投落送的妙用

美國飽受颶風危害之苦，有鑑於此，近年來投入相當多的研究經費及科學人力進行颶風研究。每當有任何颶風在加勒比海區域活動或靠近美國本土時，隸屬美國國家海洋及大氣研究總署的國家颶風研究中心，便會出動數架不同功能的研究專用飛機，直接飛入颶風中及繞行颶風周圍進行觀測，並投擲投落送，以充份掌握颶風的整體結構及其環境動態。他們的研究成果大幅提升我們對於颱風的了解，同時也顯示這些投落送測得的資料，可以改進颱風路徑預測的準確度達30%。

可惜的是，在浩瀚的西北太平洋海域，也是全球颱風頻率最高、強度最大的地區，並無任何颱風偵察飛機的觀測資料。基於颱風對於台灣地區的重大威脅，在國內、外學術界及政府單位的通力合作下，我們於2002年啟動追風計畫，成為全球以偵察飛機觀測西北太平洋颱風的先驅研究團隊。

大家可能很好奇想問，我們除了將飛機飛到颱風周遭，又是如何決定在哪些時間、哪些地點投擲這些所費不貲的投落送呢？這牽涉到一項相當新穎且重要的科學議題：策略性觀測。雖然大氣是一個混沌系統，但我們仍可以推知哪些位置的初始誤差是較不穩定的（即其誤差隨時間呈較快速成長，因此也稱為敏感區域），而這些敏感位置便是整個動力系統以及電腦模擬時的關鍵誤差來源。我們的策略便是針對颱風周圍的這些敏感區域進行額外的重點觀測，以達到最有效率的觀測成果。但我們又是如何預先知道敏感位置何在呢？

追風科學團隊目前已設計出相當先進的觀測策略──我們結合四種分別依不同大氣動力假設與統計原理而發展出來的方法（包括「系集散落」、「系集轉換卡門濾波器」、「奇異向量」及「共軛敏感度」等，詳見追風計畫網站）以預先評估關鍵的敏感觀測位置，配合飛機航程及航管限制以決定投落送的最適當投落位置。簡而言之，追風計畫巧妙地用飛機，將控制大氣運作的數學方程式，運送到大自然中最猛烈的颱風風暴周遭進行檢驗與試鍊，透過蒐集關鍵敏感區域的資料，一探颱風預測改進的奧秘。

2003年至今，追風計畫已針對杜鵑、米勒、妮妲、康森、敏督利、梅姬、艾利及米雷等8個颱風完成10航次的飛機偵察及投落送觀測任務，總計在颱風上空飛行48小時、並投擲166枚投落送。在觀測同時，這些寶貴的投落送資料便即時進入中央氣象局及世界各國氣象單位的電腦預測系統中，協助預測颱風路徑及分析其周圍結構，如暴風半徑（對放颱風假與否具關鍵性影響）。目前為止，針對追風計畫所得資料的評估結果顯示，投落送資料平均可改進美國氣象局電腦模式（該電腦模式為全球最具權威的預測模式之一，特色為預報結果可即時顯示在網路上，供研究及作業人員下載使用）對24~72小時內的颱風路徑預測準確度達20%。另一方面，投落送也已被成功用來驗證及校正衛星與雷達遙測資料，藉此提升遙測颱風參數的可信度。

台灣特有的研究金礦

值得一提的是，台灣位居地球最大陸塊與最大海洋交界處，大氣科學的研究素材極為豐富多樣。從颱風、梅雨、季風及聖嬰現象一一呈現，全球的大氣科學家都很稱羨我們所擁有的研究金礦。然而，科學家的幸運並不能取代人民的困境。颱風豪雨每年奪走不少民眾的生命與家園，人為災害也在無知下助紂為虐。被視為天賜及可再生資源的水與空氣日益珍稀，我們的下一代可能處於全然陌生的生態環境。因此，開採這研究的金礦與保衛國土是大氣科學工作者的使命。在颱風這個議題上，我們有幸已到達一定的成熟度，並透過追風計畫初步做出突破性的研究成果。我們期望能藉由追風計畫，對國內科技、民生與防災有重大貢獻，並在國際學術研究領域佔有一席之地。

有關追風計畫詳細內容，可參考追風計畫網站：http://typhoon.as.ntu.edu.tw/DOTSTAR/home2_chinese.htm

【2004-11-01/科學人/33期/P.52】