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標 題: [科學發展][國科會2003展望講座] 風起雲湧誰先知 (一)
發信站: 政大狂狷年少 (08/10/05 23:37:17 Wed)

風起雲湧誰先知

天氣變化影響我們的生活甚巨，每年梅雨季節或是颱風來否一直是大家所關切
的焦點。現在我們天天看氣象預報，但是你知道氣象預報是怎麼來的？我們又
該怎麼看呢？

時 間︰2003年6月6日
地 點︰國立中央大學 理學院 科學教育中心
演 講 人︰陳泰然 （國立台灣大學 大氣科學系 教授）
文字整理︰李健成 （科學發展月刊特約文字編輯）

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自古以來，氣候狀況是影響社會文化發展的重要因素之一。不同氣候環境造
就出不同的文明型態，許多民間信仰跟俗語也都和氣候相關，足可證之。在科
學文明發展如此快速的現代，「溫室效應」、「全球暖化」、「聖嬰現象」更
成為大家談論的話題。對於氣候變化我們該抱持著所謂「人定勝天」或是「順
天而行」的做法呢？對於直接影響身在臺灣的我們甚巨的颱風、豪雨、梅雨等
又該如何看待，這些都是值得探討的問題。



臺灣的自然環境特徵

臺灣由於地處世界上最大陸塊與海洋——歐亞大陸與太平洋的交接地帶，加
上高聳的中央山脈橫亙其中，在受到冬天東北季風盛行期間的中緯度系統與夏
天西南季風盛行期間的熱帶系統交互影響下，造成氣候的四季分明而且多變化。
自然地，在各個季節會發生許多「應時」的災變，其中對國民生計影響最大的，
就屬上述冬夏季風消長季節轉換時，在五、六月間出現的梅雨以及伴隨的豪大
雨、夏秋之際的颱風、以及春季受鋒面影響，不定時出現的局部豪大雨。


http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2003_315/9211-11-03.JPG
影響臺灣氣候的幾個重要因素。


近年來臺灣發展迅速，從傳統農業社會快速進步到工商社會。社會富裕之後，
不管是土地的開發以及用水用電，都比往年快速成長，加上臺灣山高水急，水
土涵養不易。因此，近年來常常看到報導，只要不下雨就開始缺水，水庫每每
到達嚴重下限，政府呼籲大家節約用水；但是反過來，一下大雨就隨處可見街
道淹水、山坡地的土石流、道路坍方，真的是水可載舟亦可覆舟。


撇開人謀不臧等社會環境問題，對於這種自然界的變化，究竟要如何掌握以
趨吉避凶？就目前的科學技術而言，需要靠天氣預報技術來進行預測、追蹤與
掌控。



天有不測風雲，現代氣象怎麼預報

現代的天氣預報可不是憑個人感覺、空口說說便可了事的，它是一門精密的
科學，須透過各種物理原理和數學方法來處理以得出結果。實際上現今的氣象
預報可以說是「數值預報」。亦即「基於物理的定律，透過數學方程式的表達，
再利用電腦計算以模擬推測未來大氣變化的一種技術」。


以世界各氣象先進國家的數值模式而言，目前在冬天能夠推測出七∼八天以
後的氣象狀況，精準度也相當的高。除了電腦模擬之外，結合高空同步氣象衛
星、地面都卜勒雷達等遙測技術，才能將天氣預報的資訊處理得較為完整。


然而即使設備再先進、電腦再進步、科學再發達，氣象預報也不是萬能，準
確度更無法達到百分之百，其主要原因首推氣象預報起始點所需要的觀測資料
取得不見得完整正確。雖然有衛星、雷達、探空氣球等各種儀器設備取得各種
觀測數據，但是由於儀器本身精準度與觀測時空解析度等限制，這些起始資料
尚無法十分完整正確。


其次在於氣象預報需要依賴的物理定律，雖然我們對其所談的基本原理知之
甚詳，但是用數學方程式來表達在這些基本原理下所牽涉的眾多大氣變化過程
時，有許多物理變化過程如輻射、亂流、積雲對流等，我們無法確切處理，須
用可以處理的參數來代表這些過程對大氣變化的影響，這就是所謂的「參數化」。
再者，物理定律雖然可以用數學方程式來表達，但是這些數學方程式的性質是
屬於非線性的，無法求得真正的答案，只能用數值方法來求得近似解。由上所
述，因為初始資料的不確定性、預報方程式的非線性、以及須用參數化方法處
理一些物理過程，所以氣象預報有其先天限制，既無法預報太長時間，也無法
做到百分之百的準確。


還有一點也很重要，就是地球本身的大氣環境是一個開放式的空間，各個區
域的氣流在不同緯度受到地球自轉影響也不同，且又有南北半球不同的海陸分
布及山脈地形影響等等的複雜因素，更增加了氣象預報的困難度，許多微小的
變化也就更為無法精確掌握。


這種根據物理定律，以數學方程式表達，並利用電腦進行模擬計算，以預報
未來天氣的數值預報，是近50年來大氣科學的重要進展。如將氣象預報在科學
上的理論極限，也就是「可預報度」，和現階段的預報技術能力用圖來表示，
在不同範圍大小（或稱空間尺度）和時間長短（或稱時間尺度）的座標裡，顯
然空間尺度較大的環流系統和其伴隨的天氣現象，可以在它發生以前較長時間
做出預報。例如高氣壓、低氣壓動輒綿延數百、數千公里，能做出精確預報的
時間點就可以拉得越前面。反之，尺度較小的系統和天氣則預報期限也較短，
例如龍捲風、雷雨等，因為其形成的過程很迅速，所以能夠做出精確預測的期
限也就越短。以龍捲風為例，透過雷達觀測能夠預報的時間，大約也只有3∼5
分鐘的預報能力，但這短短的3∼5分鐘，卻是逃命的黃金時間。


若是超出可預報極限，此時便是屬於機率性的預報，例如中央氣象局或電視
臺的氣象主播常常說今天的降雨機率為40％，即是指相同的環境條件之下，一
百次中有40次會造成降雨，但無法精確地告訴我們說哪40次會下雨，哪60次不
會下雨，這種就是屬於機率性的問題。相同的，以現階段的科學和技術而言，
颱風的路徑和移動方向也是屬於這種機率性的預測。




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