气象监测(台湾大学)

世界人口增加
脆弱度升高
71 71
Summary
•
Historic Accomplishment: Use of multi-model ensembles is extending accurate prediction of extreme events 5 to 8 days in advance ◎ Second revolution in numerical weather prediction Uncertainty being reduced—predictions now connected to a wide spectrum of decision makers; NWS is taking prediction to the next level The effort is geared toward building a “Weather-Ready Nation”: ready, responsive, resilient in the face of increasing number of extreme events around the globe Key to success: partnerships—consistent communication strategy to ensure proper/expected response (social science) For Taiwan: this approach could have a major impact on abilities to forecast and ensure a “ready, responsive, resilient” society ‒Typhoons (with improved HWRF; global ensemble) 71 ‒Mei-Yu convective system and related heavy rainfall
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風觀測
轉杯風速計與風標
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舵式測風儀
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加州之世界最大風力發電發展計畫一角 （7000座風力渦輪機）
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氣壓觀測
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水銀氣壓計原理
雨量觀測
雨量計原理
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傾斗雨量計原理
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中央氣象局自動雨量站
中央氣象局自動雨量站
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2. 高空觀測（溫度、濕度、風向、風速、氣壓）
探空（溫度、溼度、氣壓）
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雷達回波
掃描原理
都卜勒雷達風場
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NCAR S_POL
S-band polarimetric Doppler radar system
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Doppler on Wheel (DOW)
NSSL in the field
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Vertical cloud radar
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Vertical Pointing Complete Micro-RainRADAR (MRR)
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（二）天氣預報的過程
1. 觀測：地面測站、高空測站、飛機、船舶、雷達、 衛星、地面遙測技術（剖風儀、聲波雷達…） 2. 資料傳送（通訊）：有線、無線、衛星 3. 天氣圖填、繪、分析：資料填圖、等值線繪製、 天氣系統分析
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4. 氣象預報：天氣系統，即環流系統，預報由數值預報 模式完成( Numerical Weather Prediction; NWP )Forecast day極端事件增加，災害擴大。
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Improved Forecasting
Forecast skills for extreme events extended out to days 4-8 for
Severe weather Floods
Snowstorms
Heat/cold waves
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三、天氣預報的限制
預報能力受限
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預報能力受限三大主因：
• 初始資料既不完整，也不正確 觀測誤差 • 控制方程組為非線性，無解析解 截斷誤差 • 重要物理過程需參數化：積雲對流、亂流（混合/傳送）、 輻射 既不真實，也有誤差
誤差（即雜訊）隨預報（NWP積分）長大， 終至大於訊號，即預報期限瓶頸。
綜合災害監測與預警
氣象監測、預報及預警
陳 泰 然
臺大講座 / 大氣科學系特聘教授 國立臺灣大學 時間：2014年 4月 16日（星期三）下午 地點：武漢理工大學
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一、天氣預報
（一）天氣預報的使用與提供 （二）天氣預報的過程
二、觀測系統
1. 地面觀測 2. 高空觀測 3. 飛機觀測 4. 船舶（海洋）觀測 5. 衛星觀測 6. 衛星觀測
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四、天氣預報能力
1. 逐日預報
Annual Mean 500-hPa HGT Day-5 Anomaly Correlation
Deterministic Model Runs
註：NWS Director Dr. Louis W. Uccellini 提供部分資料
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預報能力不斷提昇（例如第5天預報）
2
三、天氣預報的限制 四、天氣預報能力
1. 逐日預報 2. 極端天氣預報 3. 定量降水預報 4. 颱風預報
五、預警
3
一、天氣預報
（一）天氣預報的使用與提供
目的：滿足使用者需求 一般大眾 使用者： 特殊行業：包含軍事（陸海空軍）、航空、 工、商、農、林、漁、牧、交通…
提供者： 政府氣象部門（例如大陸中國氣象局、 臺灣中央氣象局、日本氣象廳、 美國氣象局(NWS)等）
2. 極端天氣預報 Increase in Extreme Events “Average” Year and Trends in the U.S.
650 Deaths $15B in Losses
26,000 Severe Thunderstorms
6 Atlantic Basin Hurricanes
1,300 Tornadoes
5,000 Floods
• Increasing number of extreme weather events at increasing cost to the nation. • Accurate forecasts for extreme events have extended to 4-8 days • Need to take these forecasts to the next level for effective decision support
以聲波做為遙測系統
應用範圍
• 溫度,風速 (Doppler)
一般人耳聽力範圍極限約在20~20KHz附近
1~3 KHz
49
6. 衛星觀測
風雲2號 105° E
兩大類衛星高度和軌道 (geostationary vs. polar orbiting)
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GOES-W
GOES-E
METEOSAT
28
ELDORA ( ELectra DOppler RAdar )
29
4. 船舶（海洋）觀測
NOAA MOC/ Ronald Brown (3250 Tone) SIO/ Roger Revelle (3200 Tone)
船載雷達
31
Research ships in Japan
32
OR-1 (800T)
Water Vapor (WV)
Infrared 4 (IR4)
6.5 - 7.0
3.5 - 4.0
4km
4km
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其他地球科學相關衛星
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54
颱風
55
Sumi-NPP RGB Image
森林火災燃燒區域及濃煙飄散方向和涵蓋區域
56
Little Bear
High Park
June 09 2013
ELEKTRO
FENGYUN
GMS / MTSAT
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全球地球同步氣象衛星名稱與涵蓋面積
日本 MTSAT 地球同步衛星影像各頻道波譜
Channel Visible (VIS) Infrared 1 (IR1) Infrared 2 (IR2) Wavelength (µ m) 0.55 - 0.90 10.3 - 11.3 11.5 - 12.5 Resolution at the sub-satellite point 1km 4km 4km Brightness level 10bits for both VIS and IR channels (1,024 gradations)
Transmit power Frequency
50 mW 24.1 to 24.15 GHz
• 降雨強度和含水量（～6 km） • 雨滴譜分布
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Wind Profiler
/npn/
403MHz
剖風儀
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SODAR（聲達）
SODAR - Sound Detection And Range
June 10 2013
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NOAA NASA University of Maryland Wilfrid Schroeder, VIIRS Active Fires team
火山爆發及火山灰飄散 (El Salvador)
NOAA NASA VIIRS/NOAA/NASA Suomi NPP Satellite
2011/6/10下水 2012年8月啟用 (中信造船)
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Buoy（浮標）

Moored buoy Drift buoy
英國氣象局九個浮標之一
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2006/8/19 (台東外海)
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固定式海上平台 (河口,海岸邊)
5. 地面遙測
氣象雷達
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中央氣象局雷達觀測網
氣象雷達常用的波長
S-band : 約10cm，觀測範圍可達400～500km，通常用來 作長程監測。 C-band : 約5cm，觀測範圍約100～200km，通常架設於 機場負責飛航安全。 X-band : 約3cm，觀測範圍約50km，可置於移動平台， 通常用於研究。
5. 天氣預報：為滿足使用者需求，欲得知未來天氣狀況 所做的預報，例如：溫度、風、雨、雲、 能見度… 6. 預報發佈傳送：廣播、電視、傳真、報紙、電話、手機、 網路…
6
二、觀測系統
1. 地面觀測（溫度、濕度、風向、風速、氣壓、雨量…）
7
地面觀測場（站）
水循環
8
溼度觀測
手搖式溼度計
9
毛髮溼度計
6.5 6 5.5
5
4.5 4 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
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預報期限不斷增長
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Sahara 沙塵暴
FORMOSAT-3/COSMIC 福衛3號




COSMIC (Constellation Observation System for Meteorology, Ionosphere and Climate) GPS radio occultation (6 LEO GPS/Met receivers vs. 24 GPS satellites) Launched on April 14,2006 ~daily 1800 T/RH profiles worldwide
Day at which forecast loses useful skill (AC=0.6) N. Hemisphere 500hPa height calendar year means
Deterministic Model Runs
8.5
NCEP/GFS
8 7.5 7
8.08d
Forecast day
Research ships in Taiwan
FR-1 (1948T) 國科會 OR-1/OR-2/OR-3/OR-5 農委會 FR-1 (水試一號)
OR-2 (250 Tone)
FR-1 (1948 Tone)
OR-2 (295 Tone) OR-3 (295 Tone)
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海研5號研究船(OR-5) 2700 Tone
Fire weather
Hurricanes
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極端事件預報能力提昇，預報期限增長。
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龍捲風與水龍捲
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1987年 Saragosa Texas 龍捲風過後
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龍捲風警報不斷改進
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冰雹
Extreme Events, Increasing Vulnerabilities
• Populations increasing along coastlines, exposing risks to intense storms and coastal inundation • Increasing vulnerability to severe weather, floods, fire weather • Floods and severe weather highlight the importance of quantitative precipitation forecasts
Rocket films from Youtube
火箭探空
25
3. 飛機觀測
美國海洋太空總署
26
P3 airborne RADAR
27
NSF/NCAR/EOL
C130 NSFNCAR-C130 Introducing HIAPER NSFNCAR G-V
Gulfstream V (HIAPER)
探空氣球與降落傘
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全球探空汽球觀測網 (00 and 12 UTC)
(地面 ~25公里的氣溫溼度和風場垂直剖面)
探空測站數
20 20
探空測站數
21 21
Dropsonde
投落送與臺灣追風計畫
22
Driftsonde
漂移送
23
Aerosonde
高空送
24
Rocketsonde (meteorological rocket)