透過資訊理論解密熱帶氣旋次季節可預報度
Predictability of Tropical Cyclone Track Density in S2S Reforecast
供稿/大氣科學系吳俊傑教授、曾開治助理教授
熱帶氣旋(颱風)為東亞地區夏季主要的水資源來源，而伴隨的致災性降水，同時也常為台灣和東亞地區帶來嚴重威脅。提升熱帶氣旋預報準確度不僅能提供水資源和提昇對應的供應鏈有效管理，同時也能及早做好防災準備，降低颱風災害可能帶來的風險及損失。因此了解熱帶氣旋的生成以及路徑可預報度來源，乃是學界力求突破的重要研究課題。
不同於受初始條件影響的天氣尺度(3-7天)決定性預報，以及受到強烈的邊界條件(海氣交互作用)影響的季節預報，次季節預報介於傳統預報訊噪比(signal-to-noise ratio)最小的位置，使得熱帶氣旋在2-5週的預報尤具挑戰性，也因而被稱為「可預報度沙漠」(Predictability Desert)。本研究利用資訊理論中最小化資訊熵的方法，找出具有最長可預報度時間的颱風活動空間分佈，有效地提供可達3週的熱帶氣旋路徑以及高機率生成位置預報。研究成果刊登於npj-氣候與大氣科學(npj-Climate and Atmospheric Science)期刊。
本研究由大氣科學系吳俊傑教授 (颱風動力研究室)與曾開治助理教授 (混沌及可預報度實驗室)兩研究團隊合作，共同指導呂智樂研究助理(第一作者)、利用歐洲展期預報中心次季節再預報場(ECMWF S2S Reforecast)，結合資訊統計，發現3週左右熱帶氣旋的可預報度，主要來自熱帶季內震盪改變南海地區之有效行星渦度梯度 (effective beta gradient) 以及相對渦度的輻合輻散(vortex stretching)，決定了大範圍熱帶氣旋生成頻率/路徑密度分布的改變。在約12天以內的可預報度，則有來自混合羅士比重力波(mixed Rossby gravity wave)的訊號，影響台灣、菲律賓以東主要洋域熱帶氣旋之連續生成。此研究更進一步使用強化訊噪比後的初始條件做實驗性回溯預報，結果顯示西北太平洋夏季熱帶氣旋之預報確實能有效延長達20天，為未來天氣作業單位、水資源供應鏈管理以及防災措施提供早期預警的選項。在科學突破上，本研究釐清熱帶波動跟颱風活動之間的物理連結，為後續颱風動力及氣候研究的跨尺度接軌提供新的關鍵線索。
本研究第一及第三作者(呂及吳)由國科會學術攻頂計畫所資助，第二作者(曾)則是由國科會2030新秀學者計畫以及教育部玉山青年學者計畫共同資助。
Citation:
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
聯絡人:
吳俊傑 大氣科學系 (cwu@as.ntu.edu.tw), (02) 33663913
曾開治 大氣科學系 (kaichiht@ntu.edu.tw), (02) 33663911
圖說: 熱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。