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電腦預測天氣圖背景資料

大氣層是一個三維空間,地面與高空天氣形勢變互相緊扣。因此,在制定天氣預報策略時,需要把地面天氣圖和高空天氣圖一併分析,才能對天氣形勢演變有一個較全面的掌握。天文台製作的電腦模式預測天氣圖,水平範圍涵蓋東亞及西太平洋地區,分辨率為十公里,垂直方向由地面伸展至一萬二千米的高空。旨在讓市民大眾了解未來一至三天的天氣形勢演變,以及為其他特殊用戶,例如航空界或飛行愛好者等,提供一套較全面的參考預報資料。為方便使用者理解天氣預測圖,下文會對一些關鍵但可能較為陌生的氣象術語逐一簡介。有興趣的讀者,可進一步參考天文台的“天氣圖解讀及天氣預報基礎課程”及“數值天氣預報基礎課程”講義。

 

天氣圖分類

天氣圖可簡單分為「地面」和「高空」兩大類。「地面」其實泛指地球表面,在不同地點,例如海洋或山脊上,可表示極不相同的高度。因此,在閱讀地面天氣、溫度、風向和風速圖時,要注意所代表的高度。另一方面,為方便比較不同的氣壓系統,氣壓圖則統一以平均海平面作為參考高度。

至於「高空」方面,由於常規的高空觀測與大氣分析都是在標準等氣壓面上進行,所以高空天氣圖亦習慣在等壓面上繪製。受地球引力所牽制,大氣密度與壓力會隨高度增加而下降。所以,在標準大氣中,氣壓單位可用來表達高度。下表列出了四個常用的標準等壓面與其海拔高度:

氣壓 大約海拔高度
200 百帕斯卡 12,000米
500 百帕斯卡 5,600米
700 百帕斯卡 3,000米
850 百帕斯卡 1,500米

 

流線

流線圖一般慣用於高空,展示某一時刻大氣運動流向的空間分佈。流線上隨著箭頭展示任何一點的流向,都是平行於該點的風向。下圖分別顯示北半球兩種常見環流系統的典型流線圖:(左圖) 流線以逆時針轉動並向中心匯聚,稱為氣旋;(右圖) 流線以順時針轉動而向外擴散,稱為反氣旋。(按:南半球情況剛好相反。)

氣旋 反氣旋
氣旋 反氣旋

 

高空的氣旋和反氣旋,往往與地面的低壓區和高壓區有密切的關係。低空氣旋表徵水平匯聚、垂直上升的不穩定氣流,可以導致惡劣天氣產生;低空反氣旋則代表水平輻散、垂直下沉的穩定流場,伴隨著晴朗的天氣。

 

渦度

渦度,是表示氣流的旋轉程度和旋轉方向的一個物理量。氣旋和反氣旋環流的渦度分別會取正值和負值。渦度正值越高的地方,表示氣旋環流越強。850百帕斯卡的渦度圖,以顏色顯示正渦度區域。配合流線,可以清楚標示壞天氣出現機會較大的地方。

 

相對濕度

高空相對濕度圖,反映大氣中水氣含量的空間分佈。由於水氣是產生雲的先決條件,在相對濕度高的地方,出現雲的機會較大。若再有環流及其他氣象條件配合的話,更可以有降雨現象。從700 百帕斯卡的相對濕度圖,可以幫助估計大氣中層和低層的雲量分佈和厚度。

 

位勢高度

位勢,又稱重力位勢,是空氣在地球重力場中蘊藏的能量。在大氣中,位勢會隨高度和緯度而變化。在等壓面天氣圖上,位勢高的地方位能較高,位勢低的地方位能較低,高空的氣流會由前者流向後者,情況有點像河川根據山脊高低的分佈而流動一樣。同時,位勢相對較高及較低的區域,亦與高壓區及低壓區互相呼應。為方便大氣分析,一般會再把位勢轉換(除以重力常數)成位勢高度,單位由能量變成高度,以「位勢米」表示。從500百帕斯卡的位勢高度圖,可清楚檢視大尺度的重要天氣系統,例如西風長波槽或副熱帶高壓脊等等。這些大尺度的槽脊系統往往決定了大規模的冷暖空氣活動,以至颱風或其他高空擾動的移動路徑。

 

高空急流

高空急流是圍繞地球的一條強而窄的高速氣流帶,集中在對流層上部或平流層中,在中高緯西風帶內或在低緯度地區都可出現。其水平長度達幾千以至上萬公里,寬數百公里,厚幾公里。急流中心風速有時可達每小時200至300公里,而且可以有一個或多個風速極大中心,具有強大的水平切變和垂直切變。比方說,河流中央的流水急速,當遇上近岸的緩緩水流時,便會產生波浪、漩渦、甚至湍流。同樣道理,高空急流附近因有強大的風切變,湍流情況也可能在高空中出現。若飛機遇上這種現象,機身會變得顛簸不定,有一定的危險性。有趣的是,飛機師不一定會因而避開高空急流。相反,若航道配合的話(一般是由西至東飛行),飛行員往往會騎上高空急流,以利用它的高速氣流去大大縮短飛行時間以及節省燃料。在200百帕斯卡的高空急流圖中,風速大於每小時150公里的區域會塗上不同的顏色,以清楚標示高空急流的位置。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

最近修訂日期: <2012年12月21日>