本論文利用2006~2015年之NCEP GEFS模式(Global Ensemble Forecast System)之歷史再預報資料(reforecast)，配合熱帶氣旋偵測程式(tropical cyclone tracker)，與相同年份之颱風最佳路徑資料(best tracks)進行模式預報校驗。藉由颱風個數、二元式及機率式等不同的校驗方法，評估西北太平洋地區之熱帶氣旋預報技術，並分析模式預報技術與大尺度環境之關聯性，例如：聖嬰現象(El Niño-Southern Oscillation)及MJO(Madden-Julian Oscillation)。
    二元式校驗結果顯示，在使用完整偵測條件的情形下，Very Strong El Nino(強度聖嬰年)有較好的預報技術，預兆得分(Threat Score)於第一週(6~168 小時)及第二週(174~336小時)分別為0.5及0.3。MJO的影響評估顯示，模式預報之初始時間落於MJO相位6具有較佳之熱帶氣旋活動的預測技術，第一週之預兆得分可接近0.5，第二週為0.32。機率式校驗結果顯示，ROC曲線(Receiver Operating Characteristic Curve)之AUC(Area Under Curve)於第一週及第二週約為0.78及0.69，顯示模式之颱風機率預報具有可接受的判別能力。颱風個數校驗結果顯示，NCEP GEFS預報可產生與觀測資料大致相符的颱風數量。
    本論文亦分析NCEP GEFS於台灣地區之熱帶氣旋預報技術。二元式校驗結果顯示，強度聖嬰現象於第一週的有較好的預報技術，預兆得分可達0.61。當模式初始時間落於MJO相位6時，模式具有較佳之熱帶氣旋預報技術，第一週及第二週之預兆得分為0.6及0.26。機率式校驗之ROC曲線分析顯示，第一週預報之AUC約0.89，第二週預報約為0.75，顯示模式之颱風機率預報具有良好的判別能力。台灣區域之颱風個數預報校驗結果顯示，模式於第一週具有較佳之預報技術。因此NCEP GEFS適合提供台灣區域「是否可能有颱風侵台」或「颱風侵台機率」之預報參考資訊。

This study uses the NCEP Global Ensemble Forecast System (GEFS) reforecasts from 2006 to 2015 to evaluate the predictability of extended-range tropical cyclone (TC) forecasts in the western North Pacific. A TC trcker is used to detect TCs in the reforecasts, and the best tracks are used for forecast verifications. Various verification methods are used to analyze the TC activity forecast skills in week-1 and week-2. This study also investigates the relationships between forecast skill and the large scale environments, such as the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and Madden-Julian Oscillation (MJO).
  The verification results show that the GEFS has better foreast skills during the  Very Strong El Nino years. The threat score (TS) in weeks 1 and 2 are 0.5 and 0.3, respectively. The NCEP GEFS have better skills if the reforecasts initialized in phase 6, and the TS in weeks 1 and 2 are 0.5 and 0.32, respectively. The probabilitic verifications show that the GEFS reforecasts have acceptable capability in providing TC activity forecasts. The Area Under Curve (AUC) of the Receiver Operating Characteristic Curve is 0.78 in week-1 and 0.69 in week-2. The verification of TC number forecast shows that the TC numbers in the GEFS reforecasts are roughly consistent with the observations.
  TC forecasts in Taiwan area are also investigated in this study. It is shown that the GEFS has better forecast skill during Very Strong El Nino years in which the TS can reach 0.61 in week-1. Also, the TSs in weeks 1 and 2 are 0.6 and 0.26 if the reforecasts initialized in phase 6. The probabilistic forecast verifications show that the AUC is 0.89 in week-1 and 0.75 in week-2 for the forecasts in the Taiwan area. The verification of TCs number forecast in Taiwan area indicates that the GEFS has better skill in week-1. Thus the GEFS reforecast is capable of providing forecast information on whether TCs will affect Taiwan or not, and also the strike probability in Taiwan area.

目錄
謝誌	i
中文摘要	ii
英文摘要	iii
目錄	v
表目錄	vii
圖目錄	viii
第一章、緒論	1
1.1、研究動機	1
1.2、文獻回顧	1
1.2.1、颱風生成之模擬	1
1.2.2、熱帶氣旋偵測程式	2
1.2.3、大尺度環境與颱風展期預報關聯性	4
1.3、研究目標及方法	4
1.4、論文架構	5
第二章、研究資料	6
2.1、NCEP GEFS 系集模式之歷史預報	6
2.2、颱風最佳路徑資料(Best Tracks)	6
2.3、大尺度環境變因之影響	6
2.3.1、聖嬰現象(ENSO)	6
2.3.2、Madden-Julian Oscillation(MJO)	8
第三章、研究方法	10
3.1、熱帶氣旋自動偵測	10
3.2、預報路徑處理	11
3.2.1、路徑過濾	11
3.2.2、路徑侵襲機率計算	12
3.3、預報校驗方法	13
3.3.1、二元式校驗	13
3.3.2、機率式校驗	15
3.3.3、颱風數量預報校驗	17
第四章、NCEP GEFS颱風展期預報技術評估	19
4.1、西北太平洋之颱風展期預報技術	19
4.1.1、二元式校驗	19
4.1.2、機率式校驗	20
4.1.3、颱風個數預報	23
4.2、台灣地區之颱風展期預報技術	24
4.2.1、二元式校驗	24
4.2.2、機率式校驗	25
4.2.3、颱風個數預報	28
第五章、結論與建議	29
5.1、結論	29
5.2、建議	32
參考文獻	33

 
表目錄
表2.1、NCEP GEFS歷史預報之輸出變數列表	36
表2.2、依據ONI(Oceanic Niño Index)分類ENSO強度	37
表3.1、列聯表分析之各項統計值定義	37
表3.2、2006-2015年的所有年份分析中所有聖嬰及反聖嬰的分類:	37
表4.1、NCEP GEFS歷史預報於西北太平洋地區之ROC曲線各項評估指標 	38
表4.2、NCEP GEFS歷史預報於西北太平洋地區之ROC曲線各項評估指標 	38
表4.3、NCEP GEFS歷史預報於西北太平洋地區之ROC曲線各項評估指標 	39
表4.4、NCEP GEFS歷史預報於西北太平洋地區之ROC曲線各項評估指標 	39
表4.5、NCEP GEFS歷史預報於台灣地區之ROC曲線各項評估指標	40
表4.6、NCEP GEFS歷史預報於台灣地區之ROC曲線各項評估指標	40
表4.7、NCEP GEFS歷史預報於台灣地區之ROC曲線各項評估指標	41
表4.8、NCEP GEFS歷史預報於台灣地區之ROC曲線各項評估指標	41




 
圖目錄
圖1.1、熱帶氣旋偵測方法在改進前後之路徑差異比較	42
圖1.2、Carmargo and Zebiak (2002)所定義之分區範圍示意圖	43
圖1.3、TC Tracker 參數於各洋區之建議值	43
圖1.4、各洋區採用相同參數及採用不同門檻值之熱帶氣旋偵測結果與觀測值比較	44
圖2.1、聖嬰現象指標之分析區域示意圖	45
圖2.2、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料之列聯表各項統計值(西北太平洋地區)之範例。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	46
圖2.3、颱風平均生成位置	47
圖2.4、MJO相位之區域劃分圖	47
圖2.5、MJO相位示意圖	48
圖3.1、本研究之預報校驗分析範圍示意圖	48
圖3.2、二元式校驗之路徑比對方法示意圖	49
圖3.3、NCEP GEFS路徑預報比對範例	50
圖4.1、NCEP GEFS Reforecast各系集成員於列聯表之統計圖	51
圖4.2、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	52
圖4.3、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	53
圖4.4、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	54
圖4.5、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	55
圖4.6、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO強度分類之颱風樣本數量	56
圖4.7、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	57
圖4.8、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	58
圖4.9、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	59
圖4.10、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	60
圖4.11、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO各相位之颱風樣本數量	61
圖4.12、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區逐年份之Reliability Diagram	62
圖4.13、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之Reliability Diagram樣本數量	63
圖4.14、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之信心區間	64
圖4.15、圖4.19之分年機率預報樣本個數	65
圖4.16、圖4.19之分年對應觀測發生樣本個數	66
圖4.17、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO強度分類之Reliability Diagram	67
圖4.18、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO強度分類之Reliability Diagram樣本數量	68
圖4.19、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO之信心區間	69
圖4.20、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO各相位之Reliability Diagram	70
圖4.21、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO各相位之Reliability Diagram樣本數量	71
圖4.22、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO相位之信心區間	72
圖4.23、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區逐年份之ROC曲線	73
圖4.24、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之ROC曲線樣本數量	74
圖4.25、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO強度分類之ROC曲線	75
圖4.26、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區ENSO強度分類之ROC曲線樣本數量	76
圖4.27、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO各相位之ROC曲線	77
圖4.28、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區MJO各相位之ROC曲線樣本數量	78
圖4.29、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之所有資料年份於二元式校驗之各項評估指標	79
圖4.30、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之所有資料年份於機率式校驗之各項評估指標	80
圖4.31、機率式預報於6種ENSO強度之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	81
圖4.32、機率式預報於6種ENSO強度之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	82
圖4.33、機率式預報於6種ENSO強度之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	83
圖4.34、機率式預報於6種ENSO強度之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	84
圖4.35、機率式預報於MJO各相位之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	85
圖4.36、機率式預報於MJO各相位之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	86
圖4.37、機率式預報於MJO各相位之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	87
圖4.38、機率式預報於MJO各相位之各項評估指標(西北太平洋地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	88
圖4.39、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之颱風數量校驗分析圖。偵測條件:All Criteria	89
圖4.40、NCEP GEFS Reforecast於西北太平洋地區之颱風數量校驗分析圖。偵測條件:Basic Criteria	90
圖4.41、西北太平洋地區颱風數量觀測樣本	91
圖4.42、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	92
圖4.43、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	93
圖4.44、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	94
圖4.45、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於6種ENSO強度之各項技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	95
圖4.46、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區ENSO強度分類之颱風樣本數量	96
圖4.47、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:All Criteria	97
圖4.48、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:All Criteria	98
圖4.49、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:6~168 h(第一週)，偵測條件:Basic Criteria	99
圖4.50、NCEP GEFS Reforecast颱風預報路徑資料於MJO各相位之技術評估指標(台灣地區)。預報時間範圍:174~336 h(第二週)，偵測條件:Basic Criteria	100
圖4.51、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO各相位之颱風樣本數量	101
圖4.52、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之Reliability Diagram	102
圖4.53、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之Reliability Diagram樣本數量	103
圖4.54、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區逐年份之信心區間	104
圖4.55、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區ENSO強度分類之Reliability Diagram	105
圖4.56、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區ENSO強度分類之Reliability Diagram樣本數量	106
圖4.57、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區地區ENSO之信心區間	107
圖4.58、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO各相位之Reliability Diagram	108
圖4.59、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO各相位之Reliability Diagram樣本數量	109
圖4.60、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO相位之信心區間	110
圖4.61、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區逐年份之ROC曲線	111
圖4.62、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之ROC曲線樣本數量	112
圖4.63、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區ENSO強度分類之ROC曲線	113
圖4.64、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區ENSO強度分類之ROC曲線樣本數量	114
圖4.65、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO各相位之ROC曲線	115
圖4.66、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區MJO各相位之ROC曲線樣本數量	116
圖4.67、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之所有資料年份於二元式校驗之各項評估指標	117
圖4.68、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之所有資料年份於機率式校驗之各項評估指標	118
圖4.69、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之颱風數量校驗分析圖。偵測條件:All Criteria	119
圖4.70、NCEP GEFS Reforecast於台灣地區之颱風數量校驗分析圖。偵測條件:Basic Criteria	120
圖4.71、台灣地區颱風數量觀測樣本	121

參考文獻
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