【人物專訪】氣象雷達的翹楚一專訪李文兆主任

7/12(二) 李文兆博士【捕捉雷公電母、風伯雨師的身影:談雷達與劇烈天氣的觀測】

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採訪、撰文|周書瑋

氣象科學對大多數人來說是一門高深莫測的學問,但如果我們用醫生來比喻氣象學家,會發現醫生和氣象學家做的事其實很類似,只是作用對象不同。醫生使用X光或MRI來獲取病人器官影像圖,告訴病人這陣子應如何調整作息和飲食;氣象學家則是用雷達掃描雲層,告訴民眾這幾天要不要撐傘或添購冰品。

今天的專訪就邀請到美國國家大氣科學研究中心遙測組主任李文兆博士,分享他在大氣科學領域研究的心路歷程,以及雙偏極化,都卜勒氣象雷達神秘之處。

 

● 充滿轉折和機緣的求學之路

問起是什麼原因驅使博士在學士、碩士和博士都讀大氣科學,義無反顧的投入大氣領域研究,博士微笑的說,小學時讀了〈千變萬化的氣象〉一書後,打開了他對天氣的好感。考大學時,博士陰錯陽差地考上大氣系,大三時加入蔡清彥老師的實驗室擔任研究助理,畢業後選擇和當時系上一半以上的同學一樣——出國讀研究所,從此展開充滿轉折的大氣研究旅程。

初到加州大學時,博士選擇和一位著名的日裔美籍教授學習數值模式,但是不到一年,碰巧遇到羅傑·脇本(Roger Wakimoto)教授正在尋找會畫天氣圖的助教,而博士服役時,畫了兩年的天氣圖,就順利地打敗不太擅長畫天氣圖的的美國同學,成為脇本教授的助教。更巧的是,脇本教授當時剛好有一名學生放棄獎學金,脇本教授就詢問博士是否有意願轉換研究跑道,從數值模式轉入氣象雷達研究?和妻子討論後,博士正式進入雷達氣象領域,並在博士班期間獲得進入美國國家大氣科學研究中心擔任研究生的機會,畢業後也順利拿到研究中心的博士後研究合約。談起這段求學故事,博士笑著說,之所以在大氣科學研究中心待那麼久,中間其實是經歷了許多巧合和轉折。

 

● 台灣在豪雨研究的特殊地位

台灣因為四面環海,且護國神山中央山脈橫亙全島,再加上地處熱帶和亞熱帶季風氣候交界,天氣現象和氣候條件豐富,可說是天然的天氣實驗室,因而成為美國科學家研究豪雨的絕佳地點。相較於美國暴雨的發生頻率較不穩定,台灣的梅雨季的暴雨可說是幾乎年年發生,這次的氣象雷達觀測實驗計畫雖因疫情延宕兩年,但也因此躲過前兩年的空梅,今年豐沛的梅雨和午後雷陣雨,讓計畫獲得極豐碩的成果。

博士提到,台灣在氣象學上的重要地位除了特殊的地理位置,完善的氣象設備也是一個重要加分項。台灣本身的氣象設備非常好,氣象局有環島的雷達網,空軍有氣象雷達,水利署有降雨雷達,再加上密度極高的地面測站,豐富的氣象儀器輔助美國研究中心的雙偏極化都卜勒氣象雷達,使得這此的豪雨觀測更加成功。

 

● 當雙偏極化都卜勒氣象雷達來到台灣

精密的氣象設備讓科學家能解析氣候現象的秘辛,此外,雷達氣象學家一直在追求較高的空間和時間解析度。什麼是空間解析度呢?以相機像素解析度來比喻:早期相機的一張照片可能只有三百萬畫素,無法清楚看見畫面人物的五官,但現代兩千萬畫素的照片就能清楚看見每一根眉毛的細節,如同雷達,當雷達的解析度越高,就能越清楚觀察到雲層的發展。至於時間解析度,我們可以將之比喻為攝影機的畫面取樣時間,時間解析度越高,雷達捕捉該現象的次數越密集,能觀察到越細微的變化,更清楚了解兩個時間點之間發生的事情。研究雷達能直接垂直掃描雲系發展,以少於十秒的時間完成一個垂直掃描而一般作業雷達六分鐘才能完成一個垂直剖面的拼圖,功能性差異可見一斑。

雙偏極化雷達中的偏極化指的是雷達電磁波發出去時,電場的方向,但這和降雨預報又什麼關係呢?有關雷達與氣象站駐點台灣的詳細介紹與應用,將由博士於本次科學史沙龍【捕捉雷公電母、風伯雨師的身影:談雷達與劇烈天氣的觀測】演講中替我們揭曉!

 

● 把氣象研究當成 Career 而非 Job

博士長年在美國國家大氣科學研究中心研究,指導了來自世界各地的學生,帶出豐碩的研究成果。博士笑著說,做科學研究需要興趣和熱忱,最重要的是一股傻勁,因為尋找答案的過程往往枯燥孤單,必須有一股傻勁才能堅持下去。大學期間他對科學研究並沒有太深刻的了解,一直到去美國後才領悟到,做研究不是老師帶學生去找答案,而是學生主動去找答案,唯有把一件事當作終生事業,才會主動發掘自己想做什麼,並主動去把事情做好。

談及投入氣象研究逾三十載的心路歷程,博士說大氣科學最吸引人的地方在於,它作為一門應用科學,能確實地解決生活問題,且能統合不同領域的基礎科學。雷達氣象學可說是三門基礎科學的統合,分別是物理、數學和化學。物理包括了博士最熟悉雷達,和與之密切相關的電磁學;數學部分則是數值天氣預報,探討如何將物理的方程式寫成電腦了解的語言,計算未來可能會發生的事;化學部分包括水污染、空氣污染等。

採訪最後博士強調,大氣科學和生活密切相關,小至每天的氣象預報,大至評估風力發電廠風車的架設位置,或太陽能發電量評估,一旦預測失準,對民生影響甚鉅。氣象學家要涉略各種領域,跨領域的學習各種高科技觀測儀器使用方式,並和各領域的專家溝通,讓其他專業領域來輔助研究,透過溝通交流,推動氣象與其他領域的發展。

 

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