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气流剖析仪

遥距感应一向是人类的梦想。时至今天,梦想已经实现了。接收人造卫星云图和利用雷达显示数百 公里内的降雨已经不是新鲜的事物了。

谈到天气,风和雨其实同样重要,天气预报的经验告诉我们从地面到数公里高的风都对天气有重要 影响。 但是我们知道组成风的空气是看不见的,而且是流体,没有固定形状和明确的边界范围。遥 距测风可以吗? 答案是专用测风的雷达已经于近年研制成功了。 以下让我简单介绍一下一套这样的 仪器和它的操作原理吧。

在1996年内,香港天文台共设置了两套气流剖析仪(以下简称剖析仪)。仪器分别安装在及沙螺湾 ,目的是为启德机场和新机场提供升降区航道上空风向及风速的资料。 剖析仪基本上是一部双天线阵 多普勒雷达。传统雷达的运作依靠无线电从固体目标如飞机等反射来的回波, 但剖析仪却是 利用大气里面不均匀折射区作为反射目标。不均匀的折射能改变无线电波在大气前进的方向,并同 时使部份能量折返雷达,帮助测量。

大气靠近地面约一公里的空气最易受地面环境影响,当风吹过高低不平的地形或地面受着不均的日 照时, 都可以在近距离内产生温度、湿度和气压的差异。这些差异,最终演变成旋涡,而这些旋涡 正是气流剖析仪作为 目标的东西。气流剖析仪追踪这些随风漂流的目标,从而得到空气流动的资 料。

跟传统雷达一样,剖析仪利用回波接收时间与所发出波束的时间差来计算目标的距离,又利用多普 勒原理 (回波的频率因目标移动而改变的相关定律) 计算目标移动的速度。可是,从空气折回的讯息 相对比从硬物折回 的微弱得多,而且信息量与噪音量相若,故需要超过百万次的回波收集及积分才 可以将信息与噪音分辨出来。整个过程需时最少数分钟,才可计算出不同高度的风向、风速及垂直 风速分布状况。

在过去一年多,香港的剖析仪运作顺利,表现令人满意。量度的风向和风速精确度和气球探空仪所 得的差不多。 我们曾多次利用它来观测重要天气事件,如台风,大雨和强寒潮等,每次都有叫人惊 喜的结果。

安装在沙螺湾的气流剖析仪

安装在沙螺湾的气流剖析仪

最近修订日期: <2014年4月1日>