風 D02 路徑誤差隨預報時間變化

24

（四） 天秤颱風（Tembin）

天秤颱風生命期為 8 月 19 日至 8 月 30 日，圖 18 為其路徑圖，颱風形成後向北行 進，至鵝鑾鼻東方海面後向北北西轉西方向移動，至臺東東方近海轉西南西撲向恆春 半島，24 日 5 時於屏東牡丹鄉附近登陸，穿越恆春半島後向西南西方向離去(參考來源:

氣象局網站)。25 日解除警報後續以西南西轉向偏南方向移動，26 日晚間至 27 日凌晨 因颱風向東轉東北東方向移動，28 日凌晨通過鵝鑾鼻南方近海後朝東北轉北北東方向 遠離臺灣。生命期中最大強度為中度颱風（45.0 公尺/秒）(參考來源:氣象局網站)。中 央氣象局對此颱風共發布 54 次颱風警報。

系集實驗成員中最多共計完成 26 個 dtg 數(表 2)，各成員在颱風影響期間預報之路 徑如圖 19 所示。實時系集平均在 d01 的 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 73 公里，

151 公里及 268 公里；在 d02 的 24、48 及 72 小時路徑誤差分別為 67 公里，138 公里 及 242 公里。而在天秤颱風全期，以 M18 及 M22 的表現較為傑出。路徑預報在颱風轉 向期間有較大的不確定性，透過圖 22 及圖 23 的結果亦顯示，在天秤颱風轉向期間的 24、48 及 72 小時路徑誤差都較其他時段為大。

圖 18 天秤颱風路徑圖（來源：中央氣象局）

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圖 19 天秤颱風系集預報路徑圖(紅色為觀測路徑)