激光雷达『眼』中的龙卷风
激光雷达『眼』中的龙卷风
李子维
2021年1月
「今日(25/9)下午4时许在赤鱲角出现龙卷风,维持约20分钟,天文台位于机场的摄影机拍到当时的情况,而机场的激光雷达亦侦测得到…..」这是天文台在2020年9月25日的脸书贴文,内里提及的激光雷达是如何侦测龙卷风呢?
激光雷达的探测原理是透过发射红外线光束,并接收自空气中悬浮粒子反射的红外线,以多普勒原理量度悬浮粒子的移动速度,推导出风速。但由于多普勒原理只反映径向速率,因此激光雷达看到的龙卷风只有其「向内走、向外走」的部分,没有「向左走、向右走」的部分,如图一那样。
与机场多普勒雷达相比,激光雷达由于拥有较高的水平分辨率,所以可更仔细地观察水平尺度较细小的龙卷风。亦因为激光雷达是量度悬浮粒子的移动速度,所以可在细雨的环境下作出侦察。
相对于肉眼的观测,激光雷达可以清楚界定龙卷风的旋转方向。以9月25日的龙卷风作例子,从激光雷达的位置看,位于龙卷风中心左侧的风往外吹,而右侧是往内吹,所以可以清楚断定龙卷风是顺时针方向旋转(图二)。

图一 : 激光雷达只能看到「向内走、向外走」(黑色箭咀)的部分。(设计图片)

图二: 啡色范围代表风从雷达往外吹的区域,绿色则是风向雷达往内吹的区域。由于龙卷风中心左侧的风往外吹(红色箭咀),而右侧是往内吹(粉红色箭咀),所以这个龙卷风是顺时针方向旋转。