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香港高空氣象觀測

早期高空探測工作

測風氣球

圖1 工作人員手持氣球準備施放

 

氣球測風:

 香港天文台在一九二一年開始利用測風氣球作高空探測。從一九三零年起每日兩次定時探測大氣。一九五零年二月起根據世界氣象組織的建議,增至每日4次。測風氣球(圖1)充以適量氫氣來上升,並由天文台總部(圖2)屋頂的一部經緯儀追蹤。晚上,氣球上掛有一個燈籠,方便追蹤之用。從氣球的仰角及方位,和氣球升空的速度,可計算出不同高度的風向和風速。這是全憑目視觀測的量度方法,當遇上有低雲影響視野時,探空工作便無法進行。

天文台總部

圖2 一班工作人員早期在天文台施放測風氣球

 

氣象探測飛行:

 天文台在一九四七年三月開始利用裝置探測儀器的飛機量度高空氣溫和濕度。量度工作最初由遠東航空訓練學校擔任,至一九四九年二月,這項工作由香港飛行協會接替。上述飛行一直維持至一九四九年十一月無線電探空儀(圖3)投入服務為止。

無線電探空儀

圖3 無線電探空儀

 

無線電探空儀:

 天文台於一九四九年在總部裝置首套無線電探空系統,用來測定高空氣象資料。一九五一年,在京士柏一個小山上覓得一個適合放出探空氣球的地方,建立了一個高空氣象站(圖4)。

京士柏氣象站

圖4 1950年代的京士柏高空氣象站

 

在進行高空探測時,氫氣球上掛上一個無線電探空儀及一個雷達反射器。無線電探空儀將感應元件量度到的氣壓、氣溫及濕度數據,用無線電波送回地面站。同一時間,雷達不停追蹤著雷達反射器,測定其距離、方位及仰角,以計算風向和風速。探空氣球可升至30公里高才爆裂。獲取的氣象資料可繪製成方便氣象人員參看的溫熵圖(圖5)。

溫熵圖

圖5 溫熵圖顯示高空的氣溫、露點及風

 

一九八一年一套微科拉(MicroCORA)自動探空系統在天文台投入服務。與以往無線電相比,該系統在測風方面則採用了一種新的概念,利用世界性「奧米茄」導航站網的甚低頻信號(10-13kHz)來計算出高空風向和風速,無需用雷達追蹤探空儀位置。微科拉系統於一九九三年退役,由數碼科拉(DigiCORA)系統(圖6)接替,探空工作進入了全數碼化時代。

數碼科拉(DigiCORA)系統

圖6  數碼科拉(DigiCORA)系統

 

高空探測工作的新發展

全球定位系統(GPS)測風技術:

 天文台由一九九七年開始使用GPS測風技術。在探測過程中,無線電探空儀和地面站均裝有特別天線,接收GPS信號,再加入有關衛星軌道的數據,便可計算出高空風向和風速。這套GPS測風系統的準確度極高,兼且不易受閃電及雷暴等惡劣天氣影響。

『羅蘭-C』(Loran-C)測風技術:

 除應用GPS外,天文台在一九九九年起還使用「羅蘭-C」無線電導航系統來測量高空風。與「奧米茄」相似,「羅蘭-C」也是一套長程導航系統,在沒有惡劣天氣情況下,其測風效果十分穩定,是GPS技術外另一較為便宜的選擇。

氣流剖析儀:

 天文台於一九九六年在深水埗裝置了第一台氣流剖析儀,主要用於監測地面上空數公里的風向和風速,以保障飛行安全。深水埗氣流剖析儀分別於一九九九年和二零零七年取代了在香港時間清晨2時和下午2時發放的無線電探空儀,發出風向和風速的資料。為配合赤鱲角機場的運作,天文台亦先後於沙螺灣、小蠔灣(圖7)及長洲裝置了氣流剖析儀。現時合共四台氣流剖析儀不斷地監測機場附近及市區上空的風場。

氣流剖析儀系統

圖7 位於小蠔灣的氣流剖析儀

 

自動高空探測系統:

 二零零四年天文台引入東南亞首台全自動高空探測系統(圖8),令香港的高空氣象觀測工作進入全自動化的年代。該系統自動將氣球充氣及發放,不但能降低營運成本及提升工作效率,更保障員工的工作安全。自二零零八年底起,氦氣取代氫氣為氣球充氣,進一步提高員工的安全。

全自動高空探測系統結構

圖8 自動高空探測系統的結構

 

 

預設工序

圖9 預設無線電探空儀工序

 

 

自動高空探測系統內置有環形貯存裝置,可存放24個無線電探空儀,並按照電腦輸入的預設時間,每日分別於兩個時段(香港時間上午8時及晚上8時)順序發放。經過預設工序(圖9)後,其他所有工序均由該系統(圖10)自動操作。當整個過程完成後,工作人員可以遙控整理所得資料,經核實後便即時發放至世界各氣象中心。

全自動高空探測系統

圖10 自動高空探測系統發放氣球的一剎那

 

最近修訂日期: <2014年3月4日>