摘要與前言：
美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)，具有完整的基礎研究設施與先進的探測與分析技術，如專屬的科研船隊、無人潛水器(ROV)及飛機觀測站，其轄下各單位及實驗室分布於美國不同州，不僅能進行全球大氣、海洋及太空天氣的即時監測，也能精準蒐集從深海環境到熱帶氣旋內部的科學數據，以及區域特性的天氣數據，透過高效能運算中心，為全球防災預警與資源管理提供關鍵的數據支持。
近年來NOAA已從傳統的環境觀測機構，轉型為整合人工智慧(AI)、無人載具(UxS)、高效能運算與數位孿生技術的現代化科研先驅。在美國西南部與洛磯山脈區域，NOAA 的部署極具戰略意義：科羅拉多州作為其全球數據與 AI 氣象預測的「研發大腦」；南加州聚焦於推動「藍色經濟」與海洋觀測技術；亞利桑那州則專注於乾旱管理與都市極端高溫的氣候韌性研究；夏威夷州則是NOAA 「海洋與航空作業管理局(OMAO)」 的基地，並作為太平洋海嘯、颶風及生態科研與預警的整合型園區。這些跨州的科研資源與專案不僅推動次世代天氣預報，也對美國國防安全與全球氣候變遷因應發揮關鍵作用。
↑ 圖說：NOAA位於本組轄區內的重要單位與研究中心 (科技組製)
一、美國國家大氣暨海洋總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)核心業務與組織架構
NOAA 具備從海底到太空的全方位科技能力，2026年度營運預算約為 61.7億美元，年度發展與部署重點包含專注於相控陣雷達系統現代化、推動藍色經濟(如數位孿生技術)、氣候公平性(為弱勢社群提供預報)以及擴大無人系統(UxS)的應用。其運作分為六大執行部門：
1. 國家氣象局 (National Weather Service, NWS)
2. 國家海洋局(National Ocean Service, NOS)
3. 國家海洋漁業局 (National Marine Fisheries Service, NMFS/ Fisheries)
4. 國家環境衛星、數據與資訊服務中心 (National Environmental Satellite, Data, and Information Service, NESDIS)
5. 海洋及大氣研究中心 (Office of Oceanic and Atmospheric Research, OAR)
6. 海洋及航空作業中心 (OMAO)
↑ 圖說：NOAA整體組織架構圖 (Photo credit: NOAA)
二、NOAA於本組轄區的研究單位與核心業務
(一)科羅拉多州(Colorado)⛰️
1. 地球系統研究實驗室(Earth System Research Laboratories, ESRL)：波德(Boulder)是 NOAA 地球系統科學、大氣觀測、太空天氣研究的核心樞紐，主要研究全球氣候變化、空氣質量和天氣預報技術，下轄四大實驗室：
- 全球監測實驗室 (Global Monitoring Laboratory, GML)：負責監測全球溫室氣體(如二氧化碳)、臭氧層和太陽輻射。著名的全球溫室氣體基準網絡(Global Greenhouse Gas Reference Network)總部就在這。
↑ 圖說：1970中期至2025年全球二氧化碳歷史觀測曲線(觀測點位設於全球 4 個遠離人煙、極少受到局部城市工業污染的「背景大氣基準觀測站」：北緯71°阿拉斯加BARROW、北緯 19°夏威夷MAUNA火山頂、南緯 14°美屬薩摩亞及南極洲，從該圖可看出地球大氣中的二氧化碳平均濃度正在以驚人、持續且不可逆的步伐逐年攀升)；Photo credit: NOAA GML)
- 物理科學實驗室 (Physical Science Laboratory, PSL)：研究大氣河流(Atmospheric Rivers)、海空交互作用，與提升極端氣候(如洪水、乾旱)的預測能力與水文氣象研究。
- 化學科學實驗室 (Chemical Science Laboratory, CSL)：研究大氣化學過程，包含空氣污染、平流層臭氧與氣候變遷的關聯。
- 全球系統實驗室 (Global Systems Laboratory, GSL)：研發先進的天氣預報電腦模型、數據同化系統以及氣象監測工具，包含開發RRFS(快速刷新預報系統)、高解析度快速更新模型HRRR及UFS模型，結合AI技術提升劇烈天氣預報準確率
2. 太空天氣預測中心 (Space Weather Prediction Center, SWPC)：是美國官方唯一負責監測和預報「太空天氣」的機構，全天候24 小時觀測太陽活動、地磁暴、太陽風暴，並向全球的航運業、電力公司、衛星營運商和 GPS 使用者發出預警，2026年適逢第25太陽週期高峰，該中心升級WSA-Enlil螺旋模型，精準預測日冕物質拋射，以保護全美電網與 GPS 系統。
3. 學術合作研究機構：NOAA 在科羅拉多與當地頂尖大學緊密合作，設有聯合研究中心：
l CIRES(Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences)：與科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)合作，是全美最大、最著名的環境科學合作研究所之一。
l CIRA(Cooperative Institute for Research in the Atmosphere)：與科羅拉多州立大學(CSU)合作(位於柯林斯堡 Fort Collins)，重點研究衛星氣象學和區域氣象模型。
4. 科學地球儀(Science On a Sphere®, SOS)：由 NOAA Boulder實驗室研發的著名球面投影系統，約一個房間大小，透過電腦和視訊投影，將行星數據顯示在直徑約6英尺的球體上，形成巨大的動畫地球儀，在丹佛自然科學博物館、丹佛大學、空間基金會遊客中心等地方都有設點。
↑圖說：SOS分別於GSL、Denver Museum Nature Science、臺灣國立自然科學博物館等地展出並進行科普互動 (Phoro credit: SOS Showcase)
(二)夏威夷州(Hawaii)🐟：全州的核心是位於歐胡島珍珠港(Ford Island)的丹尼爾·井上太平洋區域中心(Daniel K. Inouye Regional Center, IRC)，這是一座頂尖的整合型科學園區，包含以下單位：
1. 太平洋海嘯警報中心(Pacific Tsunami Warning Center, PTWC)：這是夏威夷最核心的單位，24小時全面監控全球地震與海嘯動態，負責為全美各州(阿拉斯加除外)以及全球大平洋周邊國家發布海嘯預警。
↑ 圖說：2026年4月20日日本宮古島海嘯監測及預警 (Photo Credit: NOAA Center for Tsunami Research)
2. 中太平洋颶風中心 (Central Pacific Hurricane Center, CPHC)：與國家氣象局(NWS)檀香山分局共同運作，專門負責中太平洋區域(夏威夷周邊海域)的熱帶氣旋/颱風命名、追蹤與預報。
3. 毛納羅亞大氣觀測站 (Mauna Loa Observatory, MLO)：位於夏威夷大島火山上。它是全球氣候變遷研究的「聖地」，著名的基林曲線(Keeling Curve，記錄全球二氧化碳濃度持續攀升的曲線)數據就是在這裡幾十年如一日觀測出來的。
4. 國家海洋漁業局 (NMFS) 太平洋群島科學中心與區域辦公室：管理廣大的太平洋海洋生態，保護海龜、夏威夷海豹以及維持永續漁業。
5. 國家海洋保護區 (NOS/ONMS)：共同管理全球最大國家海洋保護區之一的Papahānaumokuākea。
6. 海洋與航空作業局 (OMAO) 基地：NOAA大型海洋研究船Oscar Elton Sette 號的母港，在太平洋執行深海觀測任務。
(三)亞利桑那州(Arizona)🌵：這裡極其特殊的乾旱、沙漠沙塵暴(Haboob)和北美季風(North American Monsoon)，成為 NOAA 監測氣候變遷與水文的核心地帶，故聚焦於乾旱管理與熱帶季風觀測。
1. 設有三個國家氣象局(NWS)天氣預報辦公室：鳳凰城、圖森及旗桿鎮(Flagstaff)，專門應對極端高溫、沙塵暴及夏季季風帶來的突發性山洪(Flash Floods)。
2. 西南氣候評估組織 (Climate Assessment for the Southwest, CLIMAS)：這是 NOAA與亞利桑那大學 (University of Arizona)長期合作的重點項目(透過 NOAA計畫資助)。專門研究美國西南部因氣候變遷導致的長期乾旱、水資源短缺以及野火(Wildfires)風險評估。
↑ 圖說：(Photo credit: UA CLIMAS)
3. 美國氣候基準網絡 (U.S. Climate Reference Network, USCRN)：NOAA 在亞利桑那部署了4個高精度的國家級氣候基準觀測站，用於收集最高品質的溫度和降雨數據，作為全美氣候變遷判定的基準。
4. 國家綜合乾旱資訊系統 (NIDIS)：NOAA負責主導的跨部會聯邦計畫，整合全美各地的乾旱監測與預警，總部雖設在科羅拉多州，但核心山區西部早期預警系統(Intermountain West DEWS)防區即位於亞利桑那州，串聯當地重要單位，如亞利桑那大學(UA)、當地國家氣象局NWS、州水資源部等，以蒸發需求乾旱指數(EDDI)，協助水資源管理者與農民及早預測乾旱。
(四)南加州(SoCal)🌴：
1. 西南漁業科學中心 (Southwest Fisheries Science Center, SWFSC)：位於聖地牙哥La Jolla，緊鄰加州大學聖地牙哥分校的斯克里普斯海洋研究所，除了針對海洋暖化與酸化，進行為期三年(2024–2026)的磷蝦敏感度研究，以確保太平洋食物網健康外；其研究核心亦包含加州洋流生態系研究、海洋哺乳動物與海龜保護及高度洄游魚類研究。
↑ 圖說：利用遙控潛水器級3D相機，探測聖地牙哥外海淺灘、岩魚群(Rockfish)的可視化影像與物種組成 (Photo Credit: NOAA Fisheries)
2. 海峽群島國家海洋保護區 (Channel Islands National Marine Sanctuary)：隸屬於國家海洋局(NOS)，於Santa Babara、Ventura研究海洋暖化(如聖嬰現象)和海水酸化對深海珊瑚、巨藻及相關魚類棲地的生態衝擊，並負責管理及保育南加州外海的巨藻林(Kelp Forests)及海域。
3. 國家氣象局 (NWS) 地方預報台：與史克里普斯海洋研究所(Scripps)精密氣象學協作，優化大氣河流(Atmospheric Rivers)的預報精準性，如冬季易發的突發性山洪、土石流與強風，同時提供南加州衝浪、航運及漁民所需的瘋狗浪、湧浪及離岸流預警，協助加州水資源管理與防洪。
4. 海洋數位孿生與自主系統：2024年底，NOAA透過《通膨削減法案(Inflation Reduction Act)》的聯邦級預算，向StartBlue挹注高達1,350萬美元(約台幣 4 億多)的專款資金，讓StartBlue正式升格為海洋企業加速器，並由NOAA「整合海洋觀測系統(IOOS)」下的「海洋企業計畫(Ocean Enterprise Initiative)」直接管理，投入新一代水下無人載具、海洋碳捕捉與碳封存等新創技術，同時整合水下 AI 平台(如 Anduril Lattice AI)，為海岸與港口建立數位模型，並進一步強化沿岸綠色工程科技與基礎設施。
5. 飛航與船舶作業支援：NOAA大型海洋研究船(Reuben Lasker)經常以南加州港口作為補給基地，進行加州外海的生態聲納探測與水質採樣；同時在冬天時則會作為NOAA颶風獵人專案的前進基地。
三、轄區內NOAA的重要科研專案
⭐Project EAGLE (Experimental AI Global and Limited-area Ensemble) 「實驗性人工智慧全球與區域系集預報系統」⭐
鑑於傳統的數值天氣預報模型需要高度依賴「物理方程組(Systems of Physical Equations)」，並在成本高昂的超級電腦上運行，開發週期動輒耗時數年。近年來，受益於Google DeepMind 的GraphCast等機器學習(ML)模型展現出極強的天氣預報潛力，運算成本極低且速度極快。然而，AI 模型在真正投入國家級預報前，必須經過嚴格的實時測試、基準比對與校準。因此NOAA透過連結「AI 學術研究」與「國家氣象作業實務」，推動最新的旗艦級AI氣象預測專案Project EAGLE，由位於科羅拉多波德(Boulder)的物理科學實驗室(PSL)與全球系統實驗室(GSL)、地球預測創新中心(EPIC)以及國家氣象局(NWS)聯合打造，期待成為「AI 天氣預報沙盒與加速器」，建立一個「近即時(Near Real-Time)的 AI 天氣預報測試平台與實驗管線(Pipeline)」。
1. 核心架構與組件：與Google合作，基於DeepMind的GraphCast模型進行微調，使用NOAA的全球數據同化系統(GDAS)資料進行優化重新訓練、開發出AIGFS，並由NVIDIA支援GPU算力與Earth-2數位孿生技術。
↑ 圖說：EAGLE-Global 2 風場動態流線圖 (Photo credit: Project EAGLE)
↑ 圖說：於DESI平台上呈現Global-EAGLE-Ensemble預報 (Photo credit: DESI)
2. 重大突破與技術亮點：Project EAGLE的終極目標是「研究成果落地商轉(R2O)」的無縫接軌。在2025年底已催生出第一代國家級 AI 運作模型：
l AIGFS (AI全球預報系統)：相較於傳統超級電腦需數小時運算，GFS快上數倍，可大幅節省高達99.7%的超級電腦算力，在60秒至40分鐘內 生成高達16天的全球預報，且在大尺度天氣與熱帶氣旋追蹤上表現優異。
↑ 圖說： AIGFS天氣預報圖呈現2025年12月10日大氣河流將為美國太平洋西北地區帶來強降水 (Photo credit: NOAA)
l AIGEFS (AI全球系集預報系統)：僅需傳統系集預報系統9%的算力，卻能將有效預報時效延長18至24小時。
l HGEFS(混合全球集合預報系統)：被譽為專案中最創新、最強大的應用，並於2025年12月17日正式上線，由62個成員組成的「超級大混合集合預報(Grand Ensemble)」，包含31個NOAA 現役、依賴物理方程組運算的傳統 GEFS v12 模型、以及31個基於 Google DeepMind 技術優化、最新上線的 AIGEFS(純 AI 集合預報)模型，結合傳統物理預報對極端物理邊界(如颱風眼牆的暴雨、氣壓驟降)的扎實理論支撐，以及AI極快的預報速度與大尺度天氣趨勢和颱風路徑的抓取上高準確度優勢。目前NOAA 的科學家們仍在持續研究並優化它對於「颶風/颱風強度預測」的精準度，因早期 AI 在預測颱風瞬間風速中心「核心點」的極端強度時，表現還略遜於物理模型，不過NOAA仍成功快速有效地將AI轉化為能實際「拯救生命與財產」的國家級正式預報產品。
⭐颶風獵人(Hurricane Hunters)⭐
近年已由傳統「有人飛機穿越颶風」之觀測模式，逐步發展為整合人工智慧(AI)、無人載具(Uncrewed Systems)、高效能運算與數值模式分析之綜合科研平台。NOAA 的颶風獵人是一支「全天候、全地形」的國家氣象飛行隊，其飛航作業中心(AOC)設於佛羅里達州Lakeland，由NOAA委任軍官(NOAA Corps)的專業飛行員與尖端科學家組成，主要任務除蒐集颶風中心氣壓、風場、海氣交互作用等即時資料之外，更進一步支援極端氣候預測、水文資源管理、災害防救與氣候韌性研究。夏天到秋天，在墨西哥灣和大西洋追逐颶風；到了冬天，則會到太平洋與美西海岸(包含南加州)，捕捉大氣河流與冬季風暴，而後方的數據分析核心，正是位於科羅拉多州的NOAA研究基地。
↑ 圖說：Storm Planes 觀測飛機不同型別 (Photo credit: Walt Street Journal)
↑ 圖說：Hurricane Hunters針對Melissa颶風進行探測任務 (Photo credit: NOAA)
*以上資訊為科技組自行蒐整*
