香港天气雷达观测

引言：

RADAR (雷达)一词是RAdio Detection And Ranging的缩写，意思是以无线电波探测及测距。雷达发明于二次世界大战前夕，最初用于军事上。其后雷达应用涵盖多个领域，其中一项重要的用途是天气监察。透过探测大气中的雨点，天气雷达能非常有效地监察在香港出现的恶劣天气，例如热带气旋、雷暴和大雨。

天气雷达的工作原理：

雷达不停发出微波脉冲，经大气中的雨点反射，通过量度这些反射回来的讯号，就能探测到大气中的降雨。一般来说，反射回来的讯号越强，雨势就越大。至于雨区与雷达之间的距离，则可利用微波往返雨区所需的时间而计算出来。

近年来多普勒天气雷达越趋普及，它能够量度雨点移近(或远离)雷达的速度。多普勒原理可利用救护车响号的声调转变来解释：当救护车走近时，声调会升高；远离时，声调会降低。换句话说，救护车移近得越快，声调越高。多普勒雷达利用同一原理：雨点移近雷达的速度越快，反射回来的微波频率(即声调)就越高(图1)。透过这个频率转变，可导出雨点移近雷达的速度，从而替乘载这些雨点的风力提供了很好的估算。

图 1 多普勒天气雷达的工作原理

 

香港天气雷达：

香港天文台早于1959年在大老山安装了首台天气雷达。当时的雷达为Decca 41型，雨区是透过单色阴极射线管显示出来。1966年，在首台雷达毗邻添置了一台Plessey 43S型雷达。这台雷达除了可对大气作垂直和水平的扫描外，还配备有电子仪器为回波的强度作不同特定灰度的递减，并在阴极射线管显示出来，使预报员能估计降雨的强度及垂直范围。

1983年，天文台安装了第一台配备电脑的雷达来替换Decca雷达。这雷达能将降雨的强弱，以不同的颜色显示在雷达图像上，让预报员能更易于使用。除了对大气作立体扫描外，这雷达还有其他产品，如雷达图像动画和利用外推法得出的雷达预报图像。这些功能使预报员能更有效地监测雨区的移动和发展。(这台雷达已在2000年退役。)

天文台于1994年设置第一台多普勒天气雷达(图2a)以替换Plessey雷达。这台多普勒雷达不单能够量度降雨的大小，也提供了雨区移动速度的有用资料。当热带气旋出现在雷达监察范围内时，这些资料对热带气旋风力的估算发挥了重大作用。

图 2 香港的天气雷达及其所在地点

 

1998年，天文台在位于赤鱲角新机场东北面约12公里的大榄涌，添置了一台机场多普勒天气雷达(TDWR)。这台雷达(图2b)专门探测机场附近出现的恶劣天气，并就对流性风暴引起的微下击暴流和风切变(图3)作出预警，以确保在这种天气情况下航机升降的安全。

1999年，天文台在大帽山添置了一台多普勒天气雷达(图2c)，这标志著香港天气雷达史上另一个里程碑。这台雷达配备了大型天线(直径约8.5米)及高稳定度的发射器，矗立于全港最高的山上扫描大气。雷达搜集到的高分辨率数据，令预报员更清楚地掌握风暴结构，有助及时发出恶劣天气的预警。

由于受地形和附近建筑物的阻挡，或为避免与其他雷达产生互相干扰，单一雷达的复盖范围在一些区域会受到限制。大帽山和大老山多普勒天气雷达的结合使用，能够综合两台雷达数据的雷达图片(图4)，这在恶劣天气下是特别有用的。此外，结合两台雷达的多普勒风数据，更能算出香港附近的三维风场(图5)。

图 3 机场多普勒天气雷达在2002年5月20日观测到龙卷风，图中所见是典型的龙卷风标记。图中冷色(蓝、紫)及暖色(黄、红)分别代表移近和远离雷达的风向。红圈内颜色对比鲜明的部份，显示相反方向风力达至每小时约90公里。

 

图 4 结合大帽山和大老山两台雷达的合成雷达图像。图中清楚可见在2001年7月25日早上台风玉兔的风眼在香港西南偏南约200公里。

 

图 5 透过大帽山和大老山两台雷达所得的多普勒风数据结合而计算出的风场(离海平面约1公里高)。图中清楚显示2000年6月18日一个热带低气压的旋转中心正位于大屿山东面水域上空。

 

为公众及特别用户提供的雷达资料：

无论是每日的电视天气节目或是在恶劣天气下举行的特别简报会上，天文台的专业人员不时会利用雷达图像介绍天气情况。此外，天文台亦有向航空界发放雷达图像，供他们计划航线和航班运作上使用。另一方面，公众可从天文台的网页上(网址：https://www.weather.gov.hk/tc/wxinfo/radars/radar.htm) 看到定时更新的雷达图像(图6)。

图 6 雷达图像为2003年5月5日早上天文台雷达所观测到的情况。图像显示一道大雨带正影响香港及华南沿岸部份地区。当时红色暴雨警告信号正在生效。