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2018年08月18日

【地下天文台×蘋果】為何天氣預報不準確?超級電腦大解構

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最後更新: 0818 12:17 / 建立時間 (HKT): 0818 01:00

古人觀雲知天,透過觀察天氣及大自然變化(包括動物及昆蟲)來預測天氣。現今科技進步,天氣預報利用電腦計算,雖然日趨準確,但仍有很多不足的地方。

世界各地官方機構發出的天氣預報,主要來自預報員分析、整合及修正數值天氣預報結果而成。數值天氣預報把全球或某個地區分成大小相同的方格,一個方格上有四個預報點(稱為網格點),然後將天氣觀測所得的數據,包括氣溫、相對濕度、風、氣壓等,經過檢查及插值運算,成為每個網格點上的數據,再輸入模式計算結果。

由於大氣是三維結構,進行數值天氣預報時需把大氣分為若干層,計算不同高度網格點的天氣。因此除了地面觀測,官方機構亦要定時發放氣球,氣球上附有GPS及氣象儀器,量度不同高度的數據,再用無線電波傳送回地面,經處理後一併輸入模式計算。

香港位於廣東沿岸,東面及南面是海,但海面缺乏觀測站,如何進行氣象觀測?我們可以在海面安裝浮標、或透過船隻及飛機報告天氣。隨著科技進步,遙感觀測技術不斷提升,官方機構透過氣象雷達及衛星,收集降雨資料(包括強度及移動速度)及雲層資料(包括雲頂溫度、結構及移動速度等),轉換並同化成觀測數據。

以上是天氣預報的基本步驟,細心留意,每個步驟都可能引入誤差。大氣是一個混沌系統,只要觀測數據(即初始條件)有差異,計算結果就會截然不同。加上數值預報模式本身亦未能夠完全模擬大氣的變化情況(例如雲的物理學),一些影響範圍小、持續時間短的天氣系統,例如雷暴、冰雹、龍捲風等,數值預報是無法準確預測是否出現,及出現的時間地點。

以往只有氣象機構才能取得數值預報資料,如今資訊開放,數值預報唾手可得,卻不是人人懂得正確閱讀。由於數值預報的誤差會隨預報時間而增加,而每次預報結果未必有連續性,因此可能出現「熱帶氣旋昨日預測登陸台灣,今日預測登陸香港,明日預測登陸海南」的不同預報。假如只留意某次預報,有機會出錯。

有見及此,我們改變初始條件來模擬觀測數據出現偏差,從而得出不同預報路徑,稱為集合預報(ensemble forecast)。集合預報屬於概率預報,假如預報路徑集中,表示預報穩定,可信性亦較高;但假如路徑分散,表示觀測數據偏差對預報影響很大,預報的可信性亦較低。

近年利用數值預報預測熱帶氣旋路徑有明顯進步,24小時預報誤差少於100公里。不過72小時預報誤差仍然有200至250公里,不確定性仍然很高。但預測熱帶氣旋強度表現仍然強差人意,主要原因相信是觀測數據不足,影響模式運算結果。因此近年氣象機構為了加強熱帶氣旋強度觀測,派出飛機甚至發射火箭投下儀器量度數據,期望收集到的數據可以改善模式預報表現。

(標題由編輯所擬,原標題為《為何天氣預報不準確》)

香港地下天文台撰稿

香港地下天文台於1995年成立,以專業角度研究及分析天氣,並致力氣象普及教育,先後出版書籍、撰寫專欄、舉辦講座及主持電台節目,並成立facebook專頁,提供天氣分析及氣象常識,讚好人士超過15萬。

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