2024年4月1至2日的罕见事件:香港受南风影响而能见度下降
2024年5月8日
陈营华、邓伟豪、刘子麒
1. 本地能见度下降
香港于2024年4月1至2日发生了一次罕见的事件，在广东沿岸地区普遍受偏南气流影响期间，本港能见度出现了异常下降的情况（图1）。由4月1日傍晚至4月2日凌晨，横澜岛的能见度降至5公里以下，这种能见度逐渐下降的情况并未呈现出香港在春季受潮湿海洋气流影响时雾或薄雾产生的典型特征——即横澜岛的能见度在该情况下会倾向急促下降。 4月1至2日本地能见度的缓慢下降可能由其他因素造成。
图1︰2024年4月1至2日赤鱲角、中环码头、西湾河及横澜岛能见度的时间序列。
2. 空气中悬浮粒子浓度变化
透过分析2024年4月1至2日香港空气中悬浮粒子的浓度，可观察到4月1日后半段可吸入悬浮粒子（PM10）、微细悬浮粒子（PM2.5）及二氧化硫（SO2）的浓度均升至较高水平（图2）。
图2︰2024年4月1至2日空气悬浮粒子（PM10及PM2.5）及二氧化硫（SO2）浓度（基于所有香港一般监测站的平均值）的时间序列（资料来源︰环境保护署）。
3. 地面天气观察
若悬浮粒子不是全由本地源头所产生，它们很可能是被大气风场吹送至香港。参考2024年4月1日20时00分（香港时间，下同）的地面气压图，一股偏南气流影响着广东沿岸（图3a），而中南半岛及吕宋北部正大范围受到烟霞影响（图3b）。根据925百帕斯卡（离地面约0.8公里）和850百帕斯卡（离地面约1.5公里）的高空风场资料，香港上空在这两层高度基本上吹南至西南风（图3c和3d）。
图3︰2024年4月1日20时00分的地面气压图（图a）、天气观测图（图b）、925百帕斯卡（图c）和850百帕斯卡（图d）的高空风场。图b中「
」和「
」分别表示受烟霞（haze）和烟（smoke）影响而引致能见度下降的地区。
」和「 」分别表示受烟霞（haze）和烟（smoke）影响而引致能见度下降的地区。4. 卫星观测
我们透过遥感技术参考了地球同步卫星「风云四号B星」（FY-4B）和「韩国地球同步多用途卫星二号B星」（GK-2B）的图像。2024年4月1日16时00分的FY-4B真彩图像显示中南半岛、北部湾及南海北部出现大量气溶胶（图4a红色椭圆圈）。同时，FY-4B的热点探测产品（图4b和4c小图中的红点）显示中南半岛发生大规模山火，反映该区正进行大范围的生物质燃烧活动。GK-2B于14时45分左右的图像显示北部湾和南海西北部出现高的气溶胶光学厚度（AOD）数值（图5）。南海北部的气溶胶可能随著偏南气流飘向广东沿岸地区，引致香港地区的能见度于2024年4月1日后期出现下降。
图4︰2024年4月1日16时00分的FY-4B真彩图像（红点为FY-4B探测到的热点，表示中南半岛多区发生山火）（资料来源︰中国气象局国家卫星气象中心）。
图5︰2024年4月1日14时45分左右GK-2B负载的地球同步环境监测光谱仪（GEMS）所测量到的气溶胶光学厚度（AOD）（资料来源︰韩国国家环境研究院）。
5. 雷达观察
有趣的是，2024年4月2日凌晨的雷达图像显示南海西北部上空出现回波，当时本地能见度仍然偏低。2024年4月2日02时00分左右大老山天气雷达的0.1度仰角平面位置显示方式（PPI）扫描得出的反射率（图6a）及多普勒风场（图6b）图像均显示回波位于香港西南200公里以外且高度在3公里或以上，并逐渐移近沿岸地区。
大老山天气雷达谱宽度图像（图6c）显示回波的相关谱宽度值较低，不是位于湍流较大的环境，更重要的是大老山天气雷达相关系数（CC）图像显示回波的CC值相当低（< 0.8），表示回波本质上可能是非气象物体。
图6︰2024年4月2日02时00分左右大老山天气雷达探测到的反射率（图a）及多普勒风场（图b）图像。图c和图d分别为同时间大老山天气雷达探测到的谱宽度和相关系数图像。
6. 轨迹路线分析
由于2024年4月2日香港已录得气溶胶浓度上升而引致能见度下降，透过2024年4月2日08时00分的三天反轨迹路线分析可推断气溶胶的来源，结果发现气溶胶可能源于吕宋以西海域（图7）。恰巧的是，根据菲律宾火山暨地震研究所（PHIVOLCS）的报告，2024年3月下旬位于菲律宾马尼拉以南约65公里的塔阿尔火山（Taal）释出大量二氧化硫，但卫星图像并未观测到明显的火山灰或灰尘喷发。从GK-2B二氧化硫柱的观测，证实相关的二氧化硫气团在2024年4月1日朝北向华南沿岸地区扩散（图8）。追踪二氧化硫气团的扩散，塔阿尔火山释出的微尘和气溶胶有可能向北飘移并于2024年4月1至2日影响广东沿岸地区。
图7︰2024年4月2日08时00分的三天反轨迹路线分析。
图8︰GK-2B于2024年4月1日14时45分左右量度得的二氧化硫柱密度（资料来源：韩国国家环境研究院）。
参考FY-4B于中南半岛探测到的热点位置，我们进行了正向轨迹路线分析以评估生物质燃烧産生的气溶胶，特别是当低层风场于2024年3月31日普遍转为西南风吹向华南沿岸的时候的扩散情况。图9显示2024年3月31日08时00分开始起的四天正向轨迹路线（气溶胶释出高度为300米），部分轨迹路线显示气溶胶会扩散至南海西北部及海南岛东南面对出海域，这与卫星及雷达观测结果一致。然而，香港于2024年4月1日较后时间已经观测到气溶胶的含量上升，正向轨迹的路径在时间上稍为延迟了。
图9︰2024年3月31日08时00分开始起的四天正向轨迹路线分析。对于靠近海南岛及影响南海西北部的红色轨迹，黑色圆圈标示气溶胶于4月2日08时00分（即释出48小时后）的位置。
7. 二氧化硫扩散模拟
假设二氧化硫源头为某一浓度，我们利用扩散模型FLEXPART评估二氧化硫气团从塔阿尔火山释出后能否到达华南沿岸地区。根据PHIVOLCS的报告，设定二氧化硫于2024年3月30日08时00分在1公里高度释出，而当时南海北部低层普遍吹偏南风，模拟结果显示二氧化硫气团可于2024年4月2日到达广东东部沿岸（图10），夹杂在二氧化硫气团的微尘或气溶胶有可能影响到香港和广东东部沿岸地区。
图10︰菲律宾塔阿尔火山所喷发的二氧化硫气团扩散模拟结果。二氧化硫气团可随低层偏南气流向北飘散，于2024年4月2日影响广东东部。
8. 高空分析
香港地区能见度下降及PM10和PM2.5浓度上升意味著2024年4月1日后期有气溶胶从南面抵达本港。我们透过分析高空廓线以评估低层大气温度及露点温度有否出现显著变化，结果（图11a至d）显示2024年4月1日20时00分（图11c）和2024年4月2日08时00分（图11d）约1.5公里高的露点温度出现明显下降。在南至西南风影响下，低层大气通常应该较为潮湿，2024年3月31日20时00分及2024年4月1日08时00分的高空廓线（图11a和b）就显示了这特征。露点温度的骤降并不寻常，可能与气溶胶的影响有关。考虑到上文第6段讨论的正向轨迹路线结果，生物质燃烧産生的气溶胶可能飘移至华南沿岸地区的上空（图9），这是否能完全解释高空廓线中露点温度的下降有待进一步研究。
图11︰根据探空仪测量的5公里以下空气温度和露点温度的垂直变化。观测时间为2024年3月31日20时00分（图a）、2024年4月1日08时00分（图b）、2024年4月1日20时00分（图c）及2024年4月2日08时00分（图d）。
9. 初步观测结果总结
2024年4月1至2日香港受南风影响下出现罕见的能见度下降，这事件不似受雾或薄雾的影响导致，而很可能由其他因素造成。中南半岛和吕宋北部在上述时段大范围出现烟霞现象，而FY-4B于2024年4月1日16时00分的真彩图像似乎显示气溶胶广泛复盖南海北部。GK-2B于2024年4月1日14时45分左右的AOD测量结果显示北部湾和南海西北部出现高的AOD数值，与FY-4B观测一致。大老山天气雷达于2024年4月2日02时00分左右的反射率图像显示香港西南200公里以外探测到回波且高度达3公里或以上，回波逐渐移近沿岸地区。由于回波的CC值偏低，表示散射粒子具有非气象特征。大老山天气雷达的观测反映南海西北部上空的散射粒子可能是气溶胶或微尘。
反轨迹分析显示2024年4月1至2日影响香港的气溶胶可能源自吕宋以西海域。从GK-2B观测，气溶胶可能由塔阿尔火山喷出并随二氧化硫气团向北扩散。正向轨迹路线分析推断中南半岛由生物质燃烧产生的气溶胶也可能向华南沿岸地区扩散，但过程上与2024年4月1日后期香港气溶胶浓度出现上升的时序并不太吻合。若生物质燃烧产生的气溶胶曾飘移至香港上空，这可能导致2024年4月1日20时00分和2024年4月2日08时00分高空廓线1.5公里高度层的露点温度骤降。
扩散模型FLEXPART的结果支持二氧化硫气团于2024年4月2日到达广东东部沿岸的推论，这或许解释到为何2024年4月1至2日西湾河和横澜岛的能见度下降比赤鱲角的更为严重（图1）。