一、追風計畫簡介

侵台颱風之飛機偵察及投落送觀測實驗（Dropwindsonde Observation for Typhoon Surveillance near the TAiwan Region （DOTSTAR）），又名追風計畫。有鑑於歷年颱風屢屢造成台灣地區重大災害，颱風研究的重要性不容小覷，國科會於2002年8月起提供3年約9000萬經費，進行由台灣大學大氣科學系吳俊傑教授主持的「颱風重點研究」（Priority Typhoon Research）。此研究是一跨部會、臺美兩國跨國合作、並由我國研究人員主導的國際研究計畫，首要研究項目是以「全球衛星定位式投落送」（GPS Dropsonde）進行飛機觀測，可望增進學界對於颱風動力理論的瞭解，提高颱風路徑的預報準確度，並將台灣在國際颱風研究領域中帶入新的里程碑，扮演西北太平洋及東亞地區颱風研究的領導角色。

此研究乃是西北太平洋地區近16年來，首次以飛機及投落送偵察颱風環境結構的觀測實驗，成果可作為我國及各國未來擬定飛機觀測策略的重大指標，亦有助於推動策略性颱風觀測（adaptive observation）、提昇資料同化（data assimilation）研究能力，可說是颱風基礎及預報研究的火車頭先驅實驗。

此計畫將使用ASTRA飛機與機載垂直大氣探空系統（AVAPS）設備，以每架次五小時時間直接飛到颱風周圍43000英呎的高度投擲投落送，取得颱風周圍關鍵區域的大氣環境資料，作為颱風預報及颱風研究的參考。此計畫從2003年至今，已針對32個颱風完成39航次之飛機偵察及投落送觀測任務（詳見最新成果摘要），期望為颱風研究和預報領域帶來關鍵性突破。

二、計畫目標

為有效增加颱風周遭環境大氣資料之觀測，針對可能侵襲台灣的颱風，進行GPS投落送飛機環境偵察觀測之先期研究。
透過電腦模式評估所得資料如何影響模式颱風路徑，形成有效率的機動觀測策略，協助改進侵台颱風預報。
作為台灣及東亞各國進行西北太平洋地區颱風飛機觀測之先驅工作，成果乃是未來擬定飛機觀測策略之重大指標。
驗證遙測的颱風周遭大氣資料，佐助颱風動力原理之探討。
推動策略性觀測研究、提昇資料同化研究，扮演颱風基礎及預報研究火車頭之先驅實驗。
提昇我國在颱風研究領域之國際地位，扮演西北太平洋及東亞地區颱風研究的領導角色。

三、計畫特色

台灣及東亞各國進行西北太平洋地區颱風飛機觀測之先驅。
跨政府單位之合作計劃。（國科會、台灣大學、中央氣象局、中央大學、文化大學、民航局、以及漢翔公司）
跨國合作：美國國家海洋大氣總署所屬颶風研究中心（NOAA/HRD）、國家環境預報中心（NCEP）、地球物理流體動力實驗室（GFDL）、美國國家大氣研究中心（NCAR）、麻省理工學院（MIT）、美國海軍研究室（NRL）、日本氣象廳氣象研究所（JMA/MRI）。
跨國學術合作與技術交流備忘錄。（台灣大學大氣科學系、中央氣象局與美國海洋大氣總署颶風研究中心）
具前瞻性並完全由國內研究人員主導的國際研究計畫。

四、為什麼要執行追風計畫？

1982年，隸屬於美國海洋大氣總署（NOAA）的颶風研究中心（HRD）開始找尋可能的方法，試圖在熱帶氣旋資料缺乏的情況下，對環境場上的數值天氣預報初始場加以改進。在假設投落送的觀測資料同化到模式之中，能夠改善熱帶氣旋路徑預報的前提之下，颶風研究中心在1982年到1996年之間，NOAA WP-3D的飛行組員總共執行19次飛行實驗，獲得19組的觀測資料。這些資料已經被用來幫助降低各種主要模式的預報誤差，如環境預報中心（NCEP）的全球模式、地球流體動力實驗室（GFDL）的颶風模式及HRD的正壓模式（Burpee et al. 1996）。

自1982年實驗至今，NCEP的數值天氣預報模式系統已有明顯的改進，允許利用新的衛星資料及投落送結果來改進資料同化技術、模式的物理過程，得以使用系集平均來描繪出分析場和預報場的不確定性，並且能夠提升預報系統的解析度（從200公里提升到55公里）。這些都有助於對大尺度熱帶氣旋環流及環境流場的改進。

投落送實驗的成功，促使NOAA研發製造新的GPS投落送，更使用G-IV噴射機裝戴GPS投落送到40000英呎高空，以便獲得整個對流層的氣象資料。G-IV的飛行速度比P-3快，飛行範圍涵蓋熱帶氣旋的大部份地區。G-IV主要針對大西洋海域可能影響美國大陸沿海地區的颶風，也可以調度飛行到加勒比海上可能威脅美國的風暴，或是在中、東太平洋可能威脅南加州或夏威夷的颱風。

為能有效使用G-IV GPS投落送的觀測資料，HRD當時發展策略性觀測技術來找出那些地方需要增加觀測，以提升NCEP全球模式的熱帶氣旋路徑預報。其策略是利用NCEP全球預報系統的系集平均，對於初始條件的不確定性及具有成長潛力的誤差擾動加以估計，而能幫助決定GPS投落送的預期投射地點。

G-IV在2002年執行了18個目標任務，主要的執行對象為颶風Isidore和Lili。這些資料對於NCEP一至二天的全球模式預報改進約有13%，較為長期的預報則高達32%左右。此外，在過去的3年間，對於預報時間36至60小時的全球模式路徑預報約改進20%，而這段時間正是決定是否發布颱風警報的黃金時刻。

在2002的颶風季，NOAA增加一組組員負責每日的第二次飛行，每天因此能有兩次的飛行偵測任務，而根據研究結果，兩次飛行任務對於路徑的改進幅度遠大於只有一次飛行任務，在2002年9月19的颶風Isidore的路徑預報達到45%至80%的改進幅度，相似的結果也出現於颶風Lili。

熱帶氣旋登陸時，路徑與強度預報的準確度將影響生命及財產的損失範圍。最近的研究指出，在美國海域的颶風警報中，每英哩的海岸線估計約要一百萬美元的撤退成本支出，尚未包括準備成本及商業活動的損失，但是一次G-IV的飛行任務卻約只要四萬美元左右。由此可知GPS投落送颶風觀測的實驗具有潛在價值。

台灣基於上述GPS投落送資料的潛在價值及在美國實行成功的經驗，為有效增進颱風周遭環境大氣資料的觀測，我們認為極需針對可能侵襲台灣的颱風進行GPS飛機觀測實驗之先期研究（pilot study），以取得並測試新資料。此研究將整合國內學術界及氣象局眾多人力，並與美國NCEP、HRD、FNMOS及日本MRI進行研究合作，是一個富有前瞻性而完全由國內研究人員主導的國際研究計畫。此研究為台灣及東亞各國進行西北太平洋地區颱風飛機觀測的先驅工作，成果將是未來擬定飛機觀測策略的重大指標。且此研究有助於推動策略性觀測（adaptive observation）研究及提昇資料同化研究，堪稱扮演颱風基礎與預報研究火車頭的先驅實驗。

另外，整個研究計畫分兩個方向進行：一為飛機觀測事宜，由國立台灣大學大氣科學系吳俊傑教授及林博雄教授負責，其中包含飛機租用、通訊設備、投落送發射及資料接收、機上資料偵錯與分析、策略性觀測及航路設計等工作；另一則為研究本體，由吳俊傑教授與中央氣象局預報中心葉天降主任/博士共同負責，包括投落送資料之接收、分析、模擬同化及對颱風預報影響評估等。整個研究包含許多科學與技術層次的細節，目前進展順利且研究成果亦於國際期刊中發表.

投落送（Dropsonde；大氣偵測探空儀）是一種自飛機或相似的高空飛行器投落至地面而用來遙測的氣象探測裝置。其所偵測的資訊一般以無線電傳送至任務飛機的電腦裡。裝置上可以裝載降落傘減速或衛星定位系統定位。投落送基本的偵測資訊包括了風速、氣溫、濕度和氣壓。

通常投落送是用來獲取颱風或颶風的資料。這些資料會送交執行氣象預測程式的超級電腦中計算以便追蹤及預測颱風或颶風的走向。美國國家海洋大氣總署（NOAA）首先負責探測在西大西洋、墨西哥灣和加勒比海區域形成的颶風。中華民國國家科學委員會的追風計畫自西元2003年起亦開始探測在西太平洋形成並侵襲臺灣的颱風。為了測得資料，任務飛機須飛至颱風或颶風雲層上方。當飛機到達距離颱風眼或颶風中心3公里遠則釋放出投放送。投放送所送回的編碼資料包括了：

投落日期時間，時間採UTC標準計時。
投落地點，以緯度、經度和［馬斯登經緯交叉區塊］（Marsden Square）記錄.
標準等壓面（Standard isobaric surfaces）：投放送下降過程中氣壓在1,000毫巴、925亳巴、850亳巴、700亳巴、500亳巴、400亳巴、300亳巴、250亳巴時的位置、高度、氣溫、露點下降（dewpoint depression）、風速、風向。
特殊等壓面（Significant isobaric surfaces）：除標準等壓面外，其他特別有意義等壓面的偵測資料。
對流層頂（tropopause）的氣壓、氣溫、露點下降、風速和風向。
報告中亦包含飛行器名稱、任務名稱、投落送代號及其他註記資訊。