2024年4月1至2日的罕見事件:香港受南風影響而能見度下降
2024年5月8日
陳營華、鄧偉豪、劉子麒
1. 本地能見度下降
香港於2024年4月1至2日發生了一次罕見的事件，在廣東沿岸地區普遍受偏南氣流影響期間，本港能見度出現了異常下降的情況（圖1）。由4月1日傍晚至4月2日凌晨，橫瀾島的能見度降至5公里以下，這種能見度逐漸下降的情況並未呈現出香港在春季受潮濕海洋氣流影響時霧或薄霧產生的典型特徵——即橫瀾島的能見度在該情況下會傾向急促下降。 4月1至2日本地能見度的緩慢下降可能由其他因素造成。
圖1︰2024年4月1至2日赤鱲角、中環碼頭、西灣河及橫瀾島能見度的時間序列。
2. 空氣中懸浮粒子濃度變化
透過分析2024年4月1至2日香港空氣中懸浮粒子的濃度，可觀察到4月1日後半段可吸入懸浮粒子（PM10）、微細懸浮粒子（PM2.5）及二氧化硫（SO2）的濃度均升至較高水平（圖2）。
圖2︰2024年4月1至2日空氣懸浮粒子（PM10及PM2.5）及二氧化硫（SO2）濃度（基於所有香港一般監測站的平均值）的時間序列（資料來源︰環境保護署）。
3. 地面天氣觀察
若懸浮粒子不是全由本地源頭所產生，它們很可能是被大氣風場吹送至香港。參考2024年4月1日20時00分（香港時間，下同）的地面氣壓圖，一股偏南氣流影響着廣東沿岸（圖3a），而中南半島及呂宋北部正大範圍受到煙霞影響（圖3b）。根據925百帕斯卡（離地面約0.8公里）和850百帕斯卡（離地面約1.5公里）的高空風場資料，香港上空在這兩層高度基本上吹南至西南風（圖3c和3d）。
圖3︰2024年4月1日20時00分的地面氣壓圖（圖a）、天氣觀測圖（圖b）、925百帕斯卡（圖c）和850百帕斯卡（圖d）的高空風場。圖b中「
」和「
」分別表示受煙霞（haze）和煙（smoke）影響而引致能見度下降的地區。
」和「 」分別表示受煙霞（haze）和煙（smoke）影響而引致能見度下降的地區。4. 衛星觀測
我們透過遙感技術參考了地球同步衛星「風雲四號B星」（FY-4B）和「韓國地球同步多用途衛星二號B星」（GK-2B）的圖像。2024年4月1日16時00分的FY-4B真彩圖像顯示中南半島、北部灣及南海北部出現大量氣溶膠（圖4a紅色橢圓圈）。同時，FY-4B的熱點探測產品（圖4b和4c小圖中的紅點）顯示中南半島發生大規模山火，反映該區正進行大範圍的生物質燃燒活動。GK-2B於14時45分左右的圖像顯示北部灣和南海西北部出現高的氣溶膠光學厚度（AOD）數值（圖5）。南海北部的氣溶膠可能隨著偏南氣流飄向廣東沿岸地區，引致香港地區的能見度於2024年4月1日後期出現下降。
圖4︰2024年4月1日16時00分的FY-4B真彩圖像（紅點為FY-4B探測到的熱點，表示中南半島多區發生山火）（資料來源︰中國氣象局國家衛星氣象中心）。
圖5︰2024年4月1日14時45分左右GK-2B負載的地球同步環境監測光譜儀（GEMS）所測量到的氣溶膠光學厚度（AOD）（資料來源：韓國國家環境研究院）。
5. 雷達觀察
有趣的是，2024年4月2日凌晨的雷達圖像顯示南海西北部上空出現回波，當時本地能見度仍然偏低。2024年4月2日02時00分左右大老山天氣雷達的0.1度仰角平面位置顯示方式（PPI）掃描得出的反射率（圖6a）及多普勒風場（圖6b）圖像均顯示回波位於香港西南200公里以外且高度在3公里或以上，並逐漸移近沿岸地區。
大老山天氣雷達譜寬度圖像（圖6c）顯示回波的相關譜寬度值較低，不是位於湍流較大的環境，更重要的是大老山天氣雷達相關係數（CC）圖像顯示回波的CC值相當低（< 0.8），表示回波本質上可能是非氣象物體。
圖6︰2024年4月2日02時00分左右大老山天氣雷達探測到的反射率（圖a）及多普勒風場（圖b）圖像。圖c和圖d分別為同時間大老山天氣雷達探測到的譜寬度和相關係數圖像。
6. 軌跡路線分析
由於2024年4月2日香港已錄得氣溶膠濃度上升而引致能見度下降，透過2024年4月2日08時00分的三天反軌跡路線分析可推斷氣溶膠的來源，結果發現氣溶膠可能源於呂宋以西海域（圖7）。恰巧的是，根據菲律賓火山暨地震研究所（PHIVOLCS）的報告，2024年3月下旬位於菲律賓馬尼拉以南約65公里的塔阿爾火山（Taal）釋出大量二氧化硫，但衛星圖像並未觀測到明顯的火山灰或灰塵噴發。從GK-2B二氧化硫柱的觀測，證實相關的二氧化硫氣團在2024年4月1日朝北向華南沿岸地區擴散（圖8）。追蹤二氧化硫氣團的擴散，塔阿爾火山釋出的微塵和氣溶膠有可能向北飄移並於2024年4月1至2日影響廣東沿岸地區。
圖7︰2024年4月2日08時00分的三天反軌跡路線分析。
圖8︰GK-2B於2024年4月1日14時45分左右量度得的二氧化硫柱密度（資料來源：韓國國家環境研究院）。
參考FY-4B於中南半島探測到的熱點位置，我們進行了正向軌跡路線分析以評估生物質燃燒産生的氣溶膠，特別是當低層風場於2024年3月31日普遍轉為西南風吹向華南沿岸的時候的擴散情況。圖9顯示2024年3月31日08時00分開始起的四天正向軌跡路線（氣溶膠釋出高度為300米），部分軌跡路線顯示氣溶膠會擴散至南海西北部及海南島東南面對出海域，這與衛星及雷達觀測結果一致。然而，香港於2024年4月1日較後時間已經觀測到氣溶膠的含量上升，正向軌跡的路徑在時間上稍為延遲了。
圖9︰2024年3月31日08時00分開始起的四天正向軌跡路線分析。對於靠近海南島及影響南海西北部的紅色軌跡，黑色圓圈標示氣溶膠於4月2日08時00分（即釋出48小時後）的位置。
7. 二氧化硫擴散模擬
假設二氧化硫源頭為某一濃度，我們利用擴散模型FLEXPART評估二氧化硫氣團從塔阿爾火山釋出後能否到達華南沿岸地區。根據PHIVOLCS的報告，設定二氧化硫於2024年3月30日08時00分在1公里高度釋出，而當時南海北部低層普遍吹偏南風，模擬結果顯示二氧化硫氣團可於2024年4月2日到達廣東東部沿岸（圖10），夾雜在二氧化硫氣團的微塵或氣溶膠有可能影響到香港和廣東東部沿岸地區。
圖10︰菲律賓塔阿爾火山所噴發的二氧化硫氣團擴散模擬結果。二氧化硫氣團可隨低層偏南氣流向北飄散，於2024年4月2日影響廣東東部。
8. 高空分析
香港地區能見度下降及PM10和PM2.5濃度上升意味著2024年4月1日後期有氣溶膠從南面抵達本港。我們透過分析高空廓線以評估低層大氣溫度及露點溫度有否出現顯著變化，結果（圖11a至d）顯示2024年4月1日20時00分（圖11c）和2024年4月2日08時00分（圖11d）約1.5公里高的露點溫度出現明顯下降。在南至西南風影響下，低層大氣通常應該較為潮濕，2024年3月31日20時00分及2024年4月1日08時00分的高空廓線（圖11a和b）就顯示了這特徵。露點溫度的驟降並不尋常，可能與氣溶膠的影響有關。考慮到上文第6段討論的正向軌跡路線結果，生物質燃燒産生的氣溶膠可能飄移至華南沿岸地區的上空（圖9），這是否能完全解釋高空廓線中露點溫度的下降有待進一步研究。
圖11︰根據探空儀測量的5公里以下空氣溫度和露點溫度的垂直變化。觀測時間為2024年3月31日20時00分（圖a）、2024年4月1日08時00分（圖b）、2024年4月1日20時00分（圖c）及2024年4月2日08時00分（圖d）。
9. 初步觀測結果總結
2024年4月1至2日香港受南風影響下出現罕見的能見度下降，這事件不似受霧或薄霧的影響導致，而很可能由其他因素造成。中南半島和呂宋北部在上述時段大範圍出現煙霞現象，而FY-4B於2024年4月1日16時00分的真彩圖像似乎顯示氣溶膠廣泛覆蓋南海北部。GK-2B於2024年4月1日14時45分左右的AOD測量結果顯示北部灣和南海西北部出現高的AOD數值，與FY-4B觀測一致。大老山天氣雷達於2024年4月2日02時00分左右的反射率圖像顯示香港西南200公里以外探測到回波且高度達3公里或以上，回波逐漸移近沿岸地區。由於回波的CC值偏低，表示散射粒子具有非氣象特徵。大老山天氣雷達的觀測反映南海西北部上空的散射粒子可能是氣溶膠或微塵。
反軌跡分析顯示2024年4月1至2日影響香港的氣溶膠可能源自呂宋以西海域。從GK-2B觀測，氣溶膠可能由塔阿爾火山噴出並隨二氧化硫氣團向北擴散。正向軌跡路線分析推斷中南半島由生物質燃燒產生的氣溶膠也可能向華南沿岸地區擴散，但過程上與2024年4月1日後期香港氣溶膠濃度出現上升的時序並不太吻合。若生物質燃燒產生的氣溶膠曾飄移至香港上空，這可能導致2024年4月1日20時00分和2024年4月2日08時00分高空廓線1.5公里高度層的露點溫度驟降。
擴散模型FLEXPART的結果支持二氧化硫氣團於2024年4月2日到達廣東東部沿岸的推論，這或許解釋到為何2024年4月1至2日西灣河和橫瀾島的能見度下降比赤鱲角的更為嚴重（圖1）。