儘管人類試圖發展更好的觀測工具或電腦模式，氣象預報仍然經常失準，尤其台灣每年夏秋都會遭遇颱風，更可能因此使生命財產的損失加倍。氣象單位難道沒有辦法預報得更準確一些嗎？撰文╱李名揚
重點提要
■氣象預報是先利用工具觀測大氣的各種資料，輸入電腦進行複雜運算，再由專業人員根據電腦運算的結果進行修正。
■台灣的颱風路徑預報能力已是世界第一，降雨預測能力也與先進國家並駕齊驅，但誤差還是很大。
■氣象預報會根據最新的觀測資料不斷修正，所以一定是越新的預報越準確。
莫拉克颱風重創台灣，中央氣象局成為眾矢之的，有人責怪氣象局一開始預報的降雨區域不對，也有人拿著雨量數據「指證歷歷」地砲轟氣象局「雨量明明是兩千毫米，氣象局卻只報了幾百毫米」。氣象局的預報確實不夠準確，但是預報不準的原因在於影響天氣的因素太多、太複雜，儘管人類不斷從軟體與硬體改進電腦模式計算的結果，仍無法達到很好的準確度。「人定勝天」這回事在氣象預報上似乎仍有很大努力空間。
現在的天氣預報主要是根據「數值天氣模式」預測的結果來加以詮釋。要進行數值天氣預測，首先需將地表上方的大氣空間劃分成很多個小格子（見右頁下圖），並利用各種觀測工具，取得大氣三維空間的分佈資料，再分析並計算出每一格中的各種大氣數據，接著將這些數據輸入超級電腦，由電腦根據已經設定好的大氣方程式進行極為複雜的運算，算出未來可能的天氣變化。
實務上為了減少計算負荷，氣象單位會依距離遠近，對地球上的不同位置採用不同的分格方式。以台灣而言，距離台灣越近的大氣狀況對台灣天氣的影響越大，因此氣象局劃分的格子就越小，以便進行較詳細的計算。做法是先在全球模式以55公里見方為一格計算一次，然後在區域模式赤道到庫頁島、印度到關島的範圍內，以45公里見方為一格再算一次，再縮小範圍以南海到日本為對角線的矩形，以15公里見方為一格再算一次，最後台澎金馬地區縮小到以5公里見方為一格算最後一次，得出最高解析度的計算結果。
在立體空間垂直方向的分格也是採用類似的概念。由於90%的空氣集中在離地表100公里以內，而影響地面天氣的因素幾乎全部發生在高度僅10幾公里的對流層，因此越接近地表處，分格也就越細。不同電腦模式依其精度需求而有不同的分格數，從20格到90格都有，氣象局目前是分成30格。
預報得從觀測做起
分格之後，就要靠觀測資料分析推導出每一格的氣壓、溫度、濕度、水平風場、垂直風場等各種大氣資料，然後輸入電腦進行計算。中央氣象局颱風及劇烈天氣課課長陳怡良指出，在台灣的氣象預報中，觀測是最受限制的部份，因為台灣的東方是廣大的太平洋，無法設置觀測站，缺乏觀測數據，偏偏影響台灣最嚴重的天氣災害──颱風，卻大多數來自東方海面。
觀測大氣的方法可分為傳統和非傳統方法。傳統方法包括地面測站及探空氣球，是直接以儀器測量各種大氣資料；非傳統方法則有雷達及衛星，得到的資料必須經過複雜的換算才能使用。
地面測站主要是測量地面的大氣資料，台灣有20多個人工地面氣象測站，另外還有自動地面測站，總計100多個，預計數年內要增加到200個。自動測站雖然方便，但有些大氣參數尚無法以儀器有效量測，還是要依靠專業人員進行觀測，例如雲在天空中的覆蓋量及雲狀，與天氣變化關係密切，就只能以人力觀測；另外又如多方位、遠距離的能見度，也只能由有經驗者根據目測來推斷。
高空觀測則是以釋出探空氣球的方式進行，在氣球上升的過程中，以GPS定位衛星測定氣球位置，同時測量高空的各種大氣數據並以無線電傳回地面接收站。
當颱風接近時，也可以派出飛機穿越颱風，測量沿途各種大氣數據，不過這種方式很危險，需要性能較佳的飛機。台灣現在主要以飛機在颱風周圍空投「全球衛星定位式投落送」（GPS Dropsonde），它在降落到海面之前，會一路測量各種大氣數據，並以無線電波將信號傳回。
上述方式都是直接以儀器測量各種大氣數據，雷達和衛星就不一樣了。雷達會發出電磁波，並接收天空中水滴（雲）反射的回波，據以計算水滴的大小及位置。台灣目前有七座氣象雷達站，其中氣象局有四座、民航局一座、空軍兩座，每座雷達均可測量約400公里範圍內的水滴情形。但雷達有其使用上的局限。首先，雷達回波的強弱代表的是水滴大小，而非水滴數量，因此無法知道雲的濃密度；其次，雷達掃描的範圍容易受地形阻礙，在掃描範圍以外的地方就得不到資訊；雷達回波信號的辨別力有限，無法分辨是大水滴或是雲層中特殊的「融化層」現象，只能靠經驗判斷；此外，若測得較強的雷達訊號，有可能只是雲層靠近雷達站的一側水滴較大，造成另一側的資訊失準。
台灣的氣象雷達目前已全部升級為都卜勒雷達，除可看出水滴大小外，還可推算水滴的移動情形：當雲層在天空中移動而與雷達站之間的距離產生變化時，雲層反射的雷達波就會因都卜勒效應而改變波長，可據此計算雲層的位移。氣象局希望未來能將現有雷達再進一步更新為「雙偏極化雷達」，這種雷達除了辨別水滴大小外，還可看出水滴形狀，可大幅提高降雨情形的研判能力。
氣象衛星是近年來蓬勃發展的觀測工具，有些氣象衛星藉由測量雲層放出的紅外光來測量雲頂高度，因為高度不同的雲，溫度不同，放出的紅外光頻率也不同。另外有些則可測量雲層反射陽光的強度來計算雲層厚度，越厚的雲層反射的陽光越多。有些衛星也會像雷達一樣主動發射電磁波，再接收回波，可以測量大氣中的水氣濃度，若使用的是穿透力強的高頻電磁波，甚至可以測量低層雲中的水滴、冰晶。還有一種是直接觀測海面的波浪高度，據以推算海面風場的方向與強度。
【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2009年第92期10月號】
原始網頁：科學人網頁
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