《知識》追風計畫 - 用飛機觀測颱風,提高預報精準度


2003年9月1日,台灣開啟了第一次用飛機觀測颱風的追風計畫,透過改裝過的漢翔航空灣流Astra SPX雙引擎噴射機,飛往杜鵑颱風42000英呎上空,投擲14個投落送,用來搜集天氣數據。飛機會將這些數據傳送至氣象局,作為颱風預報的重要參考。

飛機觀測的數據也會整合最新的地面、高空、衛星、雷達等多種觀測資料,產生較準確的大氣狀況,最後計算未來天氣的變化。依據氣象局內部評估,採用飛機觀測數據後,可以改善颱風路徑預報5~7%的誤差。觀測到的數據也會送到美國的氣象系統,並傳送給世界各國的氣象單位共享。


飛機搜集颱風數據的裝置 - 投落送
投落送(Dropsonde),是一種透過飛機在空中投擲,用來觀測氣象的裝置。投落送搭載GPS接收器、無線傳輸器、降落傘、溫溼度感測器、氣壓感應器及電池等。

執行颱風觀測任務時,機上人員會在颱風周圍投下數個投落送裝置。投落送離開飛機後,會自動開啟降落傘,並緩速降落到海上。降落過程中,每秒都會搜集大氣資料,並以無線電傳送至回飛機。飛機上的電腦可以接收投落送訊號,並根據GPS及氣壓知道投落送的位置、降落速度和風速。機上的觀測員搜集資料後,會重新進行編碼,再透過衛星電話傳輸到地面,提供氣象局使用。

飛機觀測颱風,通常可以分為兩類:
1. 低空穿越飛行
飛機會飛在對流層約3~5公里的高度,直接進入颱風眼飛行。因為要穿越颱風暴風圈,飛行的機型通常是大型飛機改裝。飛機通常搭配先進的都卜勒機載雷達,可對颱風的風場及降雨進行掃描,同時搭配投落送等儀器進行觀測。

2. 高空偵察飛行
飛機會飛在對流層頂約13公里高度,針對颱風周圍環境的偵察飛行。因為是高空偵察,飛行的機型就可以是較小型的飛機,近年也常使用無人飛機進行偵查。高空偵察飛行會對對颱風暴風圈進行偵察,拋下投落送取得垂直的溫、濕度及風場結構等。


飛機觀測颱風的歷史
用飛機觀測熱帶氣旋,最早的紀錄始於1943年。當時是二次世界大戰期間,美國空軍中校Joseph P. Duckworth於1943年7月27日駕駛AT-3單引擎教練機,穿越墨西哥灣附近的颶風中心,並安全返回基地,創下歷史上首次以飛機偵查並穿越颶風的紀錄。

1954年美國遭受到非常嚴重的颶風侵襲,美國國會決定補助美國氣象局,進行國家級的颶風研究專案計畫,從1956開始進行常態性的颶風飛行作業。這是世界上最早的官方例行性飛機觀測熱帶氣旋的作業。剛開始由於儀器限制、資料紀錄、處理方法及傳輸技術尚不成熟,造成分析上的困難,但經過數十年的改良及進步,加上投落送與機載雷達系統的應用,整體研究有非常大的進步。

1960年代起,美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)與國防部開始企圖以人工方式,改造熱帶氣旋結構,進而改變其路徑,降低其對美國的影響。但由於人工改造熱帶氣旋效果有限,且也牽扯到政治層面,這個計畫最終在1983年停止。後續的觀測任務就更專注在熱帶氣旋的結構與環境的交互作用,以提高颱風路徑及強度之預報能力為主要目標。

1960年代人造衛星升空運作,是氣象觀測史上的里程碑,衛星觀測很快就涵蓋了整個地球。用飛機觀測熱帶氣旋生成、位置及強度也逐漸被衛星取代。

用飛機觀測熱帶氣旋有一定的危險性,過去美國海軍及空軍曾經發生過多次失事,失事都發生於早期1945至1974年間,主要是當時對颱風的認識不足,且舊型飛機性能較差所導致。


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參考資料: