【研究成果】透過資訊理論解密熱帶氣旋次季節可預報度

發表者 SPEC科學推展中心

587 觀看次數

【研究成果】透過資訊理論解密熱帶氣旋次季節可預報度

圖1. 帶氣旋可預報度分析示意圖。 APT代表該結構所對應的平均可預報時間尺度。紅線(藍線)顯示較低(較高)可預報度之情境。

 

撰稿  / 呂智樂、曾開治、吳俊傑* (國立臺灣大學大氣科學系)、SPEC科學推展中心


 

熱帶氣旋預測研究的挑戰與進展

 

熱帶氣旋(颱風)是東亞夏季的主要水資源來源,但其帶來的強降雨常對台灣及周邊地區造成嚴重威脅。颱風引發的極端天氣不僅影響農業、交通和基礎設施,還對人身安全構成重大危險。因此,提高熱帶氣旋預測準確性,不僅有助於水資源管理和供應鏈效率,還能加強災害防範,減少潛在的風險和損失。了解熱帶氣旋的生成過程,以及準確預測未來颱風的路徑和強度,仍是科學界的重要挑戰。

 

熱帶氣旋預測的關鍵問題與解決策略

 

熱帶氣旋的生成與發展受海洋大氣交互作用、季節性波動及大氣內部變動等因素影響,這些因素交互作用,使得熱帶氣旋的生成和路徑具有高度不確定性,難以預測。特別是在較長的時間範圍內,預測誤差會隨時間擴大。研究顯示,熱帶氣旋的預測訊號在約兩到三週的時間範圍內,受到熱帶內季節振盪(Tropical Intra-Seasonal Oscillation, ISO)和有效Beta 效應 (Effective Beta)等因素影響,這些因素決定了熱帶氣旋的生成頻率和路徑分佈。短期(約12天)預測則主要受到混合羅斯比重力波(Mixed Rossby-Gravity Waves)的影響,這些波動在台灣及菲律賓東部海域的熱帶氣旋生成中,發揮重要的作用。通過深入分析這些低頻氣候震盪,科學家逐步掌握了熱帶氣旋生成的規律,並不斷努力提高預測準確性。

 

全球熱帶氣旋預測的突破性進展

 

為了因應這一挑戰,來自臺灣大學大氣科學系的研究團隊提出了一種最小熵方法,以資訊理論為基礎,成功找出具有最長可預報度的熱帶氣旋活動空間分佈,使熱帶氣旋的路徑預測和高機率生成位置的預測能提前三週進行。這一突破性成果將為全球預測提供更高效的技術手段,並已發表於《npj Climate and Atmospheric Science》期刊。

 

研究團隊分析歐洲展期天氣預報中心(ECMWF)提供的次季節至季節(sub-seasonal to seasonal,S2S) 再預報數據,發現熱帶氣旋在約三週的預測期內,主要受熱帶內季節振盪對南海區域有效Beta和相對渦度的影響,這些因素決定了熱帶氣旋的生成頻率和路徑分佈。回溯性預報實驗顯示,通過改進初始條件並提高訊噪比,西北太平洋夏季熱帶氣旋的預測範圍已延長至20天,對於提前預警和防災工作具有重要意義。

 

未來熱帶氣旋預測的應用與意義

 

此新方法將為天氣預報中心提供及時的預警,並有助於水資源供應鏈管理和災難防範措施的提前部署,從而減少人員和財產損失。從科學角度來看,這項研究不僅有助於理解熱帶波動活動對颱風行為的影響,還為跨尺度的熱帶氣旋動力學和氣候研究提供嶄新的詮釋。未來,這項研究將有助於更加了解熱帶氣旋在不同氣候條件下的行為,並推動氣候模型和預測技術的進步。

 

這項研究由國立臺灣大學大氣科學系「颱風動力學研究室」的吳俊傑教授與 「混沌與可預報度實驗室 」的曾開治助理教授共同領導,由研究助理呂智樂擔任第一作者,並獲得國科會學術攻頂計畫、2030跨世代年輕學者計畫及教育部玉山青年學者計畫的支持。隨著這項研究的深入,我們有望精進熱帶氣旋的生成與路徑預測,並為應對氣候變遷提供更精準的科學依據。


 


 

參考資料

Loi, C. L., K.-C. Tseng, and C.-C. Wu*, 2025: Predictability of tropical cyclone track density in S2S reforecast. npj Clim. Atmos. Sci., 8, 24 (2025). https://doi.org/10.1038/s41612-025-00909-0