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热带气旋的监察和预测

要确定一个热带气旋的强度,就需要知道风暴中心附近的风力资料。可是,除非在中心附近有地面气象站,或在个别情况下,有船舶在附近水域作气象观测,否则中心风力的资料不是容易得到的。1987年8月后,北太平洋西部再没有飞机作气象侦察飞行,因此更少了一个重要资料来源。由于直接的数据有限,热带气旋的强度分析就只有倚靠经加工处理的红外线卫星图片,藉着云顶温度的分布和变化而作出间接推断。

在广阔的海洋上要确定风暴中心位置,卫星云图担当了一个重要的角色。每小时收到的卫星图片成为对热带气旋步步追踪的观测基础。

有清晰的风眼标记风暴中心的位置,事情倒易办。但假如没有风眼的话,就要根据螺旋雨带的形状,或是风暴中心附近云块的相对移动,来推断风暴中心的位置。

卫星图

雷达图
台风约克 (York, 1999) 同时间的卫星 (上)及雷达图 (下)。

当热带气旋进入了气象雷达的有效探测范围,也可以套用上述方法来分析雷达屏上的雨回波,测定风暴中心的位置。气象雷达因为波长、功率以及扫描天线的高度各有差异,有效的探测距离亦各有不同。天文台在大老山的气象雷达可观测及追踪在香港500公里以内的热带气旋。

虽然卫星及雷达科技不断改进,传统的气象图分析仍然是天气预报员的基本工具。当有热带气旋接近本港的时候,地面气象图每小时分析一次,而高空气象图则每6小时绘画一次。

分析气象图不但能够提供风暴位置、移动趋势和风暴强度等资料,而且让天气预报员对当前大尺度天气形势的转变有更深切的了解。这些转变与风暴的动向有密切的关系,如果能够准确判断及预测这些变化,天气预报员就能够更准确地预测风暴的未来动向及强度的转变了。

在北半球,若是任由一个热带气旋自由移动,它是有向西北飘移的惯性倾向。不过,风暴移动通常是受外力操纵居多的。所谓外力主要是指环境流场对热带气旋的引导作用,这就好比一个在河里转动的旋涡随着河流的方向漂移一样。在北太平洋西部,大部分的风暴是在副热带高压脊的南侧或西南侧形成,受到向西北的气流操纵,这与风暴移动的惯性趋势相符,正好解释为何大部份风暴的移动路径都是趋向西北方。

风暴的路径,亦显示了太平洋高压脊的重要引导作用。例如,当太平洋高压脊未能西伸至台湾时,热带气旋就会绕过高压脊的西端而走向东北,这就是一般所说的「转向」。如果高压脊能够一直向西伸展,风暴便会保持在东风流场的引导下,直趋华南。要是脊线南移,风暴则会在低纬度向西掠过。

假若太平洋高压脊能控制大局,大尺度天气形势变化不大,热带气旋的移动路径就较为简单。但实际情况并没有这么简单!在热带气旋短短的一生里,大尺度天气形势往往会出现多次改变及波动,其他引导因素的比重可能出现变化,产生此消彼长的效果,风暴的路径便会变得飘忽不定及没有规则了。1986年台风韦恩(Wayne)就是其中一个极端的例子。

以下是一些预测风暴移动路径时需要考虑的因素:

(a) 太平洋高压脊向西伸展的幅度;
(b) 脊线的南北迁徙;
(c) 高压脊中的弱点;
(d) 与中纬度天气系统的相互作用;
(e) 与其他热带气旋的相互作用;
(f) 地形的影响;
(g) 引导气流不明确的弱流区域。

热带气旋的典型移动路径
热带气旋的典型移动路径。

凭过去及现时的天气状况去预测热带气旋路径,天气预报员必须有足够的技巧和丰富的经验。除此之外,还有很多客观方法给预报员提供指引。

预报热带气旋移动路径的主流客观方法是基于气候学及统计学,其本概念是归纳过往的资料去预测未来。当中的假设是:一个热带气旋的变化和过去在相似环境下(以月份、地点和盛行大气状况划分)的风暴比较,应相差不远。最后的产品离不开一些平均值、概率、外推路径、列线图或是一些相关公式。这些方法除了提供风暴的变化外,也会对地区性天气给予有用的提示。

另一类较重要的方法是综合利用统计学和动力学,这些方法考虑到引导风暴移动的有关动力学因子。

用一个数值模式去模拟真实的大气是一个较复杂但却日趋普遍的方法。原始数据经过小心筛选后被仔细地纳入电脑模式内,个中「数学大气层」便依循既定的物理定律及经验法则来演变。运算过程中涉及的庞大计算量,要倚靠高速电脑来完成,可是,只有一些主要的气象中心才配备有这类高速电脑。除了收取这些气象中心所发出的全球性数值天气预报资料外,天文台在业务预报上亦采用一套区域性的数值模式。在处理大尺度环流和较高纬度的天气系统方面,各数值模式的表现都不错。但是,在预测热带地区的天气以及较小尺度的天气系统方面,例如热带气旋,成效并不显著,连贯性和可靠性一般也未如理想。数值天气预报仍是热门的学术研究领域,气象学家们都务求提高这些预报方法的精确度。随着预报模式的不断改良,相信预报技巧亦会相应提高。

预报热带气旋动向的图例
用近似法预报热带气旋动向的图例。此方法试图从过
去的记录中抽取大气环境近似的热带气旋作参考。

热带气旋预测这门学问还有漫长的路要走。影响风暴路径的因素多而繁复,当中有些机制还未能够完全掌握,有些机制亦只能粗略地代进各个预测方法中(很多时候受制于业务上的可行性)。此外,热带气旋反覆无常的特性,以及在移动及强度方面固有的波动性,亦令预测工作更加困难。

订定热带气旋初始位置难免有误差,很多气象专家认为这是预测错误的其中一个主要原因。风暴现时的位置,除了是热带气旋警告中出现的数字外,对预测风暴未来的动向亦起相当大的作用。道理其实很简单,因为无论用任何预测方法,假如输入不准确的数据(例如现时位置),怎能盼望会有准确的输出数据呢(例如风暴的预测位置)?在估计风暴的初始位置时,并不是所有风暴都有明确的风眼方便定位的,有些甚至欠缺明显的螺旋云带来确定环流中心。组织不完整的风暴,水平结构会有不对称及不规则的现象,而垂直结构也可能出现扭曲的情况。

卫星图片
1989年7月热带风暴荷贝(Hope)的红外线卫星图片(左图)
及同时间的可见光卫星图片(右图)。可见光图像较清
楚地显示风暴的螺旋云带,有助测定环流中心的位置。
可惜夜间没有阳光,不能拍摄这类图片。遇到这样情况,
夜更预报员便感到若有所失。

另一个难题是和香港的地理位置有关的。大部份移向华南海岸的热带气旋,是按西北偏西路径移动的,海岸线的走向和风暴路径形成一个狭窄的斜角,而香港只是弹丸之地,风暴路径只要偏差十度,便足以使本应正面吹袭香港的风暴移到海南岛去了。

热带气旋路径
热带气旋路径只要偏差十度,香港的天气状况便会明显地不同。

面对不明确和不断改变的情况,天气预报员必须细心观察,按需要作出恰当的修正和明智的决定。同样地,市民亦应明白其中所涉及的可能误差,根据最新的热带气旋警告而采取适当的预防措施。

 

最近修订日期: <2014年4月14日>