如何利用天氣雷達預測天氣

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 20-04-2019

春夏間天氣多變,此刻天晴炎熱,數小時後卻狂風暴雨,我們可以自行預測嗎?

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圖:2019年4月20日上午9時廣東省天氣雷達拼圖,顯示廣東內陸有一雨帶正在南下・(來源:廣東氣象)

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厄爾尼諾與拉尼娜

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 17-11-2018

近年,市民開始關注厄爾尼諾(El Niño)這個氣候學名詞。很多人將極端天氣包括乾旱、暴雨、酷熱及嚴寒等,都歸咎於厄爾尼諾的肆虐。根據美國及澳洲氣象機構的最新分析,現時赤道東太平洋海面溫度持續偏高,年底前出現厄爾尼諾現象的機會相當高。

厄爾尼諾是赤道東太平洋海面溫度持續偏高的現象,每2至7年出現一次,一般持續9至24個月。正常情況下,沿南美洲西岸北上的秘魯寒流為東太平洋帶來較冷的海水,加上東南信風把海水帶往西面,接近海面的海水便由下層較冷的海水上湧補充,造成南美洲西岸秘魯、厄瓜多爾等國家附近海域的水溫較低。這些來自海洋深處的海水含有豐富養分,吸引大批魚類聚集,造就了這些國家的漁業發展。

每年聖誕節前後的二至三個月,厄瓜多爾和秘魯沿海一帶的海域會出現季節性水溫上升的現象,導致海水中的養分減少,影響當地漁穫,當地漁民把這種水溫上升的現象稱為厄爾尼諾。El Niño在西班牙語中有「幼年基督」和「男孩」的雙重意思。當水溫上升持續,我們稱為厄爾尼諾現象。由於厄爾尼諾現象多在聖誕節前後出現,所以又稱聖嬰現象。當厄爾尼諾現象減退,水溫開始逆轉,赤道東太平洋海面溫度持續偏低時,我們稱為拉尼娜(La Niña)現象(圖1)。

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(圖1)與厄爾尼諾(上)及拉尼娜(下)現象相關的大氣環流。澳洲氣象局片段截圖

厄爾尼諾現象對全球天氣有不同影響。由於東太平洋海面溫度上升令氣壓降低,赤道地區東風減弱甚至轉吹西風。東太平洋的海水不再西行,聚集在當地並因日照引發對流,導致雨量增加,東太平洋沿岸地區及中太平洋島國發生水災機會因而上升。另一方面,西太平洋空氣下沉令天氣穩定和雨量偏少,印尼、菲律賓、澳洲北部等地區可能出現旱災。

根據香港天文台研究,當厄爾尼諾現象形成後,香港冬季平均氣溫較正常為高,雨量亦較正常為多。到了春季,氣溫偏高的情況開始緩和,但雨量仍然較正常為多。西太平洋熱帶氣旋形成位置東移及北移,因此進入南中國海機會減少,香港的風季一般在6月或以後才開始。而當拉尼娜現象形成後,東亞地區冬季季候風較正常為強,香港冬季及春季氣溫較正常為低。熱帶氣旋形成位置亦會西移及南移,因此進入南中國海機會增加,香港的風季亦會較早開始。

厄爾尼諾現象除了引致太平洋海面溫度改變外,亦會引致太平洋氣壓場出現變化。氣象學家將這種氣壓變化稱為南方濤動(Southern Oscillation),並以中太平洋的大溪地和澳洲的達爾文之氣壓差界定南方濤動指數(Southern Oscillation Index,簡稱SOI)。南方濤動指數呈負數時表示出現厄爾尼諾事件,正數則表示出現拉尼娜事件(圖2)。

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(圖2)過去50年南方濤動指數變化。美國國家海洋及大氣管理局圖片

雖然厄爾尼諾現象令香港冬季平均氣溫偏高及影響香港熱帶氣旋數目減少,但這並不代表極端天氣不會出現,我們不能掉以輕心。舉例說,2009至2010年為厄爾尼諾年,但2009年11月天文台已錄得9.7°C的最低氣溫。1997至1998年為近年最強的厄爾尼諾年,1997年只有兩個熱帶氣旋影響香港,但當中颱風維克托在香港登陸,令天文台懸掛9號風球。

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20181117/58912124

你懂得看Windy嗎?

Filed Under (天氣常識, 熱帶氣旋) by 香港地下天文台 on 20-10-2018

2016年1月強烈寒潮影響華南,香港天文台氣溫跌至3.1°C,香港廣泛地區出現凍雨、冰粒等極端天氣,之前歐美超級電腦甚至預測香港下雪。天文台被批評缺乏預測極端天氣的能力,反應過慢。自此之後,傳媒開始瀏覽超級電腦的預報,自行解讀及預測,官方預報變成二線資料來源。然而,有多少人真的看得懂?

超級電腦利用數值方法及物理模式預測天氣變化,稱為數值天氣預報。跟官方預報不同,數值天氣預報提供的是初步結果,需要經過檢查及修正才能使用,加上大氣的渾沌特性,每次運算結果都不相同,有時差異很大。如果只參考其中一次預報便下結論,很容易出錯。官方預報假如緊貼數值預報,就會經常出現「朝令夕改」的情況,令人無所適從。

以前數值預報只供世界各地氣象人員參考及交流,是一個專業的產品,部分更要收費。隨著資訊開放,互聯網上不少網站都提供免費的數值預報圖表,任何人都可以瀏覽,甚至化身「專家」進行分析。比較著名的網站Windy.com看準了這個趨勢,不斷將圖表改良及加入新功能,現時已變得相當複雜,一般人並不容易完全理解。

Windy最常用的功能是風場及等壓線,利用流線及顏色顯示風向及風速,配合等壓線顯示天氣系統(低/高氣壓),了解世界各地天氣。夏天市民最關心的天氣系統是熱帶氣旋,由於是低壓系統,等壓線會出現緊密的同心圓;加上北半球低壓系統風向呈逆時針旋轉,風場會出現逆時針旋渦(圖2)。

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(圖2)超強颱風康妮的Windy.com風場圖。台灣海峽有橙色大風區,代表受東北季候風影響。康妮的北面風向匯聚,意味該處有一鋒面。

然而不是所有逆時針旋渦都是熱帶氣旋。熱帶氣旋的前身是低壓區,而低壓區結構不佳,風場圖上只看到逆時針旋渦,流線並不圓渾,間距亦不均勻,最強風力只集中在外,不符合熱帶氣旋的結構(圖1A)。當低壓區開始發展,流線會變得圓渾及均勻(圖1B),中心附近出現橙色、紅色甚至紫色的範圍(圖1C),代表強風、烈風及暴風圈,是典型的熱帶氣旋結構。

除了熱帶氣旋,中緯度地區亦經常出現溫帶氣旋(圖1D)。雖然溫帶氣旋也是低壓系統,但結構跟熱帶氣旋不同,風場圖上的流線會出現匯聚甚至明顯風向轉變,代表鋒面的位置(圖3)。

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(圖1)在Windy.com常見的4個逆時針旋渦,分別為 A)季風低壓;B)熱帶風暴;C)颱風;D)溫帶氣旋。

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(圖3)北太平洋同時有兩股溫帶氣旋。靠近俄羅斯的一個,風力較強, 流線在中心東面匯聚,並有紅色大風區;靠近加拿大西岸的一個,風向明顯轉變;兩者均代表冷鋒的位置。

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20181020/58783878

為何天氣預報不準確

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 18-08-2018

古人觀雲知天,透過觀察天氣及大自然變化(包括動物及昆蟲)來預測天氣。現今科技進步,天氣預報利用電腦計算,雖然日趨準確,但仍有很多不足的地方。

世界各地官方機構發出的天氣預報,主要來自預報員分析、整合及修正數值天氣預報結果而成。數值天氣預報把全球或某個地區分成大小相同的方格,一個方格上有四個預報點(稱為網格點),然後將天氣觀測所得的數據,包括氣溫、相對濕度、風、氣壓等,經過檢查及插值運算,成為每個網格點上的數據,再輸入模式計算結果。

由於大氣是三維結構,進行數值天氣預報時需把大氣分為若干層,計算不同高度網格點的天氣。因此除了地面觀測,官方機構亦要定時發放氣球,氣球上附有GPS及氣象儀器,量度不同高度的數據,再用無線電波傳送回地面,經處理後一併輸入模式計算。

香港位於廣東沿岸,東面及南面是海,但海面缺乏觀測站,如何進行氣象觀測?我們可以在海面安裝浮標、或透過船隻及飛機報告天氣。隨著科技進步,遙感觀測技術不斷提升,官方機構透過氣象雷達及衛星,收集降雨資料(包括強度及移動速度)及雲層資料(包括雲頂溫度、結構及移動速度等),轉換並同化成觀測數據。

以上是天氣預報的基本步驟,細心留意,每個步驟都可能引入誤差。大氣是一個混沌系統,只要觀測數據(即初始條件)稍有差異,計算結果就會截然不同。加上數值預報模式本身亦未能夠完全模擬大氣的變化情況(例如雲的物理學),一些影響範圍小、持續時間短的天氣系統,例如雷暴、冰雹、龍捲風等,數值預報是無法準確預測是否出現,及出現的時間地點。

以往只有氣象機構才能取得數值預報資料,如今資訊開放,數值預報唾手可得,卻不是人人懂得正確閱讀。由於數值預報的誤差會隨預報時間而增加,而每次預報結果未必有連續性,因此可能出現「熱帶氣旋昨日預測登陸台灣,今日預測登陸香港,明日預測登陸海南」的不同預報。假如只留意某次預報,有機會出錯。

有見及此,我們改變初始條件來模擬觀測數據出現偏差,從而得出不同預報路徑,稱為集合預報(ensemble forecast)。集合預報屬於概率預報,假如預報路徑集中,表示預報穩定,可信性亦較高;但假如路徑分散,表示觀測數據偏差對預報影響很大,預報的可信性亦較低。

近年利用數值預報預測熱帶氣旋路徑有明顯進步,24小時預報誤差少於100公里。不過72小時預報誤差仍然有200-250公里,不確定性仍然很高。但預測熱帶氣旋強度表現仍然強差人意,主要原因相信是觀測數據不足,影響模式運算結果。因此近年氣象機構為了加強對熱帶氣旋強度觀測,派出飛機甚至發射火箭投下儀器量度數據,期望收集到的數據可以改善模式預報表現。

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20180818/58561696

熱帶氣旋影響下的飛機升降

Filed Under (天氣常識, 熱帶氣旋) by 香港地下天文台 on 14-07-2018

踏入七月是旅遊旺季,到外地旅遊的朋友經常要了解目的地天氣預報以便計劃行程。現時手機及互聯網提供大量唾手可得的天氣預報,不過大部分是由電腦模式計算結果直接輸出,模式及結果都沒有經過檢驗及校正,因此直接使用有相當風險,我們應參考當地官方機構發出的預報。

當西太平洋有熱帶氣旋形成時,亞洲多個國家及地區均會發放熱帶氣旋資訊,包括中國中央氣象台、台灣中央氣象局、日本氣象廳、韓國氣象廳及美國聯合颱風警報中心等。由於熱帶氣旋的定位及強度分析帶有主觀性,加上不同機構有不同準則(例如持續風力的定義),因此資訊經常出現不協調。我們身處香港應以天文台的公佈為準。

近年熱帶氣旋路徑及強度預報主要依靠電腦模式提供的預報,但每次預報結果可能不同,而不同模式結果亦有差異,一般市民未有足夠能力分析。官方機構憑經驗分析不同的預報結果,再根據電腦模式最近表現,作出整合或取捨,然後發出官方預報,供市民參考。而近年官方預報以中央氣象台及天文台的表現較為穩定。

當熱帶氣旋吹襲香港時,準備出門的朋友常因行程會否受影響而煩惱。飛機的升降主要受風向及風力影響。影響飛機的風有三種:

1. 順風(tail wind),與飛行方向相同的風,在飛行途中可以減省燃油和時間,在起飛降落時會減少浮力;
2. 逆風(head wind),與飛行方向相反的風,在飛行途中會增加燃油消耗,但在起飛降落時會增加浮力;
3. 側風(cross wind),與飛行方向成直角(90度),由側面吹來的風,在起飛降落時會影響穩定性,甚至把飛機吹離跑道。

赤鱲角機場現時有兩條跑道,呈東北-西南走向,假如香港吹東南風或西北風時,跑道就會出現側風,影響飛機升降。當熱帶氣旋在香港以西登陸,香港風向呈順時針轉變,即初時吹東北風,後轉吹東南風,形成側風;當熱帶氣旋在香港以東登陸,香港風向呈逆時針轉變,即初時吹西北風,形成側風,後轉吹西南風。當側風超過每小時25海里(強風)時,就可能出現航班延誤、取消或轉飛其他地方。

天文台發出的機場天氣預報,對象是飛行人員,內容詳盡,當中包括風向及風力的變化情況及出現時間,對評估機場運作會否受影響以至天文台改掛更高風球,均相當有啟示性。網址是http://www.weather.gov.hk/aviat/taf_decode.htm。當然最直接的方法是跟航空公司聯絡或瀏覽香港或目的地機場網站,索取最新航班資訊。

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20180714/58430331

預防酷熱天氣及紫外線

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 07-07-2018

今年夏天來得特別早,5月份天文台連續十多天錄得33°C或以上高溫,打破以往記錄。當氣溫上升時,人體需要透過增加血液循環、汗腺分泌甚至喘氣排出多餘熱量。假如天氣潮濕或風力微弱,散熱速度會受到影響,當人體未能及時將身體多餘熱量排出時,就會出現抽筋、熱衰竭甚至中暑的現象。

熱衰竭是指在熱的環境下過久,沒有適當補充水分及電解質,造成全身不適,包括大量流汗、頭暈、心跳加速、低血壓及抽筋等。在這個階段下人仍然清醒,只要及時轉移到陰涼地方,躲下並補充水份,及在皮膚灑水吹風降溫(注意不要用冰水,因為會引致血管收縮),通常都可以回復正常。

而中暑則是體溫上升至40度以上,身體失去自行調節體溫的功能,造成中樞神經功能障礙,包括意識不清、昏迷及停止流汗,這時除了以上的處理方法外,必須送院救治,否則可能因出現併發症而有生命危險。

由於每個人對熱的感覺不同,美國國家氣象局(National Weather Service)進行研究,利用氣溫及濕度制定酷熱指數(Heat Index):

當酷熱指數超過40度時,有機會出現熱衰竭;當指數超過55度時,隨時會出現中暑。在直接日照下的酷熱指數將再高多至8度。夏季歐洲的相對濕度比較低,因此雖然跟香港同樣氣溫,酷熱指數可能相差達10度,因此感覺比香港舒適。

另一方面,夏季陽光內的紫外線亦相當猛烈,因此除了預防中暑外,市民亦要預防被曬傷。紫外線可根據波長及能量分為A、B、C三種,而大氣的臭氧層有吸收紫外線的功能。其中紫外線A(UVA)不能被臭氧層吸收,紫外線B(UVB)部分被臭氧層吸收,紫外線C(UVC)全部被臭氧層吸收。到達地面的紫外線中,紫外線A佔98%,紫外線B佔2%。

紫外線B令皮膚變紅及變黑,紫外線A令皮膚出現皺紋、老化及黑斑,並可引致癌症。市面上的防曬用品(例如太陽油)對紫外線B提供不同程度的保護,以防曬系數(Sun Protection Factor,SPF)來區分。假如在太陽下曝曬20分鐘皮膚就會變紅,使用SPF15的防曬用品,這個時間理論上可延長至300分鐘(15倍)。然而各人皮膚性質不同,較易曬傷的人應使用較高SPF的防曬用品。此外,SPF15大約阻擋93%(14/15) 的紫外線B,SPF30大約阻擋97% (29/30)的紫外線B,SPF50大約阻擋98% (49/50)的紫外線B。

防曬用品上亦印有對紫外線A提供保護的程度,以防護等級(Protection Grade for UVA,PA)來表示,分為 PA+,PA++及PA+++。+號越多,表示對紫外線A提供保護的程度越大,購買時可用作參考。

縱合以上各點,夏天在戶外工作或進行活動時,應注意以下各點:
– 避免在上午10時至下午4時進行;
– 戴上闊邊的帽子及穿上能吸汗及散熱的衣服,或使用傘子;
– 當工作或活動進行一段時間後,必須停下來休息及補充水份;
– 在皮膚塗上太陽油或防曬用品,並定時(尤其於出汗或游泳後)再次塗上;
– 使用可以阻隔紫外線的太陽眼鏡

蘋果日報動畫版:https://hk.news.appledaily.com/local/realtime/article/20180707/58388118

香港的「倒春寒」現象

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 19-03-2018

踏入三月,春雷響起,香港天氣就不會冷嗎?

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說好了的大雨呢?

Filed Under (天氣常識, 雷暴大雨) by 香港地下天文台 on 04-06-2017

上星期,天文台預報週末期間有大雨及雷暴,結果星期六不但天晴酷熱,而且多處高溫更升至今年新高。天文台解釋說雨區離香港不遠,大範圍預報尚算正確,但這種轉移視線的解釋,令更多市民不滿。

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雨季和汛期

Filed Under (天氣常識, 雷暴大雨) by 香港地下天文台 on 28-04-2017

隨著上週天文台發出黃色暴雨警告,香港的雨季已經展開。

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為甚麼每年復活節的日子都不相同?

Filed Under (天氣常識) by 香港地下天文台 on 11-04-2017

復活節快到,相信大家也會發現每年復活節的日期都不同,究竟復活節的日期是如何定出來呢?

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