美国国家环境预报中心短期系集预报简介与航空气象之应用杨忆婷.PDF

「飛航天氣 」第十三期 2010.04 美國國家環境預報中心短期系集預報簡介 與航空氣象之應用 楊憶婷 一、短期系集天氣預報介紹與其重要性 美國國家環境預報中心(National Centers for Environmental Prediction ，NCEP)杜鈞博士 2009 年 11月於中央氣象局專題演講中以 2009 年造成重大災害的莫拉克颱風為例，來介紹短期系集(ensemble) 天氣預報的重要性。莫拉克颱風為台灣南部地區帶來約 2000 mm/72 hr的累積雨量，這種極端天氣現象，在數值預報作業過程中常面臨兩 個問題： (1)數值模式不一定能預報得到如此極端值， (2)即使模式 顯示出極端之雨量值，預報員不一定會採信，因此造成雨量預報偏低 的現象。由 NCEP 短期系集天氣預報對於莫拉克颱風模擬，發現不只 一個數值模式預報出高累積雨量值，這一跡象顯示了高累積雨量發生 的可能性，增加預報員掌握極端天氣預報的信心。 天氣預報會因數值方法的近似解導致預報結果有誤差，此外各種 觀測都有可能產生些許誤差，置入數值模式中的初始條件與真實大氣 有所差距，造成天氣預報結果不會絕對準確。為了克服初始場微小誤 差對數值天氣預報的影響，系集天氣預報的概念被提出來，利用不同 的預報成員 (member)結果，計算各種天氣狀況出現的可能性。例如： 給予不同成員有些許差距的初始條件、不同的側邊界或地表狀態、使 用不同的模式，或是不同的模式物理過程，估算對天氣預報結果的影 響。而所謂「短期」系集天氣預報，應用於劇烈對流、降雨量、冬季 風暴、森林大火可能性預報、航空氣象等時間尺度較短的天氣現象， 對於作業單位的天氣守視和預報有莫大幫助。 3 「飛航天氣 」第十三期 2010.04 二、NCEP短期系集天氣預報發展簡介 自 1990 年代NCEP和歐洲中長期天氣預報中心 (ECMWF)的全球 尺度系集預報成功之時，杜鈞 博士等人已經開始進行區域模式的短期 系集天氣預報（short-range ensemble forecasting, SREF ）的研究。 1995-1996 年期間 NCEP已經建立 SREF 芻型，隨後改進原版本成為 有 10個系集成員的系集預報模式，並且於 2000 年 4月開始每天進行 短期系集預報，但是系集天氣預報耗費電腦資源，所需計算時間長， 當時只能拿來做個案分析以及 對系統移動和演變進行研究。 2001 年 5月 SREF 正式於 NCEP 上線，並且是全世界第一個用 在作業單位的短期系集預報模式產生。在 2003 年，NCEP 為了提供 不同模式短期系集預報的各種可能性，再加入了 Eta區域模式的 5個 系集成員，其差異在於使用不同版本的Kain-Fritch scheme （對流參數 化法） ，以提供模式物理過程的不確定性的各種可能性。2004 年 8 月， SREF再加入了 6種不同的對流參數化以及提高模式解析度（從 48 km提高到 32 km及 40 km ），系集預報模式能力也更加提升，預報 時間由 63 小時提高到 87 小時。到了 2005 年的 12月，再加入 6個 WRF(weather researchforecast model)模式的系集成員，與之前不同 的地方在於，其中有 3個是使用 NCEP NMM 為核心，另外 3個則是 使用 NCAR ARW 為核心，所以目前 NCEP-SREF 共有 21個短期系集 天氣預報成員，每天 2 次預報，預報 87 小時，模式水平解析度從 32 km 到 45 km 不等