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激光雷達『眼』中的龍捲風

激光雷達『眼』中的龍捲風

李子維
2021年1月



「今日(25/9)下午4時許在赤鱲角出現龍捲風,維持約20分鐘,天文台位於機場的攝影機拍到當時的情況,而機場的激光雷達亦偵測得到…..」這是天文台在2020年9月25日的臉書貼文,內裏提及的激光雷達是如何偵測龍捲風呢?
激光雷達的探測原理是透過發射紅外線光束,並接收自空氣中懸浮粒子反射的紅外線,以多普勒原理量度懸浮粒子的移動速度,推導出風速。但由於多普勒原理只反映徑向速率,因此激光雷達看到的龍捲風只有其「向內走、向外走」的部分,沒有「向左走、向右走」的部分,如圖一那樣。
與機場多普勒雷達相比,激光雷達由於擁有較高的水平分辨率,所以可更仔細地觀察水平尺度較細小的龍捲風。亦因為激光雷達是量度懸浮粒子的移動速度,所以可在細雨的環境下作出偵察。
相對於肉眼的觀測,激光雷達可以清楚界定龍捲風的旋轉方向。以9月25日的龍捲風作例子,從激光雷達的位置看,位於龍捲風中心左側的風往外吹,而右側是往內吹,所以可以清楚斷定龍捲風是順時針方向旋轉(圖二)。
圖一
圖一 : 激光雷達只能看到「向內走、向外走」(黑色箭咀)的部分。(設計圖片)
圖二: 啡色範圍代表風從雷達往外吹的區域,綠色則是風向雷達往內吹的區域。由於龍捲風中心左側的風往外吹(紅色箭咀),而右側是往內吹(粉紅色箭咀),所以這個龍捲風是順時針方向旋轉。