1. 天氣預報的原理 氣象科技研究中心

5. 人類對天氣變化的恐懼 歸因於神、巫，阻礙科學研究 直至三百多年前，「預報天氣」在英國 仍是嚴重犯罪行為，可以處死刑 「天譴」之說多於「人禍」之分析 天氣變化是個嚴肅的科學問題 可以改造天氣嗎？「人定勝天」嗎？ 「氣象戰爭」是科學還是神話？

6. 神權下的氣象觀 風、雨、雷、電各有天神所司 氣象係天神在傳達信息給人 – 天子朝庭慎重的紀錄天氣 – 人民只能「逆來順受」、「靠天吃飯」 – 政治人物利用天氣 寄託「呼風喚雨」的渴望於神話仙人上 部分知識份子很早便很理性的看待天氣

7. 夫大塊噫氣  其名為風 莊子  齊物論

8. 落落盤踞難得地 冥冥孤高多烈風 摘自「杜甫  古柏行」

9. 天氣預報依據 基本準則 – 持續性 – 氣候重現率 經驗法則 天氣學 ( 概念 ) 模式 物理模式 __ 數值運算

10. 經驗法則天氣預報事例 看天 ( 觀天象 ) 蜻蜓低飛，夜半蛙鳴 礎潤而雨，徵之溼也 ( 水缸流汗，天欲落雨 ) 山雨欲來風滿樓 陣雨持續報；見雷加三天 ( 臺灣夏季 ) 颱風草預報

12. 氣象諺語例句 星密連閃眼，定有風雨喊 一雷破九颱 早落早好天，慢落到半暝 未雨先雷淋濕地，先雨後雷無地避 日圍箍，乎雨沃；月圍箍，乎日曝

13. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

14. 西邊城市先有風雨 隨後東邊城市也會有風雨 由此可知 「天氣」乃由西邊往東邊移動

15. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

16. 天氣現象發生於冷暖空氣交會處 該交會處稱為「鋒面」 研究鋒面之生成、消散、移動的規律 便可有效追蹤天氣發生的情形

19. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

21. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

24. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

25. Wu-fen-shanCKS Airport Ching-Chang Hualien Liuh-tao Kaohsiung Chi-guw Ken-ting (June, 2000) (Jan., 2001) (June, 2001)

27. 近代天氣預報的演進 地面觀測初始時期 極鋒學說應用時期 探空發展時期 斜壓理論發展時期 衛星觀測初始時期 氣象雷達推廣應用時期 動力數值天氣預報應用時期 – 動力統計預報應用時期 – 人工智慧系統應用時期

28. 數值天氣預報概說 數值天氣預報於五十年代開始發展，而 至八十年代初始展現其絕對的實用價值 目前它是中期﹝一至七天﹞天氣預報最主要 的依據，也是未來進行更量化、更精緻 天氣預報最可能的客觀指引 數值天氣預報的應用是科技發展的結果， 其未來發展尚無可限量

29. 數值天氣預報的原理 大氣運動遵循一定的物理法則，這些物 理法則可以由一組數學微分方程表示。 利用超級電腦求微分方程之近似解，如 此可得知大氣由一初始狀態啟始的可能 後續變化 數值天氣預報的實用性取決於以下三要 件：

30. 數值天氣預報的要件 準確的初始場 – 改進觀測技術及加強資料收集 – 改進資料四維同化技術 合理的數值天氣預報模式 – 足夠的解析度 – 合理模擬及參數化大氣之物理過程 – 具代表性的背景場 超級電腦快速的運算

31. 氣象局使用過之高速運算主機系統 第一代主機： CDC Cyber205 －單一向量處理器 － 200MFLOPS 第二代主機： Cray YMP － YMP/8I － YMP/2E ．八個向量處理器 ．二個向量處理器 ． 333MFLOPSx8 ． 333MFLOPSx2 第三代主機： Fujitsu VPP － VPP5000 － VPP300E ．十五個向量處理器 ．十六個向量處理器 ． 9.6GFLOPSx15. 2.4GFLOPSx16

32. 超級電腦主機

33. Fujitsu VPP300E 2.4GFLOPS @PE x 16 2GB Memory @ PE 150GB system disk 1600GB disk array Fujitsu VPP5000E 9.6GFLOPS @PE x 15 8GB Memory @ PE 30GB system disk 2048GB disk array

34. 大氣基本控制方程 運動方程式 ( 風場 ) 熱力方程式 水氣 ( 物質 ) 方程式 連續方程式 ( 質量守恆 )

35. The atmosphere is wet!

36. T79T120

37. Comparison between 2 km and 60 km model topography 2 km60 km

38. 數值天氣預報應用

39. 夏季地表粗糙度分布圖

40. 冬季地表粗糙度分布圖

43. 氣象觀測特徵 時空分布不均勻 – 傳統探空及地面觀測僅止於陸地上 – 衛星遙測準確度及垂直解析度尚不理想 – 中、小尺度氣象觀測相當不足 遙測資料量成長快速 – 傳統觀測強調定時定點 – 遙測通常是幾近時間連續的空間掃瞄 – 需要新的資料客觀分析策略

44. 未來趨勢分析 遙測資料質與量提昇、重要性持續升高 – 氣象衛星、氣象雷達資、剖風儀 – 觀測變數可能非預報變數 三度空間客觀分析進階為四度空間分析 – 連續式資料四維同化 總資料量大幅成長 – 整合性網路資訊環境 – 即時資料接收、處理及整合 – 大量氣象資料儲存管理

45. 改進資料四維同化技術 現行三度空間最佳內插客觀分析 改進為四度空間變分分析 * * * * * * * 預報 * * * 時間

46. 4DVAR No 4DVAR Observed 3-h rainfall ending at 2100 UTC 10 April 79 Observation

47. 4DVAR No 4DVAR Observation 3-h rainfall ending at 0000 UTC 11 April 79

48. 天氣預報的挑戰 大氣是個 渾沌 (Chaotic) 系統

49. 渾沌系統的特性 不是無規律的變化，也不是完美的規律 性變化 初始很小的不確定性，隨時間演進將成 為後續變化很大的不確定性

50. 「機率」概念符合科學精神 ＊ 預報時間

51. 機率預報 是進步的表現 是現代化天氣預報的趨勢

52. 高可預報度 低可預報度 ＊ ＊ 預報可預報度

53. 系集 (ensemble) 天氣預報 找出初始場最不穩定的擾動 評估此擾動對後續預報的影響 量化預報場的不確定性 應用上可延長有效預報時限 問題： – 「最不穩定」擾動標準係主觀訂定 – 需要極大計算量 – 困難度相當高

54. 系集預報 用於區分： – 有時候預報可以有 很確定的結果，可 以預報很長的時間 – 有時候無法知道確 切的結果，很快就 失去預報能力

55. 天有不測風雲 人定勝天

56. 數值天氣預報時效極限 渾沌理論推測最長有效預報期限平均不 可能超過三週 數值天氣預報模式可能反應外在強迫作 用而有效預報特定長周期變化之訊號 – 例如反應「聖嬰現象」之異常海溫變化，大 氣模式可能有季節至年際變化之預報能力 – 數值天氣預報模式應用於短期氣候變化預測 是新近頗受重視的研究題目

57. 短期氣候預測發展的契機

61. 人造雨的種種 天氣改造 – 幻想面、技術面、道德面 人造雨現況 氣象戰爭的想像空間 大氣的不可預測度 – 天有不測風雲、到人定勝天、再 回到天有不測風雲

67. 謝 謝！