數值預報分析入門

Introduction of Numerical Weather Perdiction Products

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什麼是數值預報? (目錄)

數值預報是指利用電腦去預報天氣的一種技術。

簡單來說,就是我們利用世界各地觀測點所取得的天氣數據,輸入電腦,再利用大量的物理數式去計算出未來一定時刻的新天氣數值,再以天氣圖的方式表達出當時的天氣情況,就是所謂的數值預報天氣圖。

而所收集的天氣數據,就包括各高度的風速、風向、氣壓、濕度等等的基本氣象要素,其中由數式導出的資料包括渦度、垂直速度、散度等等。

數值預報所採用的各種物理數式都是由氣象學家根據長期研究所設計出來的,而執行運算的電腦,必需是速度及記憶量都十分強勁的超級電腦。目前我們主要所能使用的數值預報大約有八至十副,主要由美國、日本、台灣及英國等地開發,再由各地氣象台加以改良及區域化。

由於每一副系統都俱有其長處和短處,因此用家使用前必需小心考慮,不應盲目直接地依從預報圖所示的資料去作出天氣預報。

 

香港天文台用以
運算數值預報
的超級電腦克雷

數值預報的分類 (目錄)

數值預報按範圍可分為全球模式和區域模式兩種。而按時間就可粗略分為短期(72小時以下)、中期(72小時以上,可達十天之久)及長期預報(月及季預報)三種。

全球模式的數值預報是指收集整個半球或全球的實時數據作運算,這一種預報由於圖面解像度(Resolution)低,因此只適用於預報較大尺度的天氣系統(例如行星風系及副熱帶高壓)變化,和中長期天氣預報。

區域模式的數值預報則是指較小範圍的數據預報,例如東南亞、日本、美國東岸的區域。這種預報圖面解像度高,只限於短期天氣預報,但預測較準確,也可顯示較小尺度的天氣變化,例如雨區發展、颱風、鋒面等等。

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區域模式
(東亞)

 

全球模式
(北半球)

 

數值預報的誤差 (目錄)

要輸入的實時氣象資料,是要在各氣象觀測點搜集得來的,包括氣象站、船舶、浮標、衛星等等。但由於觀測點的密度有限,所以,數值預報的結果仍會有一定的誤差,而且對於越長的預報和越精密細小的天氣系統,其誤差會越大。又由於海上觀測點更為稀疏,所以溫帶的天氣預報往往較熱帶準確,這就是為什麼利用數值預報預測熱帶氣旋動態仍會有相當的風險和難度。


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陸上氣象觀測點分佈 海上浮標氣象站分佈

通常,48小時內的數值預報都較為可信,各個系統的分歧也較細;48小時至72小時左右的預報開始出現較大分歧,72小時後的預報就更是層出不窮,並滲入不少虛假訊息(False Alarm),例如熱帶氣旋的生成或轉向預報就甚為明顯,即使是多個數值預報一致的結果,也可能錯誤。
減少數值預報的誤差,正是現今氣象界所積極研究的問題,開發新的數式,增加觀測點或數據收集方式,也是其解決方案之一。

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