霧霾天氣與空氣污染

霧霾天氣與空氣污染

圖:2021年1月22日早上香港天文台太平山天氣照片(來源:香港天文台) 今日香港空氣質素明顯轉差,從高處看下去有一層灰塵籠罩。 霧(fog)和霾(haze)都是大氣穩定時常見的天氣現象,前者是空氣中的水滴影響能見度,多發生在濕度較高的情況;後者是空氣中的固體微粒影響能見度,多發生在濕度較低的情況,天文台稱為煙霞,有人說名字被美化了。 大氣的穩定性取決於氣溫的垂直分佈,正常情況下,高度越高,氣溫越低,空氣上升,污染物可以擴散;但某些情況下,高空的氣溫反而比地面高,形成穩定狀態,空氣無法上升,污染物被困在地面。 隨著人類經濟活動的發展,經燃料燃燒、工業生產等排放的污染物越來越多,這些污染物主要有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧及可吸入懸浮粒子。其中二氧化硫及二氧化氮屬酸性氣體,可溶於雨水形成酸雨,影響農作物及建築。 至於可吸入懸浮粒子則按固體微粒大小可分為直徑少於10微米的PM10(Particulate Matter),可以經呼吸進入肺部;及直徑少於2.5微米的PM2.5,可以穿過肺部進入血管。PM2.5對呼吸系統及心肺健康的影響比PM10更大。香港大學有研究表示,空氣污染除引致死亡率上升及醫療系統壓力增加外,亦會帶來經濟損失。 聯合國世界衛生組織的空氣質素指引相當苛刻,不同國家及地區則以不同理由(包括政治)設立當地的空氣污染指標。例如美國將污染物濃度轉換成空氣質量指數(Air Quality Index, AQI),而香港環境保護署則將污染物的濃度合併考慮轉換成空氣質素健康指數(Air Qualiry Health Index, AQHI)。假如根據世界衛生組織的標準,香港的空氣質素長期不達標。 香港空氣污染的源頭有幾個:(1)本地污染,主要來自汽車的廢氣排放及使用化石燃料發電產生的氣體;(2)跨境污染,例如跨境汽車使用低規格燃料產生的廢氣;(3)珠三角地區工業發展產生的污染,受風向及天氣情況而影響香港。 2010年3月22日,華北地區受沙塵暴影響,香港的空氣污染指數上升至最高的500。不過沙塵暴屬於自然的空氣污染,起因跟陸地沙漠化有關。 圖:2010年3月22日香港各區空氣污染指數(來源:環境保護署) 現今資訊發達,市民可自行上網了解及比較世界各地的空氣質素。在空氣嚴重污染期間,市民應避免在戶外長時間逗留,並減少劇烈活動。患有呼吸道及心肺疾病的人士、老人及長期病患者更應留在室內,並注意身體狀況的變化。

凝結尾跡

天空中有時會出現一條甚至不同方向的線條,像煙一般,不少市民會拍攝並上載至社交網站分享。這些線條其實是雲的一種,稱為凝結尾跡(condensation trail/contrail)或飛機雲。 凝結尾跡在香港並不罕見,屬於高雲的一種。雲的形成需要有潮濕空氣,但仍需要有凝結核(condensation nucleii)的存在,當空氣冷卻時,水汽可以依附在凝結核上變為水滴或冰晶,才成為雲。 在天氣晴朗但高空寒冷潮濕的環境下,當飛機經過,尾部噴出熱氣流及燃燒產生的微粒,氣流遇到寒冷的環境,水汽即時凝華(由氣體直接變為固體)並在微粒上變為冰晶,出現一條軌跡,就是凝結尾跡或飛機雲。 凝結尾跡並不是煙,可以在天空持續一段時間甚至數小時,但會受高空風影響出現形狀改變。起初只是一條幼長雲帶,假如空氣持續潮濕,雲帶會慢慢發展、擴闊,甚至與其他凝結尾跡合併,形成卷雲(cirrus)。假如當時太陽角度較低,太陽光射進卷雲時會出現光點或類似彩虹的七色光帶,稱為幻日(sundog)或環天頂弧(circumzenithal arc),這些現象昨天亦有發生。 凝結尾跡的出現有時是天氣轉變的先兆。由於高空天氣不穩定,卷雲慢慢發展並覆蓋天空,轉化為卷層雲(cirrostratus),雲底逐漸降低,卷層雲再轉化為高層雲(altostratus)。由於高層雲較厚,把太陽或月亮遮蔽,晴朗天氣因而結束。 不過,亦有陰謀論認為,凝結尾跡其實是化學尾跡(chemical trail/chemtrail),是政府或軍隊在空中噴射化學物質,企圖改變天氣、改善農作物生長甚至影響人類活動。至於是否屬實,仍然眾說紛紜。
日出與曙暮光

日出與曙暮光

踏入2021年元旦,不少市民前往高地觀看及拍攝日出。有甚麼地方要注意? 香港冬季日出時間較夏季為遲。市民出門上班上學時,天空還沒有亮起來。香港最遲日出在一月中旬出現,日出時間為7時05分,而元旦的日出時間通常為7時03分。 我們可以瀏覽天文台網站或其他網站得知日出時間及方位,然後再揀選合適地點觀賞日出。留意不同季節日出方位稍有不同,夏季日出於東北偏東方,冬季日出於東南偏東方。部分觀賞地點遠處有山丘或小島,可能無法看到太陽從地平線升起的一刻。 日出前,雖然太陽在地平線下,但天空已開始亮起來,這段時間稱為曙暮光(twilight)。曙暮光分為民用曙暮光、航海曙暮光及天文曙暮光三種: - 民用曙暮光(civil twilight):太陽在地平線至地平線以下6度的時間,這時雖然光線不足,但戶外物件輪廓仍可辨認,大型操作仍可進行。 - 航海曙暮光(nautical twilight):太陽在地平線以下6至12度的時間,這時雖然看不到地平線,但可以看到天上較亮的星星。 - 天文曙暮光(astronomical twilight):太陽在地平線以下12至18度的時間,這時天空接近全黑,天上只有星星及月亮作為照明。天文曙暮光是黑夜和白天的分界。 不同地方及季節的曙暮光長度稍有不同。香港元旦的民用曙暮光為24分鐘,航海曙暮光為52分鐘,天文曙暮光為80分鐘,因此如要觀賞日出,我們應於早上5時43分前到達觀賞地點準備。如果想拍攝天亮前的星空,到達時間要更早。 2015年元旦日出,拍攝地點為港島南部鶴咀(來源:香港地下天文台) 我們確定了地點及時間後,還要留意天氣情況。香港冬季大氣比較穩定,晚間經常形成層雲,日出後才消散。有時亦會於低空形成薄霧或煙霞,影響觀賞日出。

ECMWF 的氣溫集合預報

大氣是一個「混沌」的系統,只要觀測數據稍有誤差,預報結果完全不同。「集合預報」的出現,就是模擬數據及模式的誤差,從不同的預報結果推敲預報的可信性及發生概率。 熱帶氣旋路徑集合及概率預報相信大家不會陌生,天文台氣溫延伸(概率)預報也應該見過。隨著 ECMWF 今年公開預報數據,我們可在網上觀看世界各地的10天雲量、雨量、風力及氣溫集合預報。(如果該點不在模式的預報點上,則以該點四周預報點作插值運算,並以海拔高度調整。) ECMWF 有 52 個預報成員。第 1 個是根據觀測數據,利用高解像模式進行運算得出的預報(HRES),亦即是在 Windy 或 Tropical Tidbits 看到的預報。理論上這是最準確的預報。 第2個成員,就是利用同樣的觀測數據,放入簡化了的集合預報模式(以加快運算)計算得出的控制預報(CONTROL)。由於模式不相同,即使數據相同,CONTROL 與 HRES 預報通常並不相同。 餘下的50個成員,就是將觀測數據及模式進行擾動(pertubation)來模擬誤差,計算出不同的結果。這些結果的平均就是集合預報平均(ensemble mean)。 熱帶氣旋路徑集合預報就是50條不同的預報路徑(假設熱帶氣旋在預報期內未有消散)。利用這些路徑的分散程度,我們就得出熱帶氣旋路徑概率預報。 --- 消化時間 --- 我們在了解 ECMWF 的氣溫集合預報前,要對統計學上的「盒鬚圖」或「箱形圖」(box-whisker plot,簡稱 boxplot)有些認識。…

沙德爾應發黑球還是三號風球?

熱帶氣旋沙德爾橫過南海,香港天文台先後發出一號風球、三號風球及強烈季候風信號(俗稱黑球)來提醒市民。但亦有個說法指天文台其實只需發出黑球即可,程序上簡單得多。兩者有甚麼分別及考慮? 十月份,廣東沿岸及南海北部已被東北季候風支配。當有熱帶氣旋進入南海時,由於氣壓梯度上升,沿岸風勢將會增強。這時候要判斷香港受季候風還是熱帶氣旋,才能決定發出甚麼警告。 在市民的認知中,熱帶氣旋影響香港時,多數會出現狂風驟雨,無雨甚至天晴(即俗稱「打乾風」)的情況較少見。另一方面,季候風影響香港時天氣通常較穩定,如果正在吹北風,更可能天晴乾燥。 而技術上,我們還有兩個指標可以看。 第一是香港的風向。當熱帶氣旋移至香港西南面時,香港會吹東南風。但三號風球當日香港都吹北至東北風,表示沙德爾的環流未有影響香港。 第二是露點(絕對濕度)變化。熱帶氣旋移近會帶來水汽,露點會上升。但觀看香港赤鱲角機場的露點變化,天文台於午夜發出三號風球時,露點約10度,日間則跌至7至8度,同樣未受沙德爾環流影響。 如果香港未有受到沙德爾的環流影響,那為甚麼天文台會選擇發出一號或三號風球?大概是考慮到數值預報可能出現的偏差。假如沙德爾持續增強及向西北移動,中心東北面的烈風圈就會擴展並可能覆蓋香港,香港就會出現烈風威脅。雖然沙德爾最後都轉回偏西方向移動,但中心風力曾一度上升至每小時140公里,的確是始料不及的。 換個角度去看,如果天文台發出黑球,但其後香港出現烈風威脅,天文台會如何處理?參考1993年颱風黛蒂的個案,就要將黑球轉為三號風球,再考慮是否發出八號風球。 這次風險處理手法,其實跟浪卡有點相似。而且跟浪卡一樣,沒有絕對的對與錯。