「啊你念天氣的，那等等會下雨嗎？」
「......」（你想被揍嗎？）

壹、捉摸不定的暴雨

對天氣預報而言，突來的暴雨、和大量的暴雨，是心中最煩惱的一塊。

我們能推估明天高雄市的降雨機率、能算出下半季的聖嬰趨勢，但對於極短時間內的天氣變化，如：「三小時後，臺北市信義區會下午後雷陣雨嗎？」這種短瞬即生的變化，以及「明天下午兩點到五點，臺南永康的累積雨量會超過200毫米嗎？」這種精確的定量降雨預報，在科學上仍有難以預測的技術門檻。

所以，人類需要擲杯求助神明投資新科技！於是2022年、臺美日的聯合大型氣象觀測計畫-TAHOPE閃亮登場惹！

天然的「劇烈天氣實驗室」－臺灣

臺灣，位於世界最大的海洋與大陸之間、熱帶與副熱帶之間、並有高山平原錯落的地形，造就了臺灣天氣的複雜與多樣性。每到夏天，梅雨、颱風、午後暴雨等，就是我們的日常。這些天氣系統雖然帶來了豐沛的雨水、卻也同時伴隨著致災的風險：如淹水、山洪暴發、坍方、土石流等，對人們的生命財產安全產生了巨大威脅。

因此，中央氣象署用了數個世代，在全臺各地逐步建置了大量的氣象觀測基礎建設：全球幾乎最密集的地面雨量觀測網、涵蓋全臺的4座大範圍雷達網加上強調都會人口密集區的降雨雷達觀測、傳統高空觀測探空站、大氣垂直溫濕度剖風儀、水象粒子觀測雨滴譜儀、密集閃電觀測網...等，以其能在可能致災的事件發生前，掌握大氣的蛛絲馬跡，提前預警。

然而，現階段人類的科學能力，對這些事件的理解和預測仍然有限，因此各國科學家亟需一個有利的環境，密集地了解「豪大雨」的各種面貌。

科學的第一步是「觀察」，而臺灣，就具備四個關鍵特色，使其成為科學家眼中理想的「劇烈天氣實驗室」：
● 富含水氣的環境
● 複雜地形、海洋環境
● 密集的專業大氣觀測網絡
● 高頻率的各種類型強降雨

豐富的天然環境條件，加上完整的基礎觀測網，提供了優良的科學研究環境，吸引各國大氣科學家帶著最先進的設備訪臺、一起「觀天測雨」，透過大量觀測取得資料，抽絲剝繭，解讀大雨的秘密。

於是2022年夏天，集結臺美日三國之力，進行了「臺灣區域豪雨觀測與預報實驗（Taiwan-Area Heavy rain Observation and Prediction Experiment, TAHOPE, ）」，以最先進的設備、最密集的觀測頻率，觀測、收集臺灣的梅雨、颱風，及各種劇烈天氣的數據，盼能讓我們對劇烈降雨有更多的了解[註1]。

註1：此跨國大型計畫，在各國的名稱略有不同。美國：Prediction of Rainfall Extremes Campaign in the Pacific，簡稱PRECIP。日本：Tropical cyclones-Pacific Asian Research Campaign for Improvement of Intensity estimations/forecasts，簡稱T-PARCII。

貳、看得更多、看得更細，才能預判未來
想對「豪大雨」有良好的預測，必須先有充足的觀測資料，以及具備模擬豪大雨能力的電腦程式，也就是「數值預報模式」。

在TAHOPE計畫實驗期間，為了對帶來豪大雨的強對流系統有更精細的了解，在觀測的空間上及時間上都進行加強，不僅提高了劇烈天氣發生前及發生當下的觀測頻率和密度，並且更使用了國際上最先進設備，如：S-Pol 雷達、CSU SEA-Pol 雷達、微脈衝差異衰減雷射雷達（MicroPulse Differential Absorption Lidar）等，佈署在不同的觀測地點，取得比平時更多的資訊。那麼，它們扮演了什麼角色呢？

一、氣象雷達

「XX颱風中心位於花蓮市東方外海約100公里處，過去兩個小時正逐漸加速北轉、由東轉北北東前進...」咦，花蓮外海又沒住人，氣象署怎知道颱風中心正在轉彎？

因為有雷達啊～

氣象雷達是什麼？
氣象雷達會向天空發射我們人眼看不見的電磁波，當這些電磁波碰到雲層中的水滴、冰粒時，有些電磁波會反射回來，被雷達接收，而根據電磁波反射回來時間、方向及訊號強弱，我們就可以分析出遠方天空中雨水的位置及移動，就能「監測」到遠方的對流雲、甚至颱風、梅雨等天氣系統，進而推估它們未來的影響，是現今天氣觀測及預測上非常中要的工具！

為了「眼觀四面」，臺灣自1966年在花蓮設置第一座氣象雷達之後，氣象署陸續於北、中、南、東建置，並於2002年完成了觀測範圍涵蓋全臺的「氣象雷達網」，監測、掌握來自各個方向的天氣系統的威脅。隨著技術的演進，在2014率先將位於新北市五分山的雷達，升級為功能更強大的「雙偏極化都卜勒雷達」，幫助氣象人員更正確地推估可能的降雨量與降水型態。在地狹人稠的臺灣，為了守護人口密集的都會區，氣象署自2016年起也佈建了新一代的「防災降雨雷達」，能夠對北中南三大都會區更有效地監測短時間形成的強降水，提前發出預警，也與原有的雷達相輔相成，使臺灣的雷達觀測網更為完備。

而除了臺灣原有的氣象雷達網之外，在TAHOPE計畫裡，美國更送來了S-POL雷達、實驗期間架設在新竹港南。該雷達和我們的五分山雷達一樣，都屬於雙偏極化都卜勒氣象雷達，不過它是一款專為大型觀測實驗設計、易於移動安裝的氣象雷達，比起常態作業雷達具有更多的彈性和功能，可以依據科學議題安排特殊的掃描策略，提供更多科學家想要了解的資料。而位在臺灣東方不遠的日本琉球與那國島（距離蘇澳約100公里），也架著美國的CSU SEA-POL和日本名古屋大學Ka波段等雷達。美日夥伴提供的強力資源，搭配臺灣的「追風計畫」(DOTSTAR，侵台颱風飛機投落送觀測)，恰好補足臺灣東方海面缺乏雷達觀測的限制，在颱風來臨前能更早獲得颱風結構、強度資訊。

而除了固定式雷達外，中央大學大氣科學系的移動式氣象雷達（TEAM-R）也加入觀測，並駐紮在同為臺灣西北沿海的桃園永安漁港。因為其使用的X波段電磁波恰好和新竹的S-POL雷達不同，因此當天氣系統從臺灣西北方靠近之際，科學家就能同時使用兩種波段觀測同一個天氣系統，進而取得更細緻的觀測資料。

架設於新竹港南運河邊的美國S-pol氣象雷達

二、探空氣球

天空很大，我們通常用「遙測」的方式，包括衛星或一些透過偵測電磁波訊號的儀器，來「間接推估」大氣中溫、濕度等資訊。但是遠遠觀測所得到的資訊並不一定相當精確，因此，不如讓儀器飛到空中看看吧！「探空氣球」，就是用填充氫、氦的氣球搭載可量測溫度、濕度、氣壓、高度等資訊的儀器，如同天燈般直接鑽入空中，一路透過第一手的接觸，蒐集大氣裡的「真實數據」。換言之，相對於雷達、衛星的「遠遠看」，探空氣球是少數能「直接量測」到大氣變化的珍貴工具。

以氣象署的常規觀測而言，每天會於臺北和花蓮，每12小時施放一顆探空氣球。而TAHOPE計畫裡，則會透過提高施放氣球的頻率及地點、取得「高時空解析度」的資料。除了增加新竹、宜蘭、彭佳嶼等施放氣球的地點外，在有待觀測的天氣系統靠近前，施放頻率就會由原本12小時放一顆，提高到每3小時就升空一顆探空氣球。透過高頻率的釋放，取得大氣環境高密度的時間變化資料。

並且，由於人工施放氣球需有諸多考量，比如施放地點環境或派駐人力之因素，常造成觀測上的限制。此次的TAHOPE實驗期間，氣象署也啟用了由臺灣自行研發、熱騰騰、新上路的「自動探空觀測系統」、能在目標天氣靠近時自動充氣、施放氣球，不僅避免了危險天氣下人員操作的風險，更有機會進一步達成遠距觀測、即時觀測的目的，使探空觀測的作業與場所更加彈性。

臺灣自製的「自動探空觀測系統」施放探空氣球過程

三、電腦數值預報

然而，氣象人員辛苦取得這麼多觀測資料，究竟有甚麼用途呢？這就要從「天氣預報是怎麼來的？」開始說起。

現代的天氣預報，是先收集大量的觀測數據，輸入到模擬自然界大氣變化的電腦程式中，讓電腦程式進行運算，進而推測出未來大氣可能的變化，達到預測天氣的目的，這個過程，就稱作「數值天氣預報」，而這些龐大的模擬程式，就叫「數值天氣預報模式」。每一天，氣象署的預報員，都會根據電腦預報的資料，搭配觀測資料及經驗的修正，討論出可能性最高的結果後進行發布，成為大家每日看到的天氣預報資訊。

然而，人們對大氣變化過程的了解程度至今仍然有限，因此這些電腦模式運算的過程，無法100%符合大自然真實的變化，導致天氣預報一定會有誤差。時至今日，全世界的大氣科學家，仍在奮力不懈地研究大自然的變化過程，就是希望有朝一日，可以讓電腦模擬出的預報越來越準確。

在TAHOPE實驗期間，氣象人員運用氣象署目前最先進的高解析度預報模式，評估未來可能發生豪大雨的日期和降雨型態；而觀測人員就會依據這些資訊，在可能受天氣系統影響的特定期間進行加強的密集觀測。當事件結束後，科學家就可以回過頭來，細細地檢視，實際的觀測和模式的預報到底有沒有一致？一致的部分，代表模式有能力掌握，但如果不一致，就表示現在的模式裡有些地方不太正確，需要詳細分析觀測到的資料，找出可能的機制，進行調整。當我們知道模式為什麼對、為什麼錯之後，就有機會改善目前模式的不足之處。

也就是說，這麼努力地觀測，是為了讓我們更細緻地了解強降雨從無到有發生的環境和過程，然後氣象學家就可以把這些透過TAHOPE實驗研究所得、更接近真實大氣的變化過程寫進電腦模式裡，提升未來電腦模式預報豪大雨的能力！

「歡迎來臺灣做實驗！」－那些年以來的跨國觀測計畫

如前所述，臺灣是各國大氣科學家眼中的寶島，將近四十年前的大型國際合作，不僅開啟了國際合作的開端，後續的一次次大型觀測計畫，更厚實了臺灣氣象科學的經驗和設備，吸引了一代代的氣象人才，持續守護臺灣。

1987年，TAMEX

1981年的5月28日，臺灣西部的桃竹苗發生暴雨、引起嚴重洪災，使社會對天氣預警有了更大的需求和重視。國科會（現科技部前身）遂於1983年主導了十年期的大型國際研究計畫－「臺灣地區中尺度實驗（Taiwan Area Mesoscale Experiment, TAMEX, 1983-1993）」，並在計畫的第四年（1987年）5、6月在臺灣進行了密集的實地觀測。

1987年，全臺灣第一部「都卜勒氣象雷達（C-Band）」，剛在桃園國際機場落成，隨即和美方另外2台都卜勒氣象雷達一起合作，針對影響臺灣北部地區的梅雨等天氣系統，進行高密度的觀測。而這也是臺灣首次有都卜勒雷達參與氣象觀測，我們開始對天氣系統裡「移動」的參數，有了較高程度的掌握。

TAMEX帶來的資料極為豐富，其經驗逐漸演化成天氣預報技術、產品，更讓臺灣開始對於梅雨、瞬間大雨等天氣型態，有了初步的掌握能力。而政府也觀察到先進雷達對於氣象的價值，遂2001年起、逐步在臺灣北、中、南、東四地各架設了S-Band的都卜勒氣象雷達，慢慢地架構出可涵蓋全臺的雷達網。

2008年，SoWMEX

每年夏季，西南氣流盛行之際，高屏地區就會面臨到瞬間暴雨的威脅。

2008年，臺美再次合作、針對南臺灣啟動「西南氣流觀測與豪雨預報實驗」（South-West Monsoon Experiment；SoWMEX）。美方攜來美國S-POL雷達、架設於高雄、屏東一帶（高雄林園、雙園大橋附近）（它在2022年也有再來臺灣喔(ﾟ∀ ﾟ)~）。而中央大學的移動式雷達車（TEAM-R）也剛好完成、加入追風逐雨的行列。這些儀器都是更先進的「雙偏極化都卜勒雷達」，也因此，臺灣氣象雷達史開始有了「雙偏極化」的數據，也就是開始能對於「雲雨結構」有更高的掌握度。

2022年，TAHOPE

SoWMEX過後十多年，全球暖化加劇，極端天氣如旱災、水患交替越來越頻繁，強降雨、大規模豪雨的威脅明顯提升，同時高度密集的人口都會，也使得在城市小區域裡、短時間內大雨的影響及破壞性不容忽視。全球對「瞬間大雨」的科研需求、比以往更加迫切。

因此，氣象界意識到，必須集結各個世代的大氣科學家，運用現代最先進的科技，以更密集的觀測，取得豪大雨在「時間軸上的變化」、用更廣的覆蓋區域，獲得「水平地區上的變化」、結合各種量測技術，測得「垂直高度上的變化」，才能一點點地揭開、那些對人們威脅日漸加劇、帶來劇烈降雨的天氣系統的神秘面紗。

於是，上世紀80年代開始、近40年的跨國緣分再度牽起。新一代的大氣科學家承接著上代前輩留下來的知識、經驗，並加入現今最先進的技術、儀器，在2022年5月展開以北臺灣劇烈降雨研究為目標的「臺灣區域豪雨觀測與預報實驗」（TAHOPE），透過各式最新的儀器和熱血的研究人員，寫下這代的觀測日誌，讓我們在四維的尺度上，抓住驟雨的軌跡。

就如同當年的在TEMAX, SoWMEX的氣象人一樣，用著他們的技術，堆疊建構出現在的臺灣氣象科技；我們也將透過2022年的TAHOPE，在臺灣氣象史寫下濃重的一筆邁步，將臺灣的氣象科技繼續往前推進。更冀盼再過40年，又有一批年少熱血的大氣科學家，如同今年的我們一樣，追風逐雨、記錄下一篇篇屬於他們的氣象故事。

美國S-pol雷達於新竹組裝過程

美國S-pol雷達基座組裝中

美國S-pol雷達於新竹組裝碟形天線之現場

工作中的S-pol雷達