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香港天氣雷達觀測

引言:

RADAR (雷達)一詞是RAdio Detection And Ranging的縮寫,意思是以無線電波探測及測距。雷達發明於二次世界大戰前夕,最初用於軍事上。其後雷達應用涵蓋多個領域,其中一項重要的用途是天氣監察。透過探測大氣中的雨點,天氣雷達能非常有效地監察在香港出現的惡劣天氣,例如熱帶氣旋、雷暴和大雨。

天氣雷達的工作原理:

雷達不停發出微波脈沖,經大氣中的雨點反射,通過量度這些反射回來的訊號,就能探測到大氣中的降雨。一般來說,反射回來的訊號越強,雨勢就越大。至於雨區與雷達之間的距離,則可利用微波往返雨區所需的時間而計算出來。

近年來多普勒天氣雷達越趨普及,它能夠量度雨點移近(或遠離)雷達的速度。多普勒原理可利用救護車響號的聲調轉變來解釋:當救護車走近時,聲調會升高;遠離時,聲調會降低。換句話說,救護車移近得越快,聲調越高。多普勒雷達利用同一原理:雨點移近雷達的速度越快,反射回來的微波頻率(即聲調)就越高(圖1)。透過這個頻率轉變,可導出雨點移近雷達的速度,從而替乘載這些雨點的風力提供了很好的估算。

多普勒天氣雷達的工作原理。

圖 1 多普勒天氣雷達的工作原理

 

香港天氣雷達:

香港天文台早於1959年在大老山安裝了首台天氣雷達。當時的雷達為Decca 41型,雨區是透過單色陰極射線管顯示出來。1966年,在首台雷達毗鄰添置了一台Plessey 43S型雷達。這台雷達除了可對大氣作垂直和水平的掃描外,還配備有電子儀器為回波的強度作不同特定灰度的遞減,並在陰極射線管顯示出來,使預報員能估計降雨的強度及垂直範圍。

1983年,天文台安裝了第一台配備電腦的雷達來替換Decca雷達。這雷達能將降雨的強弱,以不同的顏色顯示在雷達圖像上,讓預報員能更易於使用。除了對大氣作立體掃描外,這雷達還有其他產品,如雷達圖像動畫和利用外推法得出的雷達預報圖像。這些功能使預報員能更有效地監測雨區的移動和發展。(這台雷達已在2000年退役。)

天文台於1994年設置第一台多普勒天氣雷達(圖2a)以替換Plessey雷達。這台多普勒雷達不單能夠量度降雨的大小,也提供了雨區移動速度的有用資料。當熱帶氣旋出現在雷達監察範圍內時,這些資料對熱帶氣旋風力的估算發揮了重大作用。

香港的天氣雷達及其所在地點。

圖 2 香港的天氣雷達及其所在地點

 

1998年,天文台在位於赤鱲角新機場東北面約12公里的大欖涌,添置了一台機場多普勒天氣雷達(TDWR)。這台雷達(圖2b)專門探測機場附近出現的惡劣天氣,並就對流性風暴引起的微下擊暴流和風切變(圖3)作出預警,以確保在這種天氣情況下航機升降的安全。

1999年,天文台在大帽山添置了一台多普勒天氣雷達(圖2c),這標誌著香港天氣雷達史上另一個里程碑。這台雷達配備了大型天線(直徑約8.5米)及高穩定度的發射器,矗立於全港最高的山上掃描大氣。雷達搜集到的高分辨率數據,令預報員更清楚地掌握風暴結構,有助及時發出惡劣天氣的預警。

由於受地形和附近建築物的阻擋,或為避免與其他雷達產生互相干擾,單一雷達的覆蓋範圍在一些區域會受到限制。大帽山和大老山多普勒天氣雷達的結合使用,能夠綜合兩台雷達數據的雷達圖片(圖4),這在惡劣天氣下是特別有用的。此外,結合兩台雷達的多普勒風數據,更能算出香港附近的三維風場(圖5)。

機場多普勒天氣雷達在2002年5月20日觀測到龍捲風。

圖 3 機場多普勒天氣雷達在2002年5月20日觀測到龍捲風,圖中所見是典型的龍捲風標記。圖中冷色(藍、紫)及暖色(黃、紅)分別代表移近和遠離雷達的風向。紅圈內顏色對比鮮明的部份,顯示相反方向風力達至每小時約90公里。

 

在2001年7月25日早上颱風玉兔的風眼在香港西南偏南約200公里。

圖 4 結合大帽山和大老山兩台雷達的合成雷達圖像。圖中清楚可見在2001年7月25日早上颱風玉兔的風眼在香港西南偏南約200公里。

 

2000年6月18日一個熱帶低氣壓的旋轉中心正位於大嶼山東面水域上空。

圖 5 透過大帽山和大老山兩台雷達所得的多普勒風數據結合而計算出的風場(離海平面約1公里高)。圖中清楚顯示2000年6月18日一個熱帶低氣壓的旋轉中心正位於大嶼山東面水域上空。

 

為公眾及特別用戶提供的雷達資料:

無論是每日的電視天氣節目或是在惡劣天氣下舉行的特別簡報會上,天文台的專業人員不時會利用雷達圖像介紹天氣情況。此外,天文台亦有向航空界發放雷達圖像,供他們計劃航線和航班運作上使用。另一方面,公眾可從天文台的網頁上(網址:http://www.weather.gov.hk/wxinfo/radars/radarc.htm) 看到定時更新的雷達圖像(圖6)。

雷達圖像為2003年5月5日早上天文台雷達所觀測到的情況。

圖 6 雷達圖像為2003年5月5日早上天文台雷達所觀測到的情況。圖像顯示一道大雨帶正影響香港及華南沿岸部份地區。當時紅色暴雨警告信號正在生效。

 

 

最近修訂日期: <2014年3月4日>