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淺談聯科大氣預報平台(CPAS)對颱風「海高斯」的可預報性

合著者:Anson Tang, William Leung

(*除非特別說明,否則文中所提及的日期和時間均為香港時間(UTC+8))

 

「海高斯」的最初發展 

海高斯的前身為一個在菲律賓附近的廣闊東風波擾動,該系統後來發展成一個相對細小的低壓區,並在8月17日抵達呂宋海峽南部。

 

「海高斯」路徑和強度的預測誤差 

8月18日清晨,該低壓區發展為熱帶氣旋並被命名為「海高斯」。同時,在8月18日協調世界時 0時 (香港時間8時),歐洲模式和美國模式等的全球數值天氣預報模式,普遍預測海高斯會發展緩慢,並於香港時間8月19日早上在廣東西部以約995-1000百帕的最低海平面氣壓,即熱帶風暴強度登陸。

然而,海高斯在24小時內在有利的大氣條件下快速增強,並向北偏離了最初的預測路徑。 海高斯最終以颱風強度於8月19日早上6時在珠江口以西的珠海登陸(比全球大多數模式的預測向東偏離了約100公里),最低海平面氣壓和最高10分鐘持續風速分別約達到980百帕和135公里/小時(即約38米/秒)([1])。海高斯與香港的最近距離約為80公里,比大多數全球模式預測的150-200公里要小得多。

 

全球模式下海高斯的預測路徑與香港天文台的觀測路徑比較圖:

tracks

(紫色:CPAS的預測路徑;藍色: GFS(美國模式)的預測路徑;黑色:香港天文台的觀測路徑 [2]) 

 

CPAS模式的預報表現

CPAS全球數值模式使用8月18日協調世界時 0時 (香港時間8時)的GFS初始場進行模擬。通過制定128-8-4公里全球共159,041個六邊形的網格(目標區域外全球使用128公里的分辨率,熱帶氣旋通常路徑附近的目標區域內則使用8公里的分辨率,區域內的地形和海岸線亦另再加密使用4公里的分辨率)並使用MPAS-A物理過程參數化方案,CPAS能夠準確地預測海高斯的路徑和強度發展。CPAS預測海高斯在8月19日協調世界時0時(香港時間8時)的最低海平面氣壓和最高持續風速分別為985百帕和28米/秒,與GFS(美國模式)預測的998百帕和20米/秒的結果相比,CPAS的預測更接近觀測數據(980百帕和38米/秒)。而且,CPAS的預測登陸地僅比實際路徑偏西數十公里。這一結果顯示,CPAS中所使用的更精細的分辨率(CPAS 可變8-4公里,GFS 全球13公里)與MPAS-A物理過程參數化方案,或能在短期熱帶氣旋預報中提供更多風暴的細節,譬如更精確的風力分佈和更佳的強度預測等。 

雖然熱帶氣旋預測的技術已在最近幾十年裡大大提升,但強度預測仍然存在較大的不確定性,尤其是像海高斯一樣的小規模熱帶氣旋。這主要是由於全球模式普遍無法很精確地處理網格內的特徵所致。CPAS的“可變分辨率”網格可讓模式更好地解析大氣中的小尺度特徵和系統,同時也可讓用家們有效地分配計算資源,從而增加預報工作上的靈活性。因此,在預報小型熱帶氣旋方面,CPAS或可成為現存傳統全球數值模式以外的一個可靠選擇。

 

CPAS中用於預測颱風海高斯的網格可視化(128-8-4公里):

mesh densityhexagonal cells

 

CPAS預測的8月19日協調世界時0時(香港時間8時)最低海平面氣壓(結果通過CPAS的Jupyter雲計算進行可視化):

MSLP

 

CPAS預測的8月19日協調世界時0時(香港時間8時)10米風速:

Wind Speed

 

CPAS預測的8月19日協調世界時0時(香港時間8時)10米風場(結果通過CPAS的Jupyter雲計算進行可視化):

Wind Field

 

參考資料:

[1]: 實時天氣二十四小時時間序列圖(澳門地球物理暨氣象局). 探訪日期:2020年8月19日

[2]: 過去的位置和強度(香港天文台)探訪日期:2020年8月20日