數值預報五花八門 邊款最可靠?

熱帶氣旋路徑預測的準確度近年有顯著改善,但強度預測卻是氣象界公認的難題,甚至經常引起爭議。本文主要探討近年各國機構用甚麼新的方法應付強度預測。

熱帶氣旋的強度變化與其核心結構息息相關,但結構變化(如核心區對流發展、眼壁置換)尺度較細,全球模式雖然在大氣環流預測方面相當拿手,卻沒有足夠解析度模擬熱帶氣旋的結構變化。以中學科學課會接觸的顯微鏡作比喻,熱帶氣旋內核需要顯微鏡剖析,但全球模式正正不是我們要用的顯微鏡。解析度的問題往往導致全球模式低估熱帶氣旋的發展速度。

為了改善強度預報,近年各國機構開始採用其他方法,其中一個是解析度更高的區域模式。全球模式須顧及全球,為了減輕運算壓力和時間,往往會犧牲解析度。相比之下,區域模式只須集中一個區域,因此可增加解析度作出更精細的預測。相比全球模式,區域模式更能模擬熱帶氣旋核心結構的變化,其強度預測自然更有參考價值。

另一個方法是統計模式(statistical-dynamical models)和概率預報(probabilistic aids)。這些方法會抽取全球模式的環境預報(如垂直風切變、海水表面溫度),再參考過往案例,分析在這些環境條件下,一般熱帶氣旋會發展至甚麼強度。而概率預報更是針對熱帶氣旋的快速加強(RI,rapid intensification),是預測RI的重要指標。

以美國聯合颱風預警中心(JTWC)為例,近年參考的強度預報工具包括區域模式的HWRF和COAMPS-TC、統計模式的SHIPS,以及概率預報的RIPA。值得留意JTWC參考的全球模式只有美國電腦GFS,一般被視為更準確的歐洲電腦ECMWF未有包括在內。

圖一:JTWC截至2021年5月參考的強度預報工具

JTWC預報路線的改變近年有明顯成效。以剛過去的颱風暹芭為例,JTWC於6月30日早上8時已預測強度可達每小時110公里,大致對應強烈熱帶風暴中上限 [見註]。另一個例子是2020年位於西北太平洋的超強颱風天鵝。天鵝未增強為颱風前,JTWC的巔峰強度預測已達每小時220公里,對應超強颱風水平。雖然JTWC最終仍然低估兩個熱帶氣旋的巔峰強度,但其預報明顯更靠近現實。

圖二:JTWC對暹芭的強度預報
圖三:JTWC對天鵝的強度預報

這並非指全球模式在強度預報已失去作用。首先,區域模式須專心預報熱帶氣旋的結構變化,因此大氣環境的預測(如高空環境)仍須依賴全球模式的資料,而統計模式和概率預報更是以全球模式的大氣環境預報作出發點。另外,當熱帶氣旋環流較大、核心結構較鬆散時,全球模式解析度較低的影響會相應減少。以去年襲港的颱風圓規為例,它是環流較大的季風低壓,全球模式的強度預報較接近現實,甚至有稍微高估的傾向。

然而,全球模式在強度預報的定位,已由直接輸出結果轉變成為其他工具提供輔助。預報員一般會根據不同工具的特性,選取最合適的工具完成預測。例如歐洲電腦全球模式路徑預報穩定度氣象界公認表現最佳、亦最有參考價值,但強度預報表現不算特別優秀。而美國電腦全球模式特點是對於很多時熱帶氣旋未形成的旋生預報(Genesis) 非常理想,但經常高估熱帶氣旋顛峰強度,路徑亦較飄忽,每逢牽涉季風槽多個旋渦發展的時候,表現都比較差。由於不同模式各有不同特點,因此預報熱帶氣旋路徑及強度上,沒有一個任何電腦模式會是長勝將軍。將各個全球及區域模式的優點及缺點取長補短,再按高空環境實況及預期會出現的變化加以調整後,便有助減低誤差。

註:JTWC採取一分鐘平均風速,HKO則以十分鐘平均風速為準,十分鐘平均風速大概是一分鐘的0.93倍。以暹芭和天鵝為例,JTWC預報對應的十分鐘平均風速大概是每小時105公里(強烈熱帶風暴)和每小時205公里(超強颱風)。

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