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天文台首次施放氣球以霜點濕度計探測高空水汽含量

2020年12月31日

林學賢   李淑明

香港天文台在2020年於京士柏高空氣象站首次施放氣球探測高空水汽含量的變化,該站已成為世界氣象組織的GRUAN候選成員。GRUAN是「全球氣候觀測系統參考高空網絡」Global Climate Observing System Reference Upper-Air Network的英文簡稱,世界氣象組織建立此網絡的目的是為氣象界提供長期且高品質的高空氣候數據,以供研究高空氣象要素的趨勢和變化之用。數據亦幫助數值天氣模式分析,以及校準和驗證衛星觀測數據。

GRUAN成員的重要任務是收集準確的高空水汽觀測數據,香港天文台為此特別添置「低溫霜點濕度計」Cryogenic Frostpoint Hygrometer,繫於探空氣球作高空觀測。相比傳統的探空儀,「低溫霜點濕度計」縱使在濕度極低的高空,仍能快速和準確地測量大氣中的霜點溫度,從而計算水汽含量數據(大家常用的「相對濕度」,是反映空氣中的水汽含量有多接近飽和程度,其值會隨著溫度而變化)。惟濕度計需要使用低至攝氏零下80度的冷凍劑保持低溫方可正常運作,因此在施放氣球前要特別小心地為儀器灌注冷凍劑(視頻一)。

視頻一: 先注入冷凍劑為「低溫霜點濕度計」保持低溫,繼而施放氣球並收集數據。

在施放探空氣球後,「低溫霜點濕度計」隨氣球緩緩上升至離地面約三十公里高的平流層,沿途即時收集霜點數據,經處理後便能得出準確的大氣水汽含量數據。

天文台自2020年10月開始按要求每月施放「低溫霜點濕度計」探空氣球一次。圖一為最近一次施放氣球所獲得的數據。天文台往後會繼續每月施放一次載有「低溫霜點濕度計」的探空氣球,提供長期和可靠的大氣水汽含量數據給位於德國的GRUAN總部進行分析和存檔。

2020年12月17日水汽含量隨高度的變化
圖一 2020年12月17日水汽含量隨高度的變化