淺談概率預報

現今天氣預報是利用超級電腦,再配合物理方程式模擬大氣變化,將觀測數據輸入進行運算得出結果,再由預報員演譯。由於運算時涉及數學上的數值方法,所以稱為「數值天氣預報」。

然而由於大氣混沌的特性,只要輸入的數據出現輕微偏差,結果可能完全不同。換句話說,預報員無法確定預報的可信性有幾高。不過隨著電腦運算速度增加,我們可以增加運算次數,利用不同輸入數據來模擬偏差,得出不同預報再取平均值,稱為「集合預報」,研究發現集合預報的長時間的平均表現比單一預報為好。

假如不同預報的結果接近,分佈在小範圍內,預報員就有較大信心。相反,假如預報的結果分散,分佈在大範圍內,預報員的信心就較小。利用統計學方法將這種「信心」表示出來,就成為「概率預報」。例如香港天文台公佈的氣溫延伸預報,氣溫預報以顏色範圍來表示,有最高值及最低值,中間的範圍有不同顏色,代表該數值出現的概率(機會率)。紅、橙及黃色表示出現概率較高,在百分之五十或以上,其他顏色表示表示出現概率較低,低於百分之五十。

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圖:2018年9月3-16日香港天文台最低氣溫預報(來源:香港天文台)

而隨著預報時間越長,紅、橙及黃色的範圍越小,表示信心越低。在閱讀氣溫延伸預報時,我們不應太著重數值,反而要留意趨勢,並且只參考概率高於百分之五十的範圍。

除了氣溫,熱帶氣旋路徑預報亦可以「概率預報」的形式出現。 香港天文台於去年推出「熱帶氣旋路徑概率預報」,地圖中某個位置的顏色代表熱帶氣旋中心在九天內經過該位置120公里範圍內的機會,而顏色代表的概率與氣溫延伸預報相同,即紅、橙及黃色代表概率在百分之五十或以上,其他顏色代表概率低於百分之五十。由於預報路徑偏差隨時間而增大,即使預報熱帶氣旋於數日後正面吹襲,預報路徑上的概率亦會隨時間而減少,由紅色逐漸變為藍色。

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圖:2018年9月2日超強颱風飛燕的路徑概率預報(來源:香港天文台)

基於現時科技未能準確為熱帶氣旋定位及預報位置,在香港天文台的「熱帶氣旋預報路徑圖」上亦提供了一些圓形,表示現時定位及預報位置可能出現的偏差。圓形的半徑大小與概率有關,現時的設定為百分之七十,即十次相似定位及預報有七次偏差在圓形範圍內。根據香港天文台網頁,現時不同時間的偏差如下:

時間 位置偏差的半徑(公里)
分析 30
24小時預測 125
48小時預測 225
72小時預測 325
96小時預測 400
120小時預測 500

雖然半徑是固定的,但每個熱帶氣旋的實際偏差都不相同。較強的熱帶氣旋由於結構良好,分析位置的偏差會比較弱的熱帶氣旋為小。而一個採取偏西路徑移動的熱帶氣旋,預報位置的偏差會比一個採取偏北路徑移動的熱帶氣旋為小。

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圖:2018年9月2日超強颱風飛燕的預報路徑及偏差範圍(來源:香港天文台)

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20180908/58642539