災害防救應用科技方案颱風和豪雨分析與預報技術之研發成果報告書

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災害防救應用科技方案

颱風和豪雨分析與預報技術之研發成果報告書

國家實驗研究院

台灣颱風洪水研究中心

中華民國 102 年 2 月

(2)

i

目錄

第一章緒論 ... 3

第二章類比法在極短期定量降雨預報之應用 ... 4

第三章改進雷達資料同化技術 ... 10

第四章先進大氣觀測實驗 ... 16

第五章定量降雨短時預報技術與預報系統 ... 21

第六章結論 ... 32

(3)

3

第一章緒論

台灣地形非常陡峭，以目前預報模式之解析度難以表現其複雜結構，造成數值預報相當困難，此為台灣較特有的現象；而近年幾次重大颱洪災害（如民國 93 年敏督利颱風之 72 水災和 98 年莫拉克颱風之 88 水災），其豪雨的產生與西南氣流關係密切。「颱風和豪雨分析與預報技術之研發」分項計畫，預定進行觀測、診斷分析及數值模擬，

歸納局部地區豪雨發生時雨帶與流場的特殊配置情形並加以分類，其成果將作為發展颱風豪雨預報概念模式的基礎。

數值模式預報受資料傳輸和運算限制，預報結果可用時間為模擬初始時間 6-7 小時之後；而 0-3 小時即時與 3-6 小時極短時之預報為各級政府防救災緊急應變工作所需的重要資訊，以及洪氾模式預測都市因短延時暴雨產生淹水的重要參考資訊；此為數值預報模式的瓶頸之一，故需藉助其他預報方式。本計畫將利用雷達觀測資料進行定量降雨估計與即時預報技術之研發工作。

本計畫也將利用不同之觀測資料與模式架構，於劇烈天氣影響台灣期間，針對不同時段發展具時效性的極短時定量降雨預報系統（針對未來 3-6 小時）、根據歷史颱風降雨資料之颱風降雨模式（針對未來 0-48 小時）及物理過程較完整之動力統計模式（針對未來 6-72 小時），並利用系集統計技術，整合定量降雨預報結果(QPF)，針對高災害潛勢試驗流域，發展定量降雨整合預報技術。

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4

第二章類比法在極短期定量降雨預報之應用

颱洪中心於 2010 年即結合學界及作業單位展開「定量降雨系集預報實驗」，每天可產出四次 20 組 5km x 5km 解析度的 72 小時預報。

系集預報實驗提供不只一組的預報結果，且系集預報實驗之設計在使不同模式預報成員的預報結果能有廣大的散佈，希望能涵蓋各種可能的預報趨勢。如何使用系集預報資訊，最單純的作法就是將各組預報結果以相等權重加以平均，以平均值當做預報。當然也可進一步以統計方法提供機率預報的相關訊息。

為使預報結果能應用在極短期定量降雨預報，故利用類比法將中尺度系集預報所產生之大量預報結果及雷達網觀測之即時回波與風場資訊進行比對，以挑選最接近雷達觀測之模式預報結果，進行縣市層級之逐時雨量預報技術研發。

雷達觀測資料係使用中央氣象發展之劇烈天氣監測系統 (QPESUMS)的整合回波圖(compref)產品。這個產品每 10 分鐘更新一次，包含中央氣象局所屬的五分山、七股、花蓮及懇丁雷達四座雷達的即時觀測資料，整合回波產品的空間解析度約為 1.3km x 1.3km。

觀測的雷達回波代表現在的天氣狀況，類比法則是尋找數值模式預報回波場中最接近觀測回波的預報成員。

由於數值模式必需等待全球模式的預報結果，並需約 2.5 小時的運算時間，故在做極短期預報的時候就必須以前一個時間(預報初始時間前 6 小時)的預報來進行比對。若考量數值模式在預報中尺度系統時，可能有系統移動速度過快或過慢的情形，故可將類比法比對的

(5)

時間區報) 那比鐘到比

壞成表示方式例的

圖

琉球轉北

間放寬一些

。若加上前 )也允許進比颱風個案

，則 800 個比對效率的圖 1 為觀成員的情形示。這種比式就不太容的方法來自

1 觀測回波

凡那比(

球南方海面北北西移動

些，本研究前幾次的預進行比對，

案的比對個比對就的問題。

觀測回波形。圖中雷比對方法用

容易定出自動化辦

波(彩色)與模

(FANAPI) 面，生成後動，之後轉

究是允許與預報(指預

，則可與觀對個數約在就需要 13 分

波與模式預雷達觀測用肉眼是出一個很好辦識。

模式預報回員 )為編號第後向東北轉為偏西

5

與觀測時預報初始時

觀測進行比在 500 個左

分鐘。因

預報回波比測以色階表是可以很容好的標準。

回波(網線)比員(右圖)的情第 1011 號北緩慢移動西移動，暴

時間正負 3 時間在前

比對的各左右。若一因此，類比

比對結果，

表示，模示容易的區分

目前僅以

比對，分別表情形

號颱風，凡動，增強為暴風圈接觸

小時的預 12, 18, 24 各數就會相

一次的比對比法在設計

，分別來表示預報回波分出好壞，

以最簡單的

表示好成員

凡那比颱風為中度颱風觸台灣陸地

預報為比對 4,…小時的相當多。在對運算需 1 計上仍需考

表示好成員波以網線密

，但以自動的回波重疊

員(左圖)與壞

風生成地點風後緩慢向地後逐漸轉

對窗的預在凡 1 秒考慮

員與密度動化疊比

壞成

點在向北轉向

(6)

西南 18 時圖每隔也相留的波較似滯

圖 2

進入

南西至西南時左右由

2 為凡那隔 6 小時之相當完整的雨帶，颱較弱，高雄滯留的雨帶

2 為凡那比

類比法的入雷達回波

南方向移由臺南附近

那比颱風於之回波圖

。登陸後颱風出海後雄市及屏東

帶的影響

比颱風於是

的預報結波觀測範

移動，19 日近進入臺灣

於是 2010 圖。颱風於

，颱風眼便後颱風眼東縣在颱響。

2010 年 9 月

結果如圖 3 範圍之內。

6

日 8 時 40 灣海峽，20

年 9 月 1 於登陸前颱眼便消失，

眼重新組織颱風登陸後

月 18 日 18 之回波圖至圖 6。

此時台灣

0 分在花蓮 0 日 7 時左

8 日 18Z 颱風眼清晰

並於台灣織，但在颱後降雨即持

8Z 至 9 月

圖 3 是颱灣南部尚未

蓮縣豐濱鄉左右由福建

至 9 月 1 晰可見，環灣西南部形颱風中心的持續增強，

19 月 12 日

颱風登陸前未有明顯之

鄉附近登建進入大陸

9 日 12 日環形回波結形成一近似的西北象限

，主要就是

日，每隔 6 小

前，颱風眼之降雨發

登陸，

陸。

日，

結構似滯限回是近

小時

眼剛發生。

(7)

圖時高

圖 3 東縣

始消此時

4 是颱風暴高雄及屏東

3 凡那比颱縣山區平地

圖 5 為颱消散，颱風時高屏山區

暴風圈接東仍未有

颱風 9 月 18 地(圖序由上而

圖 4 預報颱風登陸風中心登區已有明

接台灣東北有明顯降雨

日 12Z 以類而下)的逐時不同模式成

報時間為 9 月陸的階段，颱登陸後就不明顯的降雨

7

北部陸地時雨，但一兩

類比法選出時平均雨量成員預報平

月 18 日 18 颱風眼牆不易由回波雨回波存在

時，颱風眼兩小時後降

出之預報成員量預報。直條

平均雨量。

8Z，其餘圖牆的結構在波來進行定在，但在平

眼的結構相降雨就逐漸

員對高雄市條圖為觀測

圖說同圖 3 在颱風中心

定位。由回平地區域則

相當完整漸增強。

市山區平地及測平均，折線

心登陸後就回波圖可則未有明顯

。此

及屏線為

就開可見，

顯降

(8)

雨回幾個雨觀

陸後西南風中山區中心日東山

回波。圖個小時對山觀測上，5

高雄山區後眼牆結構南側存在一中心是通過區是無風無心通過高雄

06Z 颱風山區與平地

5 的雨量山區及平 5、6 小時

圖 5 預報區在 9 月構破壞，颱一旺盛的過高雄市無雨的，而雄山區雨風中心正好地則有較

量觀測(直條平地的降雨

時後有明顯

報時間為 9 月月 19 日 06

颱風中心的雨帶。這市山區的)

而雨帶則雨量減少的

好在高雄山較顯著的降

8

條圖)及模雨特性均掌

顯的減少

月 19 日 00 6Z 雨量減心附近並未

這個雨帶正

。故在颱風則給高雄平

的現象並未山區，山區降雨，類比

模式預報(折掌握的相當

，屏東山區

0Z，其餘圖減少的原因未有明顯降

正好處於高風通過高平地帶來不

未預報的很區觀測雨量比法的預報

折線圖)，

當好。在高區並未有這

圖說同圖 3 因，可能是

降雨，只有高雄市的南高雄山區的

不少降雨。

很好。圖量很少。高

報則掌握相

在預報的高雄山區的這種情形

是因為颱風有在颱風中南側(註：

的這個階段

。凡那比颱 6 為 9 月高雄平地及

相當的不的前的降形。

風登中心

：颱段，

颱風月 19 及屏不錯。

(9)

的預定量較低那比時逐

類比法的預報資訊濃量降雨預報低空間解析比颱風之類逐時雨量預

圖 6 預報的目的並濃縮，並盡報的結果析度之各類比預報預報能力

報時間為 9 月並非在改變

盡可能的果保持穩定各縣市山區報結果能對力。

9

月 19 日 06 變個別數值的使預報的

定，故不以區及平地為

對縣市層級

6Z，其餘圖值模式的預的結果保持以個別雨量為預報標的

級山區及平

圖說同圖 3 預報結果持良好的穩量站為預報的。初步研平地有很好

，而是將大穩定性。為報標的，改研究顯示

好的 0~6 大量為使改以

，凡 6 小

(10)

10

第三章改進雷達資料同化技術

本中心持續進行結合雷達資料之極短期定量降雨預報技術之研發工作，目前可即時取得中央氣象局四座都卜勒雷達之回波及徑向速度場觀測資料，並修正雷達資料處理流程，去除海平面 1 公里以下資料以及回波值小於 10dBZ 之觀測資料，以及使用新的觀測誤差變異數。觀測資料經前置處理後，再利用 WRF 中尺度數值預報之三維資料同化系統，將最新觀測資料融合至模式初始場中，進行 0~6 小時定量降雨系集預報實驗。修正雷達資料同化參數，並測試數個實際颱風觀測個案，以模擬真實颱風狀況下之降雨預報。目前極短期定量降雨預報系統雛型已開發完成，每日可進行八次(3 小時一次)雷達資料同化，並進行 30 小時的預報作業。

資料同化策略皆為 cold start，實驗參數設定為與本中心系集預報實驗中第 6 個成員 MEM06 的設定相同，除了同化雷達徑向風和回波觀測資料外，也同化傳統觀測資料及 GPS 掩星資料，與 MEM06 的差異僅在於本實驗多同化了雷達觀測資料，同化之雷達觀測資料為徑向風以及雷達回波值。00 時的作業化流程如圖 7 所示，模式起始時間是 00 時，但資料傳輸時間及模式計算時間約為 6 小時，故在 06 時可以得到 00 時起 30 小時的預報結果，可預報時間為 24 小時。

(11)

件的預報為欄則果時開沒有同時於南在預報的

利用上述的預報實驗報實驗的比 6 小時累積則是同化徑

，比系集平開始的預報有系集的結時同化徑向南投縣山區預報降雨的的現象。

圖 7 述雷達資驗，以 6 月比較，如積降雨，左徑向風和平均還要報結果，

結果，只與向風和回區的強降的位置及

每日 00 時資料同化自月 10 日 0 如圖 8 所示

左欄為系和回波值，結要接近實際

由於本中與觀測降回波值的結降雨則是明及方位上比

11

時雷達資料同自動化模組

00 時開始示。圖中上系集的結果

結果顯示際觀測累積中心系集並降雨做比較

結果，皆能明顯低估，

比實際觀測

同化流程示組，進行今始的預報結上排為 3 果，中間欄示有同化雷

積降雨。圖並沒有於 0 較，結果顯能預報出南

而同化徑測降雨偏西

示意圖今年 6 月初結果及其與小時累積欄是僅同化雷達資料的

圖 9 則是 6 03 時啟動顯示只同化南部山區的徑向風及回

西，且強度

初一場梅雨與本中心系積降雨，下

化徑向風的模式預報

6 月 10 日動，故圖 3 化徑向風以

的降雨，但回波值的結度也有過度

雨事系集下排

，右報結日 03 3 中以及但對結果，

度預

(12)

圖 8 圖中

圖

件之

8 預報起始中上排為 3

9 預報起始

從 2012 之總預兆得

始時間為 6 月小時累積降欄是僅同化

始時間為 6 僅同化徑 2 年 6 月 9

得分 Thre

月 10 日 00 時降雨，下排為

化徑向風，

月 10 日 03 徑向風，右 9 日 18 時 eshold Sco

12

時的結果及為 6 小時累

右欄則是同

3 時的結果右欄則是同化時起至 6 月

ore(TS 值

及其與本中心累積降雨，左

同化徑向風

果，左欄為實化徑向風和月 12 日 12 值)，結果如

心系集預報左欄為系集風和回波值

實際觀測降和回波值

2 時止，計如圖 10 及

報實驗的比較集的結果，中

降雨，中間欄

計算該降雨及圖 11 所示

較。

中間

欄是

雨事示。

(13)

13

以 3 小時累積降雨量來看，在不同降雨門檻值的情況下，系集的表現略優於 MEM06 及雷達資料同化的結果，而只同化徑向風和同時同化徑向風及回波的表現相當；以 6 小時累積雨量而言，系集預報平均降雨在小雨的表現較佳，大雨則較差，雷達資料同化介於中間，而同時同化徑向風及回波的結果，則比只同化徑向風的結果好。

(a) (b)

圖 10 不同降雨門檻值下之 3 小時累積降雨預兆得分值。圖 10(a)為僅同化徑向風與同時同化徑向風與回波值之比較；圖 10(b)為同時同化徑向風和回波值

之雷達資料同化結果與系集平均和第六個成員之比較。

(a) (b)

圖 11 不同降雨門檻值下之 6 小時累積降雨預兆得分值。圖 11(a)為僅同化徑向風與同時同化徑向風與回波值之比較；圖 11(b)為同時同化徑向風和回波值之雷達

資料同化結果與系集平均和第六個成員之比較。

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

5mm 10mm 15mm 20mm 25mm 30mm 35mm 40mm

VR_all BOTH_all

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

BOTH_all Mean MEM06

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

VR_all BOTH_all

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

BOTH_all Mean MEM06

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為 2 量和經相致颱風報及

2012 年 2012 年 6 和真實降雨相當接近

，唯模式預風個案可得及評估此方

圖 12

年泰利颱風 6 月 20 日

雨的比較

，圖 13 中預報之雨量

得到不錯方法於其

2 2012 年 6

風個案預報 14 時及 2 較，由圖 1

中顯示模式量稍微高錯之預報降其他案例的

6 月 20 日 1 式

14

報結果如下 20 時開始

2 中可看式預報累高估，由結降雨，本中的表現。

14 時起六小式預報降雨(右

下圖所示始往後各預看出預報結累積降雨位結果可看出中心未來將

小時累積真實右圖)之比較

，圖 12 及預報六小時結果和真實位置和實際出雷達資料將繼續進行

實觀測降雨較

及圖 13 分時的累積降實觀測降雨際觀測位置料同化針對行長時間的

雨(左圖)，及分別降雨雨已置一對此的預

及模

(15)

圖 113 2012 年

6 月 20 日 20 時起六小雨

15

小時累積真雨(右圖)之比

真實觀測降雨比較

雨(左圖)，及模式預報

報降

(16)

16

第四章先進大氣觀測實驗

本年度的汛期本中心再次與中央大學合作，在杰拉華颱風期間於宜蘭佛光大學進行可移動式雷達(TEAM-R 雷達)觀測實驗。杰拉華颱風於 9 月 21 日在菲律賓東方海面生成，27 日中心在鵝鑾鼻東南東方海面，向西北移動接近台灣，28 日其中心逐漸轉向東北方向遠離台灣，其路徑由台灣東部海上通過。

由於颱風並未登陸，於觀測區域中所觀測到的主要是外圍雨帶所帶進來的回波，而且由於颱風距離較遠，故對流系統並非長時間持續出現在觀測範圍中。對流系統出現在近山區的頻率仍較平原區高，最大對流強度亦較高(可至 40dB)，發展的高度則在 5 公里以下(如圖 14)，

並且沒有明顯的亮帶產生。

對比五分山雷達站所觀測，發現五分山雷達站觀測蘭陽平原上方最低約是 1.5 公里水平高程，到蘭陽平原南方山區約是 3 公里高。

Team-R 雷達在蘭陽平原區域則可以看到 0.5 公里高程以下的區域，

本事件中五分山觀測到的回波要高於 TEAM-R 所觀測，如圖 15 中之圓圈處。

(17)

(Dr 分析雨模擬

圖本中心今 rop Size D 析其微物理

，可以進行擬。因此

雨滴譜研

圖

15 TEAM 今年同時 Distributio 理結構特行驗證，對

，其分析研究有兩

14 TEAM

M-R 雷達與時也利用所

on)觀測是特徵，對於

對於數值模析工作有重兩個主要的

17

M-R 觀測

與五分山所購置之雨是對雲及降於降水機制值模式，也

重要的實用的應用。一

RHI 剖面

山雷達觀測雨滴譜儀進降水物理觀制能更加瞭也可以提供

用價值。

一是對於特面圖

測回波對照進行大氣觀觀測的重要瞭解，對於供合宜的數

特定地區不照圖

觀測，雨滴要項目之一於進行人工數值內容進

不同時間採滴譜

一。

工增進行

採取

(18)

18

多次降雨過程的雨滴譜資料進行分析研究。這對於瞭解一個地區的降雨特徵與形成機制有重要的幫助。另一是對特定的天氣系統進行分析研究，通常經由相同的天氣系統在不同水平地點的雨滴譜儀觀測資料分析，對於整個系統的微物理變化過程可以有所瞭解。

本中心已於兩年前購置 Parsivel 及 2DVD 等新式雨滴譜儀，在配合其他設備進行觀測實驗後，今年大部份的時間都架設於中央大學觀測坪中，同時也收集到鋒面、梅雨、午後雷雨、颱風…等多種不同型態的降水個案資料。針對這些資料，我們比較兩種不同型式的雨滴譜儀，利用幾個物理參數進行分析統計。結果發現，在降雨率資料分析，

兩種雨滴譜儀所觀測到的降雨率相近，但是與傳統傾斗式雨量計的資料則有較大的不同，傾斗式雨量計有明顯的變化反應較晚且變化趨勢較緩的情況。原因可能在於傾斗式雨量計需要累積一定量的降雨量之後才會有反應之故。在使用這兩種觀測設備的降雨率資料，尤其是統計較短時間的降雨率時，應注意此差異的存在。

在雨滴譜資料(N(D))分析，發現 2DVD 觀測到的小雨滴數比 Parsivel 觀測到的多很多，中間粒徑部份的數量類似，大雨滴部份則 Parsivel 觀測到較多的數量。但在終端落速(Vt)的分析，發現在小雨滴時，Parsivel 所觀測到的終端落速較高，而且高於 Gunn et. al.(1949) 與 Atlas et. al(1973)等兩種理論值。2DVD 所觀測到的終端落速則較低，

而且低於理論值。兩種儀器雨滴譜的差異除了本身觀測機制所造成的雨滴遮蔽與疊合觀測誤差之外，由於終端落速的差異使得兩者所觀測到的雨滴粒徑分佈有著相當明顯的不同，Parsivel 由於觀測到的小雨滴終端落速較大，使得單位空間中的雨滴數(N(D))較少。2DVD 則由於所觀測到的小雨滴終端落速小，使得單位空間中的雨滴數較多。

(19)

Par 這可

rsivel 所觀可能是使得

觀測到的小得 2DVD

小雨滴數較與 Parsiv

圖 16

圖 17 雨

19

較少，但 vel 觀測得

6 降雨率比

雨滴譜(N(D

但同時大雨得的降雨率

比較圖

))比較圖

雨滴的數目率相近的原

目通常較多原因之一

多，

。

(20)

圖 18 終

20

終端落速(VVt)比較圖

(21)

21

第五章定量降雨短時預報技術與預報系統

5.1 颱風定量降雨預報系集預報實驗資訊平台系統

颱洪中心於 2010 年起進行「颱風定量降雨數值模式系集預報實驗」，2012 年因應防災需求，擴大模擬實驗時間並正式更名「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，在颱風侵台期間，本中心並將重要結果整理成簡報檔，每日兩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、

國研院院部、國科會…等災防相關人員參考之用。透過此實驗平台的模擬，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。

此資訊平台系統配合本中心定量降雨預報實驗之數值模式輸出

(22)

結果驗成

示平潛勢態速展路徑驗

邀請位等淹水與災防會中論

果，建置模成果予作業

本年度為平台資訊系勢，其中颱

，淹水先期展示可能的徑、平均累

。

本年度舉請對象為水等災防單位水先期潛勢

，並提供寶防中心，針中除介紹

。

模式資料處業與災防為加強服系統頁面颱風降雨模期潛勢結合

的淹水鄉累積雨量

舉行兩場水利署(含位，說明會勢評估系寶貴意見針對預報員紹實驗產品

處理與展防單位，提服務防災相面及功能。

模式結合系合系集所有鄉鎮。新增

、成員累

場公開說明含水利規劃

會中除介系統。台北場

。此外，颱員與災防應品外，雙方

22

展示介面，

提供決策者相關單位應新增頁面系集平均有成員雨增功能包括累積雨量、

明會（台北劃試驗所) 介紹本實驗

場亦邀請颱洪中心應變相關方對於未來

透過網頁者風險評估應變需求，

面包括颱風均路徑以氣雨量及水文括颱風強度

即時日雨

北場：19 人 )、水保局驗成果外，

請本中心李心亦派員前關同仁進行來產品更

頁平台界面估參考。

本中心更風降雨模式氣候法提供文快速淹水度、單一颱雨量預報、

人，台中場局及各縣市

亦介紹本李光敦兼任前往氣象局行進階使用新亦有良

面即時展示

更新網頁版式、淹水先供全台降雨水潛勢方法颱風時期所

、日雨量圖

場：13 人市政府協力本年度新增任教授一同局預報中心用者討論會良好互動之

示實

版展先期雨型法快所有圖校

人），力單增之同參心及會，

之討

(23)

5.2 天秤

的蘇預報

圖中集平預報

雨量模擬 22) 24 結果

圖

2 2012 年秤颱風

2012 年蘇拉颱風及報實驗結果

圖 20 為中顯示，各平均(Mea 報之路徑誤

在降雨的量圖，圖中擬(圖 3 第 )，由預兆

小時雨量果好，且在

19 定量降

年定量降

年共有 3 個及 8 月的果進行校為蘇拉颱風

各成員 24 an)的 24 小

誤差則分的分布方中顯示系集第一排)其兆得分可看

量門檻值下在超大豪

降雨系集預報

降雨系集

個颱風影響的天秤颱風校驗。

風期間，系集 4 小時路徑小時路徑誤分別為 124 方面，圖 2 集平均均其結果與觀

看出在 50m 下，系集平豪雨門檻值

23

報實驗平台

集預報實驗

響台灣，其風，本報告

集實驗各徑誤差在

誤差為 79 公里以及 21 為蘇拉均可大致掌

觀測越接近 mm、130 平均(Mea 值下(350mm

台資訊系統教

驗結果校

其中對台告將針對此

各成員及系 70 公里到 9 公里，而及 144.5 公拉颱風系集掌握降雨趨

近。蘇拉颱 0mm、200 an)的實驗

m)之預兆

教育訓練活

校驗 – 蘇

台灣影響較此兩個颱風

系集平均的到 150 公里而 48 小時以

公里。

集平均結果趨勢，且越

颱風雨量校 0mm 以及驗結果大多

兆得分高達活動

蘇拉颱風

較大的是 7 風個案的系

的路徑誤差里間，其中以及 72 小

果與觀測之越接近當日量校驗部分

及 350mm 多較單一成達約 0.42，

風及

7 月系集

差。

中系小時

之日日的分(圖 m 之成員

，顯

(24)

24

示系集平均對蘇拉颱風的降雨有相當不錯的預估結果。

另一個對台灣造成較大災情的天秤颱風屬特殊路徑(圖 23)，形成後往北行進，通過鵝鑾鼻東方海面後開始轉向西方移動，在 8 月 24 日凌晨於屏東登陸後，在 26 日晚間至 27 日凌晨再次轉向，向東北東方向移動，在 28 日颱風中心通過蘭嶼與綠島中間，造成蘭嶼嚴重災情。圖 24 為系集實驗於天秤颱風全期之路徑誤差，結果顯示系集成員 24 小時預報之路徑誤差約在 50 公里至 140 公里間。而系集平均 (Mean)24 小時路徑誤差為 79 公里，48 小時及 72 小時之路徑誤差分別為 160 公里及 274 公里。路徑誤差隨預報時間變化圖(圖 25)顯示，

在 082212UTC~082412UTC 及 082612UTC~082712UTC 兩時段，72 小時路徑預報誤差明顯偏大，其原因為該兩時段正好是天秤颱風轉向的時間，因此會有較大的不確定性。

在雨量分布的校驗方面，圖 26 為天秤颱風系集平均與觀測之日雨量圖，可明顯看出在颱風中心轉向時(8 月 22 日~23 日及 8 月 26 日)，

模式對雨量的掌握能力較不好。進一步，針對所有系集成員在不同降雨門檻值預估結果進行校驗(圖 27)，結果顯示系集平均(Mean)在大雨 (50mm)門檻值之預兆得分為 0.48，豪雨(130mm)門檻值之預兆得分為 0.46，大豪雨 (200mm) 門檻值之預兆得分為 0.22，而在超大豪雨 (350mm)的預兆得分則僅為 0.03，顯示系集平均對天秤颱風大豪雨以下的降雨，掌握程度較佳，而對超大豪雨的預估能力有限。

進一步針對 2012 年降雨顯著個案(包含 6 月的梅雨鋒面、泰利颱風、蘇拉颱風以及天秤颱風)以及個別個案，系集平均的預估結果進行校驗，結果如表 1 及表 2 所示。表 1 中顯示，在 0-24 小時的預估

(25)

結果分(

分在 0-2 及雨顯示

果中，當門 (BS)0.62(B 在四場事件 24 小時的雨雨量門檻值示預報時間

門檻值在 BS 為 1 時

件中均有雨量預估值的增加間越長，

130mm(豪時最好)，

有 0.3 以上估在豪雨標

，預兆得模式預報

圖 20 蘇拉

25

豪雨)以下而由個別上的水準標準下有不得分以及偏

報正確性越

拉颱風 D01

下時，預兆別個案校驗

，顯示系不錯的掌握偏倚得分都

越低，預報

1 路徑校驗

兆得分為 0 驗來看(表系集平均對

握度。但隨都明顯下降

報不確定性

0.51，偏倚表 2)，預兆對颱風及梅隨著預報時降，此結果性越高。

倚得兆得梅雨時段果亦

(26)

圖 2 第二

21 2012 年蘇二個接近當

蘇拉颱風日當日的模擬結

日累積雨量圖結果，第三排際

26

圖(第一排為排為第三個際觀測結果

為最接近當個接近當日的果)

當日的模擬結的模擬結果

結果，第二排果，第四排為

排為為實

(27)

圖 22 蘇拉颱

圖 23 天秤

颱風針對不同

秤颱風路徑

27

同降雨門檻

徑圖(資料來

檻值之預兆得

來源:中央氣象

得分校驗分

象局網站) 分數

(28)

0 100 200 300 400 500 600 700

路徑誤差（km）

圖 25 天

2012081900 2012081912 2012082000 2012082012

圖 24 天秤

天秤颱風 D

2012082100 2012082112 2012082200 2012082212 D 00hr

28

秤颱風 D01

D01 路徑誤差

2012082300 2012082312 2012082400 2012082412 D01 預報時間

24hr

1 路徑校驗

差隨預報時

2012082500 2012082512 2012082600 2012082612 間（UTC）

48hr 7

時間變化

2012082700 2012082712 2012082800 2012082812 72hr

2012082900 2012082912 2012083000

(29)

圖 2 為第

26 2012 年第二個接近

圖

年天秤颱風近當日的模擬

27 天秤颱

風日累積雨量擬結果，第三

實

颱風針對不同

29

量圖(第一排三排為第三實際觀測結果

同降雨門檻

排為最接近當三個接近當日

果)

檻值之預兆得

當日的模擬日的模擬結

得分校驗分

擬結果，第二結果，第四排

分數

二排排為

(30)

30

表 1 降雨顯著之颱風整體預報針對不同降雨門檻值之校驗

分數

50mm 130mm 200mm 350mm TS

0.62 0.51 0.38 0.26

BS

1.15 0.62 0.47 0.34

FAR

0.28 0.12 0.13 0.19

POD

0.83 0.55 0.4 0.28

ETS

0.49 0.46 0.36 0.25

表 2 降雨顯著之個案針對不同降雨門檻值之校驗分數

TS 0-24hr 24-48hr 48-72hr BS 0-24hr 24-48hr 48-72hr 門檻值 50 mm 門檻值 50 mm

梅雨鋒面 0.66 0.55 0.29 梅雨鋒面 1.1 0.8 0.41 泰利颱風 0.49 0.49 0.43 泰利颱風 1.53 1.21 1.66 蘇拉颱風 0.76 0.77 0.73 蘇拉颱風 1.02 1.21 1.29 天秤颱風 0.48 0.33 0.22 天秤颱風 1.2 1.86 1.92 門檻值 130 mm 門檻值 130 mm

梅雨鋒面 0.36 0.12 0.01 梅雨鋒面 0.41 0.13 0.01 泰利颱風 0.3 0.18 0.21 泰利颱風 0.51 0.29 0.34 蘇拉颱風 0.7 0.61 0.6 蘇拉颱風 0.79 0.93 0.92 天秤颱風 0.46 0.28 0.05 天秤颱風 0.95 0.73 0.84 門檻值 200 mm 門檻值 200 mm

梅雨鋒面 0.13 0.02 0 梅雨鋒面 0.14 0.02 0

(31)

31

泰利颱風 0.16 0.07 0 泰利颱風 0.16 0.07 0 蘇拉颱風 0.63 0.46 0.37 蘇拉颱風 0.8 0.76 0.53 天秤颱風 0.22 0.05 0 天秤颱風 0.38 0.15 0.13 門檻值 350 mm 門檻值 350 mm

梅雨鋒面 0 0 0 梅雨鋒面 0 0 0

泰利颱風 0 0 0 泰利颱風 0 0 0

蘇拉颱風 0.42 0.31 0.1 蘇拉颱風 0.57 0.52 0.14 天秤颱風 0.03 0 0 天秤颱風 0.03 0 0

(32)

32

第六章結論

 針對 2010 年凡那比颱風進行分析，發現挑選的 10 個成員平均雨量和觀測雨量，在量值和趨勢上皆相當接近，顯示若系集預報成員數夠多，則透過類比法，可挑選出接近真實條件的預報成員，

得到較佳的極短時定量降雨預報結果。

 本中心持續進行結合雷達資料之極短期定量降雨預報技術研發工作，可即時取得中央氣象局四座都卜勒雷達之回波及徑向風速觀測資料，同時修正雷達資料之處理流程，以及使用新的觀測誤差變異數。觀測資料經前處理後，利中尺度數值預報模式(WRF) 之三維資料同化模組，將最新觀測資料同化至模式初始場中，進行 0~6 小時定量降雨預報測試。本年度已完成修正雷達資料同化參數，針對數個實際颱風個案進行測試，並同時模擬實時作業條件下之預報實驗流程。

 將中心購置的兩種新型雨滴譜儀同時架設於中央大學，收集鋒面、

梅雨、午後雷雨及颱風等不同天氣系統個案之雨滴粒徑譜資料，

進行資料比對分析。結果顯示：在雨滴粒徑分布方面，二維光學式雨滴譜儀高估小雨滴之數量，並有低估大雨滴數量之情形；在雨滴終端速度方面，則有低估小雨滴終端速度，且高估大雨滴終端速度之情形。一維雷射式雨滴譜儀的觀測結果則與其相反。此資料比對分析結果，對未來進行山區雷達定量降雨估計技術研發時，將具重要參考價值；但仍需持續累積個案資料，以確認此特性。

(33)

33

 於宜蘭佛光大學架設本中心一維雷射式雨滴譜儀，並配合中央大學 TEAM-R 雷達，共同執行杰拉華颱風觀測任務。觀測資料顯示：

五分山雷達站觀測的回波高度略高於 TEAM-R 雷達，TEAM-R 雷達可分析較低層之觀測結果；雨滴粒徑分布資料則顯示此個案之雨滴粒徑分布有偏向小雨滴的現象。

 本中心於 100 年度建置的「颱風定量降雨系集預報實驗平台」，

可透過網頁平台界面即時展示實驗成果予作業與災防單位，提供決策者風險評估參考。101 年度配合防災相關單位之使用需求，

更新平台功能以強化服務成效；新增內容包含颱風降雨氣候模式、

淹水先期潛勢、颱風強度、單一颱風時期所有路徑、平均累積雨量、成員累積雨量、即時日雨量預報與日雨量圖校驗等功能頁面。

 針對 101 年度顯著降雨個案（6 月梅雨鋒面、泰利颱風、蘇拉颱風及天秤颱風）的系集實驗結果進行校驗，結果顯示：在此四場事件中，0-24 小時的預兆得分均高於 0.3（豪雨門檻值日累積雨量達 130mm）。換句話說，系集實驗降雨平均值於豪雨標準下，

對於第一天雨量預報有不錯的掌握度，且預報技術之準確度已明顯高於國際水平。然而，隨著預報時段延長和雨量門檻值增加，

預兆得分明顯下降，預報的不確定性提高；此為未來持續努力的方向。

災害防救應用科技方案 颱風和豪雨分析與預報技術之研發 成果報告書