天文台的高空臭氧监测
天文台的高空臭氧监测
江如秋
2015年4月
当我们提到「臭氧」时,你会第一时间联想到什么?很多人会立刻想到平流层内的「臭氧层」。「臭氧层」是指大部分臭氧积聚的地方,一般位于距离地球表面约20至30公里的高空。「臭氧层」能够有效阻挡直接使皮肤受伤及增加患皮肤癌风险的紫外线(紫外线C) (图一)。

图一 紫外线C被臭氧层阻挡,而紫外线A和部分的紫外线B能够穿越臭氧层到达地面
臭氧其实存在于整个大气层中,而它的浓度会随著地点、高度和季节有所变化。天文台自1993年起便测量高空的臭氧浓度,定时在京士柏气象站发放载有臭氧浓度探测仪器的探空气球(图二),以监测臭氧浓度在香港上空的变化。天文台是世界气象组织(WMO)全球大气监测网计划(GAW)的成员,所得的数据会传送至世界臭氧和紫外辐射数据中心(WOUDC),以作监测及分析之用。

图二 臭氧浓度探测仪器(附于探空气球下)在大气中进行测量
图三显示过往20年(1994-2013年)香港高空臭氧的平均浓度,可以看到臭氧浓度在离地面约20公里起急速上升至大约30公里高度的顶峰水平,这便是臭氧层在热带地区典型的高度范围。臭氧在对流层内的浓度是远低于在平流层内的,但其在一年当中有著较明显的变化。一般来说,对流层内的臭氧约占整个大气总臭氧量的15%,它的浓度在春季(三月至五月)普遍较高这相信跟全球大气环流变化有关。此外,一些天气要素如:风、水汽、日照时间及大气的稳定度亦会影响臭氧的浓度,而接近地面的臭氧浓度更会受人为的因素影响。

图三 由1994至2013年香港高空的臭氧平均浓度
举例说,在大陆气流影响下的一个阳光普照的日子,大气低层的臭氧浓度可显著地上升。图四显示了一个热带气旋个案的例子。台风海葵于2012年8月8日集结在华东,并为香港带来一股偏北的大陆气流,当日在3公里高度以下所观测到的臭氧浓度可上升至超过长期平均值的两倍以上(图五)!

图四 卫星云图显示台风海葵于2012年8月8日集结在华东,为华南沿岸带来一股偏北大陆气流。

图五 2012年8月8日香港高空臭氧浓度跟长期平均的比较。由地面至约3公里高度所观测到的臭氧浓度明显高于长期平均值。