Friday, March 29, 2013

發出一號風球的位置

以下是 1986-2012 年天文台發出一號風球時各熱帶氣旋的位置:

位置和強度資料大大部分都是從每隔六小時的天文台最佳路徑插值而成, 因此可能有一點誤差. 並不包括新制下離岸仍吹強風時三號轉回一號的情況.

簡簡單單的一張圖也花了半天時間才繪製完成, 雖則無甚可以解讀, 但還是和各位分享. 風迷題:

* 為何從 1986 年起繪劃?

* 哪三個颱風在 800 公里外掛起一號風球?

* 最接近香港的藍點是哪個熱帶氣旋?

* 發出的距離和強度有多大關係? 有沒有臨界(如 600, 700)距離?

Monday, March 25, 2013

香港四百之: 預報難度

任何帶有時空隨機性的過程都有一共通點, 就是要準確預報某一細小區域很困難. 例如要預測香港的降雨必然比預測整個廣東省的困難. 同樣, 預測影響香港的熱帶氣旋也比預測整個西北太平洋的困難. 所以預測可能是一個較大的範圍(如 4-7 個), 而西北太平洋預測的幅度則會相對較小(如 28-32 個).

眾所周知, 影響香港的熱帶氣旋也受厄爾尼諾現象影響, 因此今回看看各"香港四百(HK400)"指數與 Nino 3.4 區水溫的關係. 另外亦參考"香港八百(HK800)", 看看預報可能性有否提高.

以下是水溫和香港四百的線性相關系數. X-軸為月份, 從之前一年的五月至本年的十二月. 各指數均為負值, 並於之前一年年底至本年年初最明顯, 即"香港四百"受年初 ENSO 活動影響. 上回提到 Hrs*Wnd^2(3) 原理上比 Nos 和 Hrs*Wnd 更有效地表示熱帶氣旋帶來的影響, 但其與水溫的相關最低(藍色和綠色), 因此未必是容易預報的項目.

上回圖表顯示自制指數 WMOHK 和 Hrs 接近, 相關達 0.969. 與水溫相關方面, WMOHK(紫色)稍優於 Hrs(橙色). Nos(紅色)與水溫的關係和 WMOHK/Hrs 相約, 於年中時尤其較佳. 但總體而言, 相關系數都並不高, 只略過了 -0.4, 要用作預報可能還要作更深入的分析或採用其他方法.

香港八百方面(下圖), 除 Nos 外, 其餘指數都沒有預期的進步. 與 HK400 時比較, WMOHK 比 Hrs 的優勢更明顯.

西北太平洋的研究顯示年初的 ENSO 現象對風季前期有較大影響, 因此以下只看一至七月的結果, 即水溫和 HK400(Jan-Jul), HK800(Jan-Jul)的線性相關系數. 結果顯示 WMOHK 比起其他指數有較大關系, HK400(Jan-Jul)超過了 -0.5. 而有趣的是 HK800(Jan-Jul)的相關反而沒那麼明顯.

八至十二月的熱帶氣旋活動可能受年中 ENSO 影響, 但只得 Nos(紅色)有較理想結果:

總結:

* Jan-Jul 和 Aug-Dec 結果的分別, 可能顯示 ENSO 的"遙時"(去年年底至年初)和即時(年中)效應對熱帶氣旋有不一樣的影響, 主要展現為遙時效應與自制指數 WMOHK (即熱帶氣旋有多強大)有較大相關, 而即時效應只對熱帶氣旋數目 Nos 有較大影響. 其原因有待進一步探索.

* 由於資料不足, 自制指數只考慮了再分析資料距離熱帶氣旋 300 公里外的風速. 以後如取得更多和更準確的風場數據, 有望進一步提高其代表性和可預測性.

Saturday, March 23, 2013

香港四百之: 預報量

香港天文台每年都會在世界氣象日前後發佈一年的熱帶氣旋預測, 今年預測影響香港的數目為 4-7 個. 心水清或做過相關工作的朋友可能有一些疑問.

影響香港是否就是指發出熱帶氣旋警告? 但(一號)風球的準則數年前也曾作修改, 加上近十年預報誤差大幅減少, 預報員處理風球時可能(理應)和以往不同. 預報這 4-7 時, 如要參考過往發出風球的數據, 會否出現困難?

如不以過往發出風球的數目而改以其他的客觀指標, 有沒有可能? 天文台網頁的統計資料包括進入香港五百公里範圍熱帶氣旋的數目. 五百這數字是隨意, 還是暗藏玄機?

以個數來表示對香港的影響雖則是國際社會多年來的做法, 也廣為普羅大眾所理解和接納, 但其缺點也不少. 第一是沒有考慮熱帶氣旋強度. 4-7 個本身是個頗濶的範圍, 4-7 個熱低和 4-7 個超颱的分別更是可想而知. 第二是沒有考慮氣旋影響的時間. 第三沒有考慮熱帶氣旋的風圈大小.

去年五月時曾探討相關問題(http://hkmet.blogspot.hk/2012/05/blog-post.html), 今回再較詳細地剖析. 資料還是 1979-2010 年 CMA 的最佳颱風路徑, 以下是"香港四百", 即每年進入香港四百公里熱帶氣旋的統計:

圖中 Nos 是個數, Hrs 是在 400 公里內出現的時間, Hrs*Wnd 是時間乘以風速, Hrs*Wnd^2(3) 是時間乘以風速的 2(3) 次方. WMOHK 是自制指數, 大致上是影響時間乘以距離熱帶氣旋中心三百公里的風速.

個數(Nos)和時間(Hrs)上面已作出陳述. Hrs*Wnd 則除了時間外考慮了熱帶氣旋的強度, 越強的熱帶氣旋得到更大權重. Hrs*Wnd^2(3) 則會給強熱帶氣旋更大的權重.

Hrs*Wnd^2 甚至是 Hrs*Wnd^3, 原理上都應該比 Nos, Hrs 和 Hrs*Wnd 更為合理地描述熱帶氣旋帶來的影響. 一來在物理學上, 我們有動能 K.E. ~ v^2. 二來從直觀上, 60 海浬風速帶來的破壞和 30 海浬風速帶來的破壞也不會只是一倍, 即 Hrs*Wnd 給予強度的權重還是不夠. 從上表所看, 個數和 Hrs*Wnd^2(3) 的相關系數只為 0.711 和 0.629, 很明顯單以個數 Nos 來表示熱帶氣旋帶來的影響會有很大的缺憾.

再舉一個例子:

以上是 Nos 和 Hrs*Wnd^2 的線性關係. 1981 和 1986 年同樣有 8 個熱帶氣旋進入香港 400 公里範圍, 但 Hrs*Wnd^2 1986 是 1981 的 2.58 倍. 而時數 Hrs 為 204 和 354, 即只為 1.74 倍. 因此可解讀為 1986 年熱帶氣旋逗留在 400 公里範內的時間較長(可以是移動較慢, 也可以是更為接近香港), 而且強度較大.