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防災氣象大數據落實災害預警技術研究

一、計畫目的

過去多年來,災防科技中心氣象組在推動研發的工作中已持續累積相當多元的資料,包含監測、預警與衝擊的相關資料。近年,北、中、南都會區防災降雨雷達的興建、福衛七號衛星遙測升空觀測、多模式技術研發以及民生公共物聯網相關監測網的建置,更強化了許多過去所沒有的資料。透過有效利用這些資料進行預警技術再研發,勢必可以繼續提升防災的能力。此外,防災預警技術的研究需要「以人為本」,針對使用者的需求進行開發。今年度氣象預警技術的研發可以分為下列課題:災害性天氣預報技術、短延時強降雨預警能力、極端氣候預警技術、智慧化數據探索與預警服務的強化等。本計畫預計透過利用雷達、衛星、多模式技術開發及民生公共物聯網建制所收集的資料,強化並提升預警能力的質與量,以滿足短延時暴雨、颱洪應變、極端氣候防災(旱災、寒害、高溫)等需求。

本計畫預計將針對「短延時高衝擊降雨即時判識與預警技術」、「利用多模式研發高致災天氣預警資訊與整合技術」、「氣象預警大數據資訊收集與最佳智能化研究」,以及「智能化防災預警資訊多媒體展示與客製化服務」等四項目來進行技術研發。

 

二、執行內容

本計畫執行時分為四部分:

第一部分為「短延時高衝擊降雨即時判識與預警技術研發」,主要重點在強化監測短延時高衝擊的中小尺度暴雨天氣系統的發展與並開發預報技術。本計畫預計利用台灣地區氣象雷達與衛星遙測觀測資料,進行高解析預警技術研發;並且透過了解暴雨天氣系統發展與成熟期的特徵,來進行高頻率的監測與分析;再配合雷達與衛星資料同化技術以及定量降雨技術的研究與整合,獲得可提供防災操作與應變預警的重要訊息。

本部分重要的工作項目包括(1)利用對流胞追蹤技術,研發強降雨預警系統、(2)透過監測、外延法與數值預報研究,開發極短期高衝擊降雨預警技術。


圖1、短延時高衝擊降雨即時判識與預警技術研發的工作架構與項目

第二部分為「利用多模式研發高致災天氣預警資訊與整合技術」。數值預報技術研發與天氣尺度相關,針對不同的天氣系統必須研發不同方法的模式。由強烈的中尺度天氣系統所引發的短延時強降雨,需要高頻率的觀測資料提供給模式進行同化與更新,才能掌握天氣系統的發生。颱風與豪雨的預報,由於強降雨或颱風等天氣系統與環境間的交互作用明顯,則可透過系集預報的多情境分析,了解災害可能的風險。而造成極端氣候的天氣系統,通常尺度較大且影響的範圍也較廣,需要無邊界限制的全球模式方能模擬。這一系列不同的模式,其功能各有極限。在極端氣候的衝擊下,導致極端天氣的原因相當複雜,預報的不確定因素也高,需要透過不同尺度與物理設定的多種模式,進行跨尺度的天氣模擬與預警。本計畫預計透過利用新的全球數值預報模式與區域降尺度的技術,進行時、空間的資訊交換與結合,以改良既有的系集雨量預報系統,並開發整合不同天氣預報系統(包括短延時、系集、雙週及45天(次季節))得到最佳化預報的技術。另外,也要探討如何運用不同的模式預報結果進行數據整合,以減少預報的不確定因素。

本部分重要的工作項目包括(1)多模式高災害性天氣預警資料產製技術研發、(2)氣象無接縫預警資料整合與應用、(3)完成第二代系集雨量災害預警新系統並提供防災服務等。

圖2、利用多模式研發高致災天氣預警資訊與整合技術的工作架構與項目
 

第三部分為「氣象預警大數據資訊收集與最佳智能化研究」。當氣象數據過於龐大且多樣時,如何善加利用氣象數據,是提升氣象預報或災害預警成效的新課題。大數據分析與人工智慧是現今面對網路資訊爆炸的解決方法,同樣也可運用於處理氣象預警資訊。本計畫預計針對下階段氣象預報與智能化預警技術進行先期研究。在機器學習的技術開發中,須先對事件有系統地建立標籤,作為後續可使用AI人工智慧運用的資料庫。人工智慧的方法非常的多元,此方面的技術於過去幾年發展時已針對不同需求開發了不同的方法;先透過與資訊工程領域的交流與合作,了解智能演算法並加以引進,再根據演算法的特性,開發測試未來氣象預警關鍵技術模組,逐步建構完整預警系統的整體架構。

本部分重要的工作項目包括(1)增加防災氣象大數據資料種類與數量、(2)利用人工智能技術開發最佳化關鍵技術
 

第四部分為「智能化防災預警資訊多媒體展示與客製化服務」。資訊服務包含了三個元素:資料、加值與展示。現今防災訊息的傳遞,已經從原本的文字進展至圖形展示。近年來,由於網路技術與大數據科學的快速發展,多媒體展示更成為一般民眾接受度較高的方式。本計畫對於多媒體展示技術的精進,預計透過引進WEB展示與圖形處理新技術,加速天氣與氣候監測展示能力。此外,將資料轉化為防災資訊,也是預警資訊產品化研發的重要方向。本計畫將針對暴雨預警、數值模式與智慧化發展成果,開發新高衝擊氣象預警產品,並進行自動化作業,以滿足氣象應變防災需求。

本部分重要的工作項目包括(1)因應客製化服務開發多媒體展示介面、(2)高衝擊氣象防災應變預警工具開發。
 

三、重點成果

年度預計產出如下:

  1. 開發短延時高衝擊降雨預報技術
  2. 開發無接縫多模式雨量最佳化預警技術
  3. 建置智慧化氣象防災資料庫
  4. 運用新多媒體技術開發預警產品
     

四、歷年相關成果

  • 2021年度重點成果請參閱技術報告「偏極化雷達產品於定量降雨估計與預報之應用」(NCDR 110-T04)
  • 2021年度重點成果請參閱技術報告「氣候災害預警產品與動態視覺化展示技術開發」(NCDR 110-A17)
  • 2020年度重點成果請參閱技術報告「雷達觀測資料即時處理技術及產品應用之開發」(NCDR109-A12)
  • 2020年度重點成果請參閱技術報告「AI技術於區域降雨與雷達回波判識先期研究」(NCDR109-T15)
  • 2020年度重點成果請參閱技術報告「模式調整外延(ExAMP)即時預報方法之開發與應用」(NCDR109-T04)
  • 2020年度重點成果請參閱技術報告「MPAS全球模式冬季月預報技術先期研究」(NCDR109-T01)