天文台靠氣球「朝八晚八」探空 京士柏成首個認證百年高空觀測站

撰文:勞敏儀
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抬頭看見紅色氣球在空中飄揚,或許是來自天文台京士柏高空氣象站,負責為本港探測高空氣候數據的先鋒。天文台利用高空探測氣球,每日「朝八晚八」恆常探測高空溫度、濕度、氣壓、風向和風速,掛8號風球的打風日子,升探測氣球次數更要增至四次。
天文台人員最初憑肉眼追蹤探測氣球去向,至後期改為自動化操作及探測,連同世界各地逾百個高空氣象站,同一時間釋放探測氣球,將收集的數據放入電腦模式運算,有助提升九天天氣預報的準確性。京士柏高空氣象站今年六月,更成為全球首個獲世界氣象組織認證的百年高空觀測站。

▼京士柏氣象站高空觀測▼

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天文台放氣象探測氣球的歷史,可追溯至1921年。當年天文台人員,在尖沙咀總部放測風氣球,利用經緯儀及一雙眼,追蹤氣球計算高空風向風速。天文台科學主任林學賢表示,「若天氣非常不好、好大霧、能見度低,可能一放上去不久就看不到(氣球),或雲層較低較厚,短時間內就追蹤不到」,但在百年前沒有雷達衛星的年代,已是最好的選擇。

第一代無線電探空儀重逾一公斤

直至40年代末,尖沙咀總部添置首套無線電探空系統。把掛上無線電探空儀的氣球注入氫氣,升空後探空儀將測量到的高空氣溫、濕度及氣壓數據,用無線電波送回總部地面站。但是,仍依靠天文台總部屋頂的一部經緯儀追蹤氣球,從氣球的仰角、方位及升空速度,計算不同高度的風向和風速。

林學賢說,當年的無線電探空儀較笨重,儀器連電池重逾一公斤,每次操作需動用三人,分別負責操作無線電探空儀、釋放探測氣球及操作雷達追蹤氣球。氣球可升上逾30公里高空,受壓爆破後,內藏的降落傘張開,無線電探空儀最終緩慢下降到地面或海面。

京士柏高空氣象站啟用逾70載

當尖沙咀總部周邊建築物增多,不利高空氣象觀測,天文台在京士柏一個小山上另覓土地放探空氣球,1951年6月京士柏高空氣象站正式啟用。同年,高空探測氣球除掛上無線電探空儀,亦加入雷達反射器,工作人員借助裝設於地面的陸軍雷達追蹤反射器,測定其距離、方位及仰角,計算上空風向和風速。至90年代末,探空儀開始使用全球衛星定位系統(GPS)測風技術,無線電探空儀和地面站均裝有特別天線接收GPS信號,完全取代經緯儀。

京士柏高空觀測站距離天文台總部約一公里,環境相對開揚,適合施放探空氣球。(蘇煒然攝)

每日恆常放兩個氣球 成本4,000元

隨科技改進,無線電探空儀已由最初逾一公斤,減磅至現時少於100克,氣球由使用氫氣轉用氦氣增加安全性,2004年天文台亦裝設東南亞首台全自動高空探測系統,氣球自動充氣及發放,降低運作成本及提升工作效率。

林學賢表示,高空氣壓較地面低,升得越高,氣球膨脹得越大;倘過量充氣,影響無線電探空儀上升速度,升得太快令接收的數據較疏落,亦會提早爆破,故以每秒上升五、六米最理想,至某個高度爆破後,殘骸最遠可隨風漂泊至距離香港100公里以外地方。

林又指,每次放氣球成本約2,000元,高空探測數據並非直接反映在未來天氣預測,但當全球超過170個高空氣象站,同時釋放探空氣球收集高空天氣數據,放入電腦模式運算後,令預報更準確。

他解釋指,地面數據僅反映當下地面狀況,但氣候數值模擬則有預測成分,最主要依靠高空數據,「憑氣球睇到高空空氣如何流動,影響高空哪裡較濕較乾、風向風力如何,影響地面天氣,例如附近中層水氣增加,令雲量較多」,相信靠氣球直接探測的數據較衛星雷達更實在。

林學賢表示,要成為獲世界氣象組織認可的百年高空觀測站,除了歷史性,也要考慮是否擁有較長數據及仍在運作。(蘇煒然攝)
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