飛越暴風──追風計劃解密颱風

同樣的「追風」場景，也在台灣上演著，只不過這次龍捲風換成了颱風、吉普車換成了飛機；從2003年9月至今，由台灣大學大氣科學系所組成的「追風計劃」研究團隊，已針對24個接近台灣的颱風，完成28航次的飛機偵察，並成功投擲457枚「投落送」大氣探空儀。透過投落送即時回傳的颱風觀測資料，不但幫助氣象局掌握颱風強度、暴風半徑，也大幅提高了颱風預報路徑的準確度。

9月17日下午4點半，中度颱風韋帕像旋風似地快速接近台灣，颱風外圍環流也漸漸籠罩東北部海面及陸地，各地風雨正逐漸加大。這並不是個適合飛行的天氣，許多民眾紛紛取消了原本預訂的出遊與飛航行程，不過此時台中的清泉崗機場卻出現了數名研究人員，以及一架僅容4人座的小型噴射機；在颱風天冒險飛行，他們不是追求刺激快感，而是為了探究韋帕颱風的結構、特徵──這群人就是國際氣象界知名的台灣「追風計劃」研究團隊成員。

惡劣天候的飛行

在風雨中，小噴射機衝破濃密雲層，往韋帕颱風外圍環流的方向飛去。才飛不到一個小時，天色幾近全暗，機長無法以肉眼辨識方向，只能藉儀表板和雷達的儀器飛行；研究成員領隊、台大大氣系教授吳俊傑則不斷透過衛星電話與氣象局預報中心主任吳德榮連線，希望避過有極強對流的雲層和雨帶。

下午5時30分，研究人員在台灣東北角外海投下第一枚具有定位功能的「投落送」大氣探空儀，並以逆時針方式，飛繞韋帕颱風的外圍環流，繼續投下其餘14枚，以量測颱風環流的風速、風向、溼度、氣壓等大氣資料，並即時回傳給中央氣象局及各國的預報單位。

「這個颱風的右側風特別強，我們在距颱風中心約200公里的東北側海平面上，還測到速度達每秒28公尺的強陣風（約10級風），」吳俊傑說：「過去我們的觀測，颱風通常都距台灣尚遠，飛機起降時台灣本島都還是好天氣；但這次因颱風來得太突然，清泉崗機場已籠罩在風雨中，起飛和下降時飛機都搖晃得非常厲害，還好一切平安。」

左圖：追風計劃成員在今年9月中旬探測韋帕颱風的路線圖，每一個小圓點即為當時拋投「投落送」的位置。（吳俊傑提供）右圖則為同一時間的衛星雲圖。

追風計劃啟動

在風雨中飛繞颱風，聽起來很危險，但對這群研究人員來說，已是家常便飯。這項觀測颱風的構想始於2001年，這年夏天，總計有8個颱風侵襲台灣，包括引進旺盛西南氣流，致使高雄豪雨成災的「潭美」；為花蓮及南投帶來豪雨及嚴重土石流的「桃芝」；還有創下新紀錄、滯台超過49小時，造成台北市大淹水的「納莉」，都在夏秋之際接續報到、重創全台，總計奪走224條人命，更有129人在狂風暴雨中失蹤，農漁牧業的損失則超過新台幣130億元。

經歷了這次慘痛教訓，為了能更進一步掌握颱風動態，行政院國科會隔年即委託曾經參與美國颶風探空觀測研究的台大大氣科學系教授吳俊傑，規劃台灣版的「追風計劃」，希望以飛機偵察的方式，在颱風接近台灣前，先一步掌握颱風動態，以降低後續損失。

台大大氣系的「追風計劃」研究團隊，從2003年9月啟動至今，已針對24個接近台灣的颱風，完成28航次的飛機偵察，對各國氣象單位有極大助益。圖左三為主持人吳俊傑；下為漢翔航空的小型噴射機ASTRA。

偵測尖兵「投落送」

相較於秋冬時從北方大陸生成的鋒面、冷氣團等天氣系統，可透過陸地上層疊密佈的地面測站觀測，颱風從醞釀、發展、增強、行進、減弱等主要生命周期，幾乎都在海面上發生，觀測資料相對稀少，預報誤差當然也較大。

追風計劃主持人吳俊傑表示，追風的精髓，即是想辦法克服目前颱風觀測資料不足的窘境。它的執行方式是每當颱風有可能影響台灣海域及陸地前，由研究人員搭乘小型噴射機，飛行至侵台颱風周圍環流的上空，投擲十數枚「投落送」，以蒐集颱風的大氣資料。「投落送」外觀看起來像羽球桶，每個造價新台幣3萬5千元，內部則配置無線電傳輸器，與氣壓、溼度、溫度感測器，及兼具計算風速、風向和定位功能的GPS接收器與天線。當投落送從機腹的拋投孔拋出，會以每秒10公尺的速度從4萬2,000英呎（約14公里）高空緩緩下降，每隔0.5秒即會傳送一次沿途經過的颱風大氣風場等紀錄給機上人員，直至最後墜海；研究人員會再進行校驗和編碼工作，並傳送給氣象局與各國預報單位。

目前全世界主要的天氣預報系統──數值天氣預報模式，是以全球的地面、高空及海洋等氣象觀測資料，以及其他猜測數值，輸入超級電腦運算、推估天氣系統的未來演變。雖然數值模式的發展已相當成熟，但因運算時所使用的猜測數據仍然不少，加上各國電腦程式本身設計的盲點，使得數值模式仍存在一定程度的預報誤差。「加入追風計劃第一手量測的颱風資料，即可驗證或修正原本數值模式對颱風結構、影響範圍和路徑的推估，」吳俊傑說明。

中央氣象局氣象預報中心主任吳德榮也說：「很多人都以為颱風是平面的圓形結構，事實上颱風是像陀螺型的大型立體氣柱，每一個颱風的強度、結構、暴風半徑及上、下、左、右4個象限的風速、雨帶分布都不盡相同。過去我們只能在陸地上施放探空氣球、或靠衛星照片的影像、定位來預報颱風結構，但『追風』是到原本資料不足的海面上蒐集資訊，當然會對預報作業有幫助，」吳德榮說。

ASTRA的飛行高度約4萬2千英呎，較一般民航機約高出1萬多英呎，以避開低雲層的惡劣天候，但仍然時常遇到颱風環流發展出來的高聳積雲及對流雲系，而使飛機出現幅度不等的晃動。

全球「唯二」追風之國

台灣並不是第一個以飛機追逐颱風的國家。早在二次大戰時，在太平洋戰區與日本作戰的美軍，即開始派遣飛行員飛進颱風量測大氣資料，以評估颱風對海軍作業的影響。1943年7月27日，在美國德州布來安飛行訓練學校訓練年輕飛官的達克華茲上校，更首次駕駛AT-6教練機飛過颶風眼，自此以後，美國以載人飛機探測颶風颱風的時代於焉展開。

颱風和颶風同屬熱帶氣旋，兩者的性質並無二致，只是名稱不同，通常在北太平洋、中國南海產生的稱為颱風；在大西洋西部、加勒比海、墨西哥灣和北太平洋東部生成者則稱颶風。由於美國東南部地區飽受颶風危害之苦，飛機偵測颶風是例行性的任務，只要一有颶風在加勒比海、大西洋區域形成，美國空軍及颶風研究中心即會派出不同功能的飛機前往偵測。

目前美方以載人飛機偵察颶風方式大致分成兩種：第一種是由空軍出動配置4個螺旋槳的大型運輸機C-130，或由美國國家大氣及海洋總署(NOAA)的颶風研究中心出動P-3反潛機，以「α」的路徑、低空飛行穿越颱風中心。由於颱風是立體氣柱，若是將颱風想像成一個圓形蛋糕，C-130及P-3反潛機的觀測，就像是拿刀子將蛋糕以「α」形從中間橫切，以探測颱風眼周圍的風速及雨帶分布等資料。

另一種方式則是利用灣流400型(G400)的小型噴射機，高空飛繞颱風周圍投擲投落送。這種作法就像是拿探測針從蛋糕頂部、沿著周邊垂直穿刺，可得到颱風環流範圍、結構的完整風場資料，以估計颱風暴風半徑及未來動向。台灣的追風計劃就是採行此種方式觀測。

除了侵襲本土的颶風外，美國也曾派飛機觀測太平洋的颱風，但基於財政考量，早在1987年即中止任務，16年後才由台灣的追風計劃接替上陣，台灣也是全球第二個成功以載人飛機觀測颱風的國家。

「投落送」的拋投孔位於機腹中央，當飛機飛至颱風環流的特定位置時，即可打開投擲。

修正預報路徑

除了觀測颱風結構，追風計劃的另一項成果，則有助於改善全球氣象預報人員最頭痛的颱風路徑預報誤差。

西北太平洋生成的颱風，移動路徑主受「導引氣流」及「颱風本身運動」等因素影響，而導引氣流則有可能來自太平洋高壓、西南季風，甚至北方氣團，其中又以太平洋高壓的主導最明顯。例如夏季太平洋高壓勢力強時，颱風的位置會被壓制在較低緯度無法北上，易走偏西路徑而影響台灣或菲律賓；若太平洋高壓東退、勢力較弱，颱風就比較容易沿著高壓脊線前進，偏向西北而轉趨日本。

氣象局氣象預報中心主任吳德榮分析，影響颱風路徑的因素相當複雜，一般來說，颱風越強越好預報。由於地球自轉的關係，北半球的颱風颶風，會呈逆時針方向旋轉。當颱風強度夠強，預報人員就很容易找到颱風偏向力及導引氣流的交互影響；反之颱風若很弱，有時連颱風眼都無法定位清楚，當然很難判斷它的運動方向。

為了探測影響颱風行徑的複雜因素，追風計劃的投落送，也會深入颱風周邊的「敏感區域」進行「策略性觀測」。像夏季時離颱風最近的太平洋高壓邊緣，通常就是所謂的「敏感區域」，此處的範圍、強弱、風向會影響颱風風場，也可能左右颱風的未來走向。

吳俊傑印象最深的追風經驗，則是2004年6月來襲的康森颱風。「當時康森在呂宋島北邊，各國氣象單位都預估颱風會從台灣西南側襲台，但我們實測後發現，颱風所在海域的西南風將增強，會促使颱風轉向偏東北而襲日，各國因而修正原本的路徑預測。」

不過投落送的資料並非每次都有這麼大的功效，「以平均值來說，大致可改善24至72小時颱風路徑準確度約2成。舉例來說，假設原本的路徑預報誤差是100公里，投落送的資料可幫助縮減至80公里，」吳俊傑說。

（左）ASTRA噴射機的機身，紀錄著追風計劃研究人員曾飛行偵察的颱風。（右）漢翔航空工程組組長吳經文，解說飛機拋投「投落送」大氣探空儀的過程。

追逐颱風的風險

追風計劃是人類掌握大自然未知變數的企圖展現，不過一般人坐飛機若遇上亂流，都會被顛簸得極不舒服，有時甚至還會反胃；駕駛飛機衝向惡劣天氣之最的颱風，感覺像是玩命，是不是太過瘋狂？

追風計劃共同主持人、曾經多次擔任飛航領隊的台大大氣系助理教授林博雄解釋，一般民航機的飛行高度約為2萬5,000至3萬英呎（約8-10公里），而研究人員追逐颱風時，飛行高度則高達4萬2,000英呎（約14公里），以避開低雲層的惡劣天候，即使如此，當飛機高空飛繞颱風時，仍常遇到較高的對流雲系，而有幅度不等的晃動。林博雄笑說：「這種晃動飛久了其實就會習慣，不過也曾有學生被顛得臉色發青、下機後吐到不行；通常我們會給他第二次機會，如果沒有改善，表示體質不適合飛行，就不會讓他再去觀測。」

追風計劃目前使用的飛機，則是向漢翔航空所租用的小型噴射機「ASTRA」，相較於美方可乘坐十餘人並架設工作站的G-400型，ASTRA顯得迷你許多；由於油料有限，每次飛繞颱風的時間也只能控制在6小時之內。

雖然林博雄強調，「追風」是精準的科學行動，觀測過程通常都很安全，但為了避免萬一，每次出任務前他還是會確認意外險生效與否，「我們的航線通常都是在台灣東邊海面繞著颱風飛行，最怕的就是萬一引擎受損，在茫茫大海中根本找不到陸地迫降，就真的很危險了，」林博雄說。

穿越颱風眼

提及追風曾遇過的驚險經驗，林博雄和漢翔航空總機師曹家祥，最難忘的就是2003年11月侵台的米勒颱風。

「米勒是秋颱，路徑詭譎多變，我們在台北出發往台中機場前才發現米勒已在呂宋島北邊海域北轉，若依原定航線將會穿越颱風中心，但出發在即已來不及更改，」林博雄說：「由於米勒只是輕颱，我們心想這也是一次難得的經驗，經過評估後還是決定硬著頭皮按原定路線飛行。」

擁有三十餘年飛行資歷的曹家祥則坦言，想到要穿越颱風眼，他其實有些掙扎，「我的飛行訓練告訴我得避開惡劣天氣以確保安全，但『追風』卻反其道而行，」曹家祥說：「當時我們直接闖進風雨最強的颱風眼牆環流，整架飛機上下劇烈顛簸，眼前則是厚厚的雲層，一片灰濛、什麼都看不見。」

當時擔任領隊的林博雄也形容當時心情：「我在心裡默數，想說若數到30情形還沒改善，就讓機長回轉，還好一下子就穩定下來，眼前突然無風無雨，才發現我們已身在颱風眼上空。」

此次飛行，帶回珍貴的颱風剖面大氣資料，但基於安全理由，此後仍維持飛繞颱風外圍環流觀測模式，不再輕易「直搗黃龍」。

台大大氣系的「追風計劃」研究團隊，從2003年9月啟動至今，已針對24個接近台灣的颱風，完成28航次的飛機偵察，對各國氣象單位有極大助益。圖左三為主持人吳俊傑；下為漢翔航空的小型噴射機ASTRA。

航線規劃的難題

除了飛行風險，「追風」的另一項難題則在於航線規劃。

吳俊傑指出，颱風的行蹤飄忽，追風的路線規劃端視颱風位置及移動路徑而定，非定時、定點航線。然而台灣的領空很小，飛機隨便往北、往南飛一點，就闖進了日本及菲律賓的航管範圍；而根據國際民航法規，要飛行至他國領空，至少要10天前就提出航線申請。「但10天前我們連是否有颱風都不知道，又如何提前申請？」

為了克服航線規劃的困難，研究團隊曾向外交部請求協助，但因台灣的國際處境極端艱難，外交部建議走民間管道溝通。吳俊傑於是與日本氣象廳颱風研究中心聯絡，再由對方陪同親向日本民航局說明。「日本官方也瞭解，『追風』取得的資料，對日本也很有幫助，終於願意協助解決民航法規問題。現在我們都是在前一個月就申請下月份的飛行，並在起飛前兩天再提出詳細的航線規劃；菲律賓方面也循同樣模式進行。」

左圖：追風計劃成員在今年9月中旬探測韋帕颱風的路線圖，每一個小圓點即為當時拋投「投落送」的位置。（吳俊傑提供）右圖則為同一時間的衛星雲圖。

追雨及追電計劃

克服重重困難的追風計劃，打從2003年9月執行至今，已針對24個接近台灣的颱風，完成28航次的飛機偵察觀測任務，總計在颱風上空飛行147小時，並成功投擲457枚「投落送」。

該計劃所建立的觀測模式，也運用在其他研究。例如成功大學物理系的研究團隊，就曾在追風成員出勤時，以裝設在ASTRA上的特殊攝影機同步監測「高空向上閃電」的放電現象；台大大氣系教授周仲島所主持的西南氣流「追雨計劃」，也在2006年的春夏之際啟動，以投落送觀測梅雨鋒面引進的西南氣流強度、水氣分布，作為後續的防災規劃參考。

今年6月，追雨計劃已先進行6次飛行觀測。同時也參與追雨計劃的台大大氣系助理教授林博雄說，相較於「追風」，「追雨」飛行的天候條件更糟，「梅雨鋒面籠罩時，台灣西半部常已是雷雨交加，飛機顛簸的情形更嚴重，甚至還曾因天氣太差，西部機場紛紛關閉，飛機盤旋半天苦無機場下降，還好最後新竹機場開放才得以降落。」

追雨計劃主持人周仲島認為，追雨未來應考慮從較不受梅雨鋒面影響的東部機場起降，避過最惡劣的天氣，以降低飛行風險，未來會再和漢翔航空協調。

（右）ASTRA的機艙內部空間狹小，除正副駕駛及觀測設備外，僅容4人乘坐。

明年將與日本合作追風

台灣追風計劃卓越的研究成果，也吸引國際注意，明年並獲邀加入世界氣象組織規劃的「國際觀測預報研究實驗歐美東亞追風計劃」（THORPEXPARC實驗），將與東亞、歐美各國的氣象單位，合作一連串的觀測實驗。日本氣象廳颱風研究中心，明年則打算引進台灣追風計劃的模式，加入載人飛機觀測颱風的行列。

「明年日本會觀測襲日的颱風，台灣則觀測侵台的颱風；若有颱風恰好移動至台灣和日本間的海域，雙方飛機都會出動，甚至有可能日方飛北側、我方飛南側，將獲得更完整的颱風觀測資料，」吳俊傑說。

雖然「追風」已有小成，不過吳俊傑認為，該計劃未來最好能由政府成立專職的氣象研究單位接手。

「像美方只要一有颶風形成，空軍和颶風研究中心的人員每日均出勤觀測，但台灣經費有限，一個颱風原則上僅觀測一次，資料相對不足；若未來能參考美國作法以例行任務飛行觀測，才是長久之計。」

前進風暴、觀測惡劣天氣之最的颱風，地理位置得天獨厚的台灣，正發揮關鍵的守門員角色，守護西北太平洋各國的安全。而追風寶貴經驗如能延續，不但可成為其他國家仿效的對象，也能大大提升台灣在國際氣象界的能見度。

「投落送」剖面圖，內有溫度、溼度和氣壓感測器等。

台灣每年至少有3至4個颱風侵台，造成的損失超過百億。如今追風計劃已有小成，可望具體掌握颱風資料，也成為各國仿效對象。