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香港高空气象观测

早期高空探测工作

测风气球

图1 工作人员手持气球准备施放

 

气球测风:

 香港天文台在一九二一年开始利用测风气球作高空探测。从一九三零年起每日两次定时探测大气。一九五零年二月起根据世界气象组织的建议,增至每日4次。测风气球(图1)充以适量氢气来上升,并由天文台总部(图2)屋顶的一部经纬仪追踪。晚上,气球上挂有一个灯笼,方便追踪之用。从气球的仰角及方位,和气球升空的速度,可计算出不同高度的风向和风速。这是全凭目视观测的量度方法,当遇上有低云影响视野时,探空工作便无法进行。

天文台总部

图2 一班工作人员早期在天文台施放测风气球

 

气象探测飞行:

 天文台在一九四七年三月开始利用装置探测仪器的飞机量度高空气温和湿度。量度工作最初由远东航空训练学校担任,至一九四九年二月,这项工作由香港飞行协会接替。上述飞行一直维持至一九四九年十一月无线电探空仪(图3)投入服务为止。

无线电探空仪

图3 无线电探空仪

 

无线电探空仪:

 天文台于一九四九年在总部装置首套无线电探空系统,用来测定高空气象资料。一九五一年,在京士柏一个小山上觅得一个适合放出探空气球的地方,建立了一个高空气象站(图4)。

京士柏气象站

图4 1950年代的京士柏高空气象站

 

在进行高空探测时,氢气球上挂上一个无线电探空仪及一个雷达反射器。无线电探空仪将感应元件量度到的气压、气温及湿度数据,用无线电波送回地面站。同一时间,雷达不停追踪着雷达反射器,测定其距离、方位及仰角,以计算风向和风速。探空气球可升至30公里高才爆裂。获取的气象资料可绘制成方便气象人员参看的温熵图(图5)。

温熵图

图5 温熵图显示高空的气温、露点及风

 

一九八一年一套微科拉(MicroCORA)自动探空系统在天文台投入服务。与以往无线电相比,该系统在测风方面则采用了一种新的概念,利用世界性「奥米茄」导航站网的甚低频信号(10-13kHz)来计算出高空风向和风速,无需用雷达追踪探空仪位置。微科拉系统于一九九三年退役,由数码科拉(DigiCORA)系统(图6)接替,探空工作进入了全数码化时代。

数码科拉(DigiCORA)系统

图6  数码科拉(DigiCORA)系统

 

高空探测工作的新发展

全球定位系统(GPS)测风技术:

 天文台由一九九七年开始使用GPS测风技术。在探测过程中,无线电探空仪和地面站均装有特别天线,接收GPS信号,再加入有关卫星轨道的数据,便可计算出高空风向和风速。这套GPS测风系统的准确度极高,兼且不易受闪电及雷暴等恶劣天气影响。

『罗兰-C』(Loran-C)测风技术:

 除应用GPS外,天文台在一九九九年起还使用「罗兰-C」无线电导航系统来测量高空风。与「奥米茄」相似,「罗兰-C」也是一套长程导航系统,在没有恶劣天气情况下,其测风效果十分稳定,是GPS技术外另一较为便宜的选择。

气流剖析仪:

 天文台于一九九六年在深水埗装置了第一台气流剖析仪,主要用于监测地面上空数公里的风向和风速,以保障飞行安全。深水埗气流剖析仪分别于一九九九年和二零零七年取代了在香港时间清晨2时和下午2时发放的无线电探空仪,发出风向和风速的资料。为配合赤鱲角机场的运作,天文台亦先后于沙螺湾、小蚝湾(图7)及长洲装置了气流剖析仪。现时合共四台气流剖析仪不断地监测机场附近及市区上空的风场。

气流剖析仪系统

图7 位于小蚝湾的气流剖析仪

 

自动高空探测系统:

 二零零四年天文台引入东南亚首台全自动高空探测系统(图8),令香港的高空气象观测工作进入全自动化的年代。该系统自动将气球充气及发放,不但能降低营运成本及提升工作效率,更保障员工的工作安全。自二零零八年底起,氦气取代氢气为气球充气,进一步提高员工的安全。

全自动高空探测系统结构

图8 自动高空探测系统的结构

 

 

预设工序

图9 预设无线电探空仪工序

 

 

自动高空探测系统内置有环形贮存装置,可存放24个无线电探空仪,并按照电脑输入的预设时间,每日分别于两个时段(香港时间上午8时及晚上8时)顺序发放。经过预设工序(图9)后,其他所有工序均由该系统(图10)自动操作。当整个过程完成后,工作人员可以遥控整理所得资料,经核实后便即时发放至世界各气象中心。

全自动高空探测系统

图10 自动高空探测系统发放气球的一刹那

 

最近修订日期: <2014年3月4日>