長期數值預報圖

地台有網友報料, 上星期明報報導了深圳氣象局的預測(?), 指出明年一月中下旬可能出現 6-7 度的低溫. 雖然 6-7 度未必是特別低, 但也令人聯想我們有沒有可能找到這說法背後的理據.

早前看季預報時亦留意到歐中的月預報, 但因無法開戶, 不了了之. 最近到 ncep 下載模式資料時才發現美方的 CFS(climate forecast system; 在 nino 3.4 sst 預測圖也有這個模式)模式資料也放在網上. CFS 每天共有 4 個 run (為何是 4 個, 還有它們的分別在哪, 留待之後鑽研), 預報長度為未來九個月, 輸出資料為日資料. 也就是說, 只需下載過去十天資料就可以有 40 個 ensemble member, 每個月共有 1200 天的預報可作參考. 若資源足夠, 未來網站內將加入 CFS 的模式資料, 還可以做一些機率和分佈統計, 看看一月中下旬是否真的有極冷的可能.


連結:
http://www.ftp.ncep.noaa.gov/data1/nccf/com/cfs/prod/

厄爾尼諾答問四

網站快報: 今日本想將 GFS 的其他參數(相對濕度, 短波幅射, 雨量, 氣壓, 氣壓梯度)一拼劃出來, 無奈伺服器出了問題, 盼望能盡快解決.

厄爾尼諾弟四回主要靠天文台的 r789. 那是去年在一個會議發表的文章, 討論了厄爾尼諾對香港冬季溫度的影響. 共採用了 59 年資料, 當中有 17 年為厄爾尼諾, 19 年為拉尼娜, 23 年為正常. 冬季風強度則約均等分為三份: 偏冷, 正常, 和偏暖. 亦採用了天文台總部的溫度資料.

根據上表, 可看到厄暖拉冷的現象相當明顯. 如以天文台的溫度作標準, 減去氣候暖化的上升趨勢後, 亦可得到類似結論, 尤其以拉尼娜年偏冷較為顯著(見文中表二).

較有趣的, 是冬季風較弱的厄年, 寒潮數目反而較多(上圖). 文中圖二亦顯示在厄爾尼諾時, 冷日子的數目其實和正常或拉尼娜時差不多. 厄偏暖主要是暖日子多了. 寒潮較多的原因可能是波長較短移速較快. 文章的另一賣點是 500 hPa 阻塞高壓和冬天溫度的關係. 厄爾尼諾時, 較少阻高在東經 40-80 度範圍出現.

相對於正常年, 拉年的東亞大槽上遊明顯較低(上圖 a). 厄年則為下遊較高, 北面則較低, 顯示槽應較正常偏北, 和偏暖天氣吻合. 還記得曾經談及菲東反氣旋可能為冬天偏暖的原因. 十二月快到, 正式踏入學術界的冬季, 要準備密切注視阻高, 菲東高等等的發展.

文章:

http://www.weather.gov.hk/publica/pdf.gif

香港境內氣壓場

先賣廣告: http://www.wohk.org/ 內容已稍為更新, 加入了全球模式的預報圖. 由於資源有限, 只提供"綠色版", 但相信還是頗為方便. ASCAT 方面, 資料下載和解讀都沒問題, 只欠寫程序劃圖. 溫度預測方面則停滯不前, 未開始修正預測. 網上看到的兩張圖是以 GFS 1000 hPa 和 2m 溫度得出來的, 要儲存多一點數據(包括京士柏溫度和模式的預測溫度)才能展開工作. 當然還要翻看一些文獻.

目前網站主要路線為整合和深化已有的資源. 例如, 對短期天氣預測(如冷鋒南移), 只看著境內的數據可能不夠, 稍後可能會加入鄰近地區的數據序列, 包括深圳, 廣州, 汕頭, 澳門等. 亦可劃一將大一點的地圖, 實行氣象二十四小時通關.

剛才想到香港境內氣壓的問題. 其實相比起其他氣象參數(溫, 濕, 風), 氣壓應是穩定的. 暫且不理分析氣壓場有多大意義, 只討論技術問題: 能否繪畫境內氣壓場? 毫無疑問應是可以的. 例如用 series expansion 的方法, 可知最少只需三站便可包含境內的平均氣壓梯度. 如要加強精確度, 例如當西南部氣壓梯度較大時, 則可保留 expansion 的二次項, 最少應要六站. 以目前天文台提供的資源(剛才看共十一站有氣壓數據)應該還是可以的.

冬季預測仍偏暖

各網站的十一月預測早已出爐, 除了幾乎肯定厄爾尼諾不會太強之外, 其餘都和數月前的差不多.

IRI 網站的 Nino 3.4 最高 SST 預測進一步調低, 如 NASA GMAO 已低於 2 度, 最外圍的 COLA CCSM3 亦從十月時的 2.8 度大幅調低至稍高於 2 度:

多模式預測溫度較高(但幾乎全球也一樣), 內陸地區雨量偏多:

歐洲多模式 EUROSIP 顯示 DJF 冬季風偏弱, 南海北部雨量則偏少:

歐中的模式亦預測冬季風偏弱, 南海北部雨量偏少, 但內陸地區則可能偏多:

究竟香港冬天的氣溫和降水受厄爾尼諾影響到哪個程度, 又為何南海北部雨量偏少但內陸反偏多, 是否就因季風前沿的幅合偏北了, 請留意厄爾尼諾答問第四回.

QSCAT玩完

早前留意到 quikscat 可能就快玩完. 最新消息指出 quikscat 應已失效, 對風迷來說絕對是個壞消息:

23 Nov-2009
The antenna rotation rate has dropped to zero and remains at zero as of 23 Nov, 7:00 UTC. No data are available.

23 Nov-2009
The SeaWinds instrument is near the end of its lifetime due to the aging of the antenna rotary joint. The number of data gaps due to variability in the antenna spinning rate is becoming very large. We advise users to discontinue automatic SeaWinds data ingestions, since the data accuracy can not be guaranteed any more.

目前還有兩個 scatterometer 在運作: ASCAT, ERS-2. ERS-2 已很舊資料不齊全, ASCAT 則在去年才投入服務, 但掃瞄的範圍比 quikscat 窄:

由於網站提供的圖像並不理想, 稍後可能會自動下載 ASCAT 資料並自畫.

網站:

http://www.knmi.nl/scatterometer

國產七十四指數

民間氣象人仕或者和我一樣, 會發覺要緊貼氣象學最新發展是很困難. 我告訴你, 在資訊爆炸的年代, 業餘和專業的水平絕對有收窄的可能. 事實上, 從事氣象學工作的人有時因要專注於某方面的工作, 也未必就能夠開拓各方面的知識. 只要民間人士合力, 必可做到五年內溫故知新, 五年後緊貼大市.

當然, 民間有沒有這麼多有心人才是最大問題. 我絕不介意在這裏踢一人足球(事實上我頗獨食... 並非有波死扭果種, 係思想上的獨食, 要人地跟著我的想法去踢), 但一人力量不可能搞得起, 所以如無意外這部落將於 2010 年七月三十一日寫最後一篇. 但黃家香港天文台會繼續運作.

廢話完畢, 今日想講的其實是氣候監測. 民間也好, 專業也好, 都要找一套有系統的方法, 否則只會雜亂無章最後與吹水無異. 從國家氣候中心可以找到 74 個環流指數的數據:

1.北半球副高面积指数(5E-360)
2.北非副高面积指数(20W-60E)
3.北非大西洋北美副高面积指数(110W-60E)
4.印度副高面积指数(65E-95E)
5.西太平洋副高面积指数(110E-180)
6.东太平洋副高面积指数(175W-115W)
7.北美副高面积指数(110W-60W)
8.大西洋副高面积指数(55W-25W)
9.南海副高面积指数(100E-120E)
10.北美大西洋副高面积指数(110W-20W)
11.太平洋副高面积指数(110E-115W)
12.北半球副高强度指数(5E-360)
13.北非副高强度指数(20W-60E)
14.北非大西洋北美副高强度指数(110W-60E)
15.印度副高面积强度指数(65E-95E)
16.西太平洋副高强度指数(110E-180)
17.东太平洋副高强度指数(175W-115W)
18.北美副高强度指数(110W-60W)
19.大西洋副高强度指数(55W-25W)
20.南海副高强度指数(100E-120E)
21.北美大西洋副高强度指数(110W-20W)
22.太平洋副高强度指数(110E-115W)
23.北半球副高脊线(5E-360)
24.北非副高脊线(20W-60E)
25.北非大西洋北美副高脊线(110W-60E)
26.印度副高脊线(65E-95E)
27.西太平洋副高脊线(110E-150E)
28.东太平洋副高脊线(175W-115W)
29.北美副高脊线(110W-60W)
30.大西洋副高脊线(55W-25W)
31.南海副高脊线(100E-120E)
32.北美大西洋副高脊线(110W-20W)
33.太平洋副高脊线(110E-115W)
34.北半球副高北界(5E-360)
35.北非副高北界(20W-60E)
36.北非大西洋北美副高北界(110W-60E)
37.印度副高北界(65E-95E)
38.西太平洋副高北界(110E-150E)
39.东太平洋副高北界(175W-115W)
40.北美副高北界(110W-60W)
41.大西洋副高北界(55W-25W)
42.南海副高北界(100E-120E)
43.北美大西洋副高北界(110W-20W)
44.太平洋副高北界(110E-115W)
45.西太平洋副高西伸脊点
46.亚洲区极涡面积指数(1区,60E-150E)
47.太平洋区极涡面积指数(2区,150E-120W)
48.北美区极涡面积指数(3区,120W-30W)
49.大西洋欧洲区极涡面积指数(4区,30W-60E)
50.北半球极涡面积指数(5区,0-360)
51.亚洲区极涡强度指数(1区,60E-150E)
52.太平洋区涡强度指数(2区,150E-120W)
53.北美区极涡强度指数(3区,120W-30W)
54.大西洋欧洲区极涡强度指数(4区,30W-60E)
55.北半球极涡强度指数(5区,0-360)
56.北半球极涡中心位置(JW)
57.北半球极涡中心强度(JQ)
58.大西洋欧洲环流型W
59.大西洋欧洲环流型C
60.大西洋欧洲环流型E
61.欧亚纬向环流指数(IZ,0-150E)
62.欧亚经向环流指数(IM,0-150E)
63.亚洲纬向环流指数(IZ,60E-150E)
64.亚洲经向环流指数(IM,60E-150E)
65.东亚槽位置(CW)
66.东亚槽强度(CQ)
67.西藏高原(25N-35N,80E-100E)
68.西藏高原(30N-40N,75E-105E)
69.印缅槽(15N-20N,80E-100E)
70.冷空气
71.编号台风
72.登陆台风
73.太阳黑子
74.南方涛动指数

當中包括一些常見的, 例如 74.

只需經過簡單注冊後, 這些數據是可以下載的, 中國氣象界也還是相當開放的. 數據從 1951 年開始, 我們不但可以從中研究它們和一些天氣/氣候現象的關係(例如可研發一條颱風個數的方程), 亦可用於日常氣候監測.

稍後將會將數據加工, 並放在網頁內, 讓瀏覽人士(包括自己)一看便知道那個指數目前較高或較低.

九十月高溫排名

今天運氣還是不錯, 只花了少許時間就從原資料檔計算出全球及半球的平均溫度距平. 今年九月香港熱到飛起, 北半球的九月則排名第四位. 南半球亦在第六位.

過去百多年北半球九月溫度排名的前五位為:
2005(0.75), 2003(0.67), 2006(0.62), 2009(0.61), 2004(0.60)

南半球則分別為:
1997(0.45), 2001(0.35), 2002(0.32), 2003(0.32), 1998(0.30)


十月香港溫度沒有太大異常, 北半球/南半球溫度距平則為 0.56/0.31, 巧合地(?)亦沒有太大異常(以沒有打入前五位為準)

北半球前五位: 2003(0.75), 2006(0.71), 2005(0.69), 2008(0.65), 2004(0.61)
南半球前五位: 1997(0.43), 2002(0.37), 2003(0.35), 1998(0.33), 2004(0.33)


值得留意的是南半球九/十月的前五位看似和厄爾尼諾現象有關. 我們常聽說厄爾尼諾出現較頻繁可能受全球暖化影響, 到底是何原因, 當中的因果為何, 之後會再細看.

全球數值預報圖

已很久看不到全球數值模式的預報圖, 今天終於把那些圖再劃了出來, 目前只欠抄襲一個合適的界面. 想偷圖的話可試試 http://www.wohk.org/models/gfs/2009112012/slp0.png


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雖說對氣象的興趣還在, 但人畢竟老了, 你問八站是那八站? 我是答不出來的. 超強颱風風速下限是多少? 我也有點猶豫, 亦懶得去求證.

不過在距離氣象界的大開放未實現之前, 大家可以做的還有很多. 不進則退, 當資訊停滯不前甚至倒退的時候, 民間氣象人士亦要伸出援手加大力度鞭撻, 讓氣象資訊和資料更大眾化和自由化. 在此亦呼籲官方有好野要盡早公佈. 就像人的年齡一樣, 老了就是老了, 遲了公佈的資料也失去了價值.

十月十五日的"全球溫度的指標"曾經引用網站 http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/ 的資料. 今天重遊舊地, 心想已過了超過一個月, 九月的資料必然可到手. 不知是何原因, 檔案最新資料變了是二月, 沒有更新之餘還倒退了半年. 而那個 ftp 伺服器還需要密碼才能進入(印象中之前是不需要的).

沒辦法下到了資料源頭下載檔案: http://hadobs.metoffice.com/hadcrut3/data/HadCRUT3v.nc
不幸中之大幸, 十月的資料都在裏面了, 但因為有很多缺值, 明天才再嘗試從格點資料計算溫度距平, 然後和 http://www.cru.uea.ac.uk/ 網站的比較. 最終希望將今年九月的氣溫排名(全球, 南/北半球)算出來.

由於十一月特別冷, 之後會用 EOF 看看華南十一月的溫度模態. 不過目前還有不少債要還, 是時候自我檢閱過去幾個月的網誌內容.

准永久網站成立

狂賀!!! 狂賀黃家香港天文台找到"准永久"網站: http://www.wohk.org/

未來一星期左右將加入"大五"模式的輸出, 及嘗試以簡單方法修正 GFS 的溫度預測. 暫時不排除加入聊天室或討論區的可能性, 但機會較低.

昨天的臨時網站已停止更新並將於數天後移除. 由於忙著測試及編程, 目前沒有心機找些較新的題材在這裏探討. 希望能盡快改善.

臨時網站已開放

剛算過過去十年, 京士柏各月的 1000 溫度和地面溫度的相關, 都在 0.97-0.99 之間. 在夏季, 地面不少日子都低於 1000 hPa, 稍為影響方程的可靠度.

今天整天都在建構程式讓預報自動化. 暫時將預報圖放在:
http://www.wohk.myscicube.net/

今天預測也能看到以高度場和 1000 溫度場預報的溫度可以相差很遠. 以後將只提供 1000 溫度的預測在網站內, 並會提供過去誤差數值讓網友們評估.

目前京士柏溫度約 15.5, 下跌勢頭不急. 因北風已稍為減退, 今晚預測誤差還是可以很大的.

溫度預測會於每天下午一時和九時左右會更新. 以後將會把日常預報和監測數據放在上面網站. 目前以溫度, 濕度, 熱帶氣旋路徑為首要目標, 因相對較易. 稍後希望可以對雲量和雨等作預報, 但應不可能在來年雨季實施了.

溫度預報測試版

經過一星期左右的誤打誤撞後(始終最叻還是給錢人做, 但我沒有), 目前估計以 1000 hPa 溫度為輸入的一元線性方程來預報京士柏溫度可以得到不俗的效果. 預測以 GFS 模式為主, JMA/NGP 模式為參考. 未來一段時間內都會以目前的方法預測, 主要工作包括:

1) 製作各月份的方程
2) 繪畫並儲存預報誤差. 最好能將京士柏每三小時的溫度記錄下來. 似乎 06Z 的低溫都是比 00Z 報得低, 可能要分開來處理
3) 找方法修正, 最簡單如將過去幾天的 24 小時預測誤差平均起來, 並加進未來的 24 小時預測

希望可以在兩個月內投入業務, 但最困難的地方是要找平台放資料和程式等.

十八日最新預測

今晨京士柏最低氣溫稍低於九度, 比昨天 GFS 預測的最低溫度約低一度, 只能算緊緊合格. 較大問題是預測低溫在午夜前後出現, 比實況早了許多, 亦可能是預測溫度稍為偏高的原因之一.

其實以昨天晚上的狀況, 我相信殺雞不用牛刀, 以更傳統的方法預測低溫會更有效, 因入夜後市區及北區氣溫已跌得頗急, 而且北風仍然偏強, 要減弱也要一段時間, 淩晨升溫不太可能.

雖然沒有歐中, 但在昨天 GFS 及 JMA 不約而同都有類似預測下(即淩晨氣溫升), 有理由假設歐中預測應相近(那只是一兩天預測, 沒理由差太遠). 那就是說可能是方法出了問題. 暫時估計原因可能有二: 1) 模式的 925 及 1000 高度場也不能直接套用在預報方程上. 有時間和人手的話, 當然可以驗證. 例如可以先看初始及一天預測, 經插值後的 925 和 1000 hPa 高度和實況有沒有系統性偏差; 2) 雖然高度場和地面溫度的相關系數高, 但在寒潮時可能有較大偏差. 如當冷空氣較薄的時候, 到不了 925 (約 800 米高), 或晚上和剛日出時近地面先冷/熱. 這也可以從過往寒潮案例中, 看看冷空氣厚度與高度場的關係. 以下是今早 GFS 預測圖:

較大問題是早上八時(初始場)的氣溫相差很遠, 比實況高了差不多兩度. 反而取 t1000 和地面溫度的換算就可以得出 9.0 度. 稍後將下載今早 GFS 的整個檔案看看. 上圖預測明早京士柏最低氣溫約 14 度(實況已跌至 13 度左右, 故不可信). 如以 t1000 來做預測, 則可得出 11 度, 目前看來比較合理.

回望 11 月 12 日的題目"GFS 今早預測", 括號內的就是 t1000 的預測, 十七至十九日早上八時京士柏預測溫度分別為 11.0, 9.9, 11.8. 事後看來可能比用厚度更準, 只不過當時不相信氣溫這麼低而已(當然也不排除是巧合)... 科學還是應該少點偏見和堆砌. :P

十七日最新預測

今早京士柏最低氣溫 11 度(下圖), 比昨天的預測約高 0.5 度, 誤差完全可以接受. 日間多雲, 氣溫沒有明顯回升, 京士柏最高約 12.4 度, 也和昨天的預測頗為相近.

今天的預測和昨天相差不大, 晚間京士柏最低溫約 10 度(即天文台總部約 11 度), 但是在午夜前後出現, 並不在明早清晨.

若要現在打分, 則昨天的預測會打 80. 但好運不常, 最嚴峻考驗會在未來 24-36 小時出現, 尤其 GFS(今天 JMA 亦相近)預測後天(19 日)早上氣溫明顯回升, 但昨天的歐中預測則仍看到海平面氣壓為 1025 hPa.

溫度預報圖更新

下午八時四十五分更新:


按照 GFS 兩報, 明早天文台總部最低氣溫約 11-12 度, 但目前實況溫度比上圖的高超過一度(在下午八時, 京士柏實況溫度約為 14.5, 上圖則為 13), 未知是時間上的偏差還是冷空氣強度的高估. 預測明日氣溫回升幅度不大. 20 日有冷空氣補充, 但強度應不如今次.

這是黃家香港天文台以 GFS 作溫度預報的首個考驗, 假如成績不理想, 稍後將會採用另外的方法.


註: 溫度散打嚴重影響香港人民氣象台可讀性, 不排除稍後分家的可能.

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今早七時更新:

寒潮已於淩晨時份到達. 最新 18Z GFS 預測(紅色空心)繼續調低低溫, 京士柏稍低於 11 度. 另外, 最低溫會在十七日午夜時份出現, 十八日淩晨時份氣溫開始回升, 比較奇怪. 目前持懷疑態度.

多得有寒潮, 今個月慳水慳力. 中午一時前會更新溫度預測圖. 以後在寒潮有可能影響香港時, 溫度預報圖將於中午一時前和晚上九時前更新.

GFS預測寒冷

不要說我抄官方預測. 今早 GFS 00Z 繼續調低最低溫度, 京士柏最低氣溫低於 11.5 度, 粗略估計天文台總部約高一度下, 仍然可以勉強達標:

根據上圖, 寒潮約於明大清早到達(實況常有大偏差), 日間氣溫不升反跌, 黃昏時得 15-6 度, 星期二早上天文台總部在寒冷邊緣.

寒潮預報難準確

更正篇: 先前的預測只包括了 00Z (香港早上八時)的溫度, 太大局限性. 剛巧將 00 Z 和 12Z 的探空資料一同考慮, 地面溫度與低層厚度的相關系數仍達 0.94. 另外乾脆將方程變成二元線性, 以 h925 和 h1000 為輸入變數.

以下劃了今早 00Z GFS(紅), NGP(藍), JMA(綠)的預測. 空心為 GFS 06Z 的預測. 方程稍為變了, GFS00 的 17 日早上八時溫度便由原先的 12 度變成現在的 12.5 度, 顯示這種方法可靠度尚待磨練. 另外, 即使都是 GFS, 前後兩報(只相差六小時)仍有明顯出入, 要得到完全準確預報真的很困難.

今早只看 00Z 預測, 忽略了 GFS 原來預測最低溫在 17 日晚上十一時出現, 06Z 的一報則在 18 日淩晨二時出現.

入夜後氣溫沒明顯下跌, 目前京士柏氣溫在 18 度徘徊, 倒也和各預報相近.

民間氣象老祖宗

東北季風快報: 本來諗住收工, 但最新 GFS 京士柏溫度(15-21日早上八點)仍然寒冷: 17.7, 19.2, 12.0, 12.8, 15.8, 15.3, 13.3
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今日想講香港民間氣象界的歷史問題. 氣象和天文不同, 天文學會早便有一定規模, 氣象學會則少有聽聞. 毫無疑問, 民間氣象人的凝聚是從互聯網時代開始, 一大程度可以說由地下天文台促成. 但在這之前(如八十年代)其實已經有不少追風人仕, 如要追源溯始, 則難說民間追風或氣象界老祖宗是誰或是從何時開始.

前幾日偶然想起幼時的住所, 懷疑樓上就住了民間氣象界人仕, 而且水平可能比只拿著路徑圖聽收音機的高得多. 小弟在八十年代家住青山道發祥街某大廈 5E, 記得八十年代後期, 可看到樓上單位外的紅色風杯, 每當大風時風杯便迅速轉動. 當年亦懷疑那是否風速計, 但沒有求證(當年沒那膽量冒昧拍門).

我相信民間氣象人仕的歷史比我們平時認知的要長遠. 歡迎老祖宗(包括那位青山朋友)電郵或回覆此題目, 告訴我們你的民間氣象經驗.

急聘氣象研究員

東北季風快報: 今早 GFS 預測京士柏最低溫度(14-20日)為 14.5, 17.1, 18.4, 12.5, 12.8, 14.2, 14.2
寒冷威脅稍為減緩.
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要求:
* 大學理科畢業. 曾修讀氣象學課程或任職氣象學工作獲優先考慮
* 懂 unix 作業系統, 熟悉 C/Fortran/Perl/Shell scripts


職責及待遇:
* 於黃家香港天文台工作, 開發及測試七天天氣預報技術
* 分析熱帶氣旋路徑誤差, 開發集合路徑預報並於明年實施
* 開發相關業務預報程式及流程
* 將工作內容及結果寫成報告
* 薪酬根據經驗和能力



註: 黃家香港天文台於 1983 年成立, 目前共有 N 位成員, 在惡劣天氣下提供天氣消息.
下圖: 預報員正評估熱帶氣旋路徑對香港的影響.

GFS今早預測

或者有人會問, GFS 模式資料也有溫度場, 為何不直接用模式的溫度? 不直接用近地面溫度場, 是擔心會有較大系統性誤差, 尤其在邊界層參數化和不完全反映實際的模式地面高度影響. 高度場的系統性誤差則可能較低.

當然, 溫度場也可以一試. 剛將京士柏 1000 hPa 溫度和地面溫度做了相關, 相關系數 0.98, 預報方程為:

根據 GFS 低層厚度和 1000 hPa 溫度所得的七天預測溫度為:

星期五: 15.9 (14.5)

星期六: 15.5 (14.3)

星期日: 19.2 (18.9)

星期一: 20.1 (19.1)

星期二: 12.0 (11.0)
星期三: 11.8 (9.9)
星期四: 14.9 (11.8)

除了寒潮之間有較明顯回暖外, 以低層厚度預測的低溫都和天文台的相若. 星期二/三京士柏約 12 度, 換算天文台總部的氣溫可能就在 12 與 13 之間.

GFS預報溫度

十一月的京士柏地面溫度和低層厚度(1000-925 hPa)相關系數是 0.96, 高得無話可說. 預報方程為:


資料點:

下載今早 GFS 00Z 預報並計算溫度. 七天(12-18日)預測溫度為 24.3, 15.5, 15.2, 18.1, 20.1, 11.8, 10.9. 第二至四天在非常合理範圍內, 第五天看似比官方高出很多, 但要注意天文台的 15 度可能是在晚上錄得的. 之後兩天到達寒冷水平(也不要忘了京士柏和天文台總部也有一點分別). 估計若能取得歐中 925 hPa 和較高水平解像度資料, 應可得到更合理預測.

網友們如想取得相關程式作測試或個人預報(如 GFS, NGP, JGSM), 可以電郵聯絡.

以歐中預報溫度

時間關係, 預報方程只以厚度(500-1000)為單一參數. 把各資料點劃了出來:

由於歐中沒有 1000 高度, 故要以 slp 代替. 好在 slp 和 h1000 基本上是一樣的(相關系數非常接近 1). 預報方程為:

接著下載今早歐中 00Z 的資料(約在香港時間每天下午四時左右有). 以線性插值(可用更高 order)求出京士柏(~ 22.3 N; 114.2 E)的預測 slp 和 h500, 再代入上面方程.

3-7 天早上八時的預報溫度為 18.6, 18.7, 19.8, 17.5, 16.7, 跟官方數字很大出入. 誤差可能有三, 包括系統性, 有限資料, 或方程不適合極端值. 而天文台預報的最低溫是否就指 00Z 也是疑問.

另外, 雖然相關系數高, 但按照上圖, 誤差仍然可以達兩度. 下回再以京士柏 925-1000 hPa 厚度配合 GFS 看看能否改善.

氣壓與溫度關系

因為之前曾經解讀過昨天的探空格式, 今天只花了很少時間就拆了出來. 抽取過去十年, 十一月 00Z 的資料, 包括地面溫度, 1000 hPa 高度和溫度, 500 hPa 高度. 經檢查輸出後, 共有 290 個完整日子可以用作分析.

先用昨天的方程算出了海平面氣壓. 發現 1025 已經是過往十年的最高值. 只有四天達到這數值, 但均未能達到寒冷(12C)水平.

測試地面溫度和海平面氣壓的線性相關, 效果令人鼓舞, 相關系數達 -0.72(即氣壓越高溫度越低). 接著測試地面溫度和厚度(500 高度減去 1000 高度)的關系, 效果更佳, 相關系數高達 0.83. 想不到單用兩層厚度已可以有這麼高的系數, 可以用來做預報了.

探空資料測低溫

因數值預報準確度的提高, 就像熱帶氣旋路徑, 香港秋冬寒潮的幾天預測基本上是一個已解決的問題. 當然還有失準的可能, 例如在下雨和不下雨之間, 會出現日間氣溫不升甚至稍為下跌的情況. 目前只能依靠實況以人手修正.

怎樣運用數值預報來做溫度預測自然是一個非常實用的課題. 以歐中模式資料為例, 民間雖然只有海平面氣壓場, 850 hPa 風場和 500 hPa 高度場, 但仍然有可能從中發展一套低溫的客觀預測方法. 以下是簡單"食譜", 是否可行則要以實踐來證明.


步驟:

1. 下載京士柏探空資料 ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/igra/data-por/45004.dat.gz
解壓, 將 00Z 的 1000 hPa 及 500 hPa 資料抽出來, 用最近十年資料應以足夠. 這步驟最好用 shell script, 小弟則較喜愛用 perl.

2. 用 1000 hPa 資料演算海平面氣壓. 方程為
其中 h 和 t 為 1000 hPa 的高度(meter)及溫度(Kelvin).

3. 以 slp 和 h500 為變數, 測試它們(或它們的組合)和 t1000(或地面溫度)的關係, 繼而訂立一條預報方程: 輸入為 slp, h500, 輸出為京士柏溫度. 這裏也可以按不同月份分開來做. 我們知道海平面氣壓和地面溫度有一定關係, 所以可先做 slp 和 t1000 的相關看看. 溫度也直接和厚度有關, 因此 h500 也有機會和溫度相關. 具體要用哪組合和方法(如多元線性還是別的), 要做過才知道.

4. 每天從 NCEP 網站 ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/mrf/prod/ 下載歐中的 00 Z 格點資料, 以插值方法算出 72, 96, ... 小時京士柏的海平面氣壓和 500 hPa 高度, 並以第 3 步的方程求出京士柏溫度預測.



以上是在有限的資源下可以嘗試的方法. 如用其他模式(例 GFS), 則有更多資料場可用而預報方程會更可靠. 日常溫度預測還有其他方法, 其中一個是以卡爾曼濾波(Kalman filter)來修正(bias correction)模式資料與觀測資料的系統性偏差.

十七與十八之間

最新歐中的 00 Z 預測顯示十七和十八日早上都會受較強東北季風影響, 兩天的海平面氣壓均約 1025 hPa:

最低溫會在十七日還是十八日早上出現取決於冷空氣何時到境. 若比預報稍遲則必然會出現在 18 日. 目前最新七天天氣預測十七日低溫 14 度, 和寒冷指標亦不是差很遠, 十八日也有可能再低一點(至少在新界北部較有機會出現幅射冷卻現象). 仍需繼續跟進.

感熱和潛熱通量

11 月 2 日提到關於以投落送取得的風速垂直分佈可以用來推算近地面的湍流動量通量.

投落送也包括溫度和濕度的資料. 翻查書本和網上資源後, 懷疑類似方法(profile method)也可以用來推算近地面的湍流熱量和水汽通量. 由於不太明白為何沒有包括這方面的工作, 發了個電郵給相關人仕.

收到回覆, 主要有兩方面. 第一, 因為沒有海表溫度的資料, 所以不能單以投落送的資料來求出湍流熱通量. 這說法或許也合理, 因溫度或比濕和風不同. 風在 z0 取為零, 但溫/濕在 z0 的值是未知數. 第二, CBLAST 項目也包括溫濕湍流通量的觀測, 但目前只限於 30 米秒以下的風速. 在網上搜索, 發現一篇 2008 年發表的文章: First direct measurements of enthalpy flux in the hurricane boundary layer: The CBLAST results.

暫時未看原文. 根據 abstract, 那是飛機直接觀測的結果. 到底用了哪些儀器和手段, 請等待明天或後天的跟進.

小心十七日寒流

香港風季過了, 但仍然可以短打. 稍後將總結今年北半球的風季.

最新七天天氣將下一波東北季候風的最低溫稍為微調至 16 度, 但更值得留意是緊接的一波, 暫不排除達到寒冷指標的可能:

17 日(星期二早上)海平面氣壓很高, 在 1025 和 1030 之間, 但 500 高度還不及 14 日的低, 可能顯示冷空氣較薄並較快消退(從 500 圖上槽的勢力亦可看出), 打了點折扣.

雖是秋冬時刻, 但九天後的預測暫宜持觀望態度. 由於歐中網站只能看到海平面氣壓和 500 高度場, 難以得到準確的溫度估計. 要得到較準確的估計, 至少應有 850 高度場資料.

日常氣象部門是怎樣運用模式輸出做溫度預報呢? 稍後將會介紹.

暴風女神彭美拉

37 年前的今天, 有一中國藉男子大清早到了大嶼山, 在雨中狂奔, 視野矇矓下, 對著西南面一望無際的大海狂叫: PAMELA, SWEET PAMELA

他成功了. 那天下午, 香港掛起了八號風球.

十一月要打風已經唔容易, 仲要打到八號就更加難. 更巧合的是在 18 年前的十一月, 同樣是 PAMELA, 香港更掛起九號風球.


連結:
http://www.youtube.com/watch?v=Y-3qMrn-XbM&feature=related

北半球並不孤單

早前提過香港九月溫度和哈德萊環流中心的資料. 網上仍沒有九月的最新數據, 但對於研究氣候暖化, 就算一年半載的數據滯後問題也沒有太大影響.

記得去年看電視曾訪問某外國院校的學者(忘了是哪裏的), 印象中他們說南極附近並沒有變暖, 所以不認同或質疑全球暖化. 今日畫了南北半球(北為紅色)過去 50 年(1959-2008)的溫度變化.

可以留意到南北半球的溫度都有穩步上升的趨勢, 兩條線的相關系數亦應不低(懶理怎計了). 若只留意過去 30 年左右的數據, 則不用怎樣計算也大概可以看出北半球的上升稍稍比南半球高. 最近幾年, 上升趨勢確實是減緩了, 尤其在南半球, 已跌穿了"上升軌". 當然, 我相信大部分人都不會因為這幾年的結果就推翻全球持續暖化這結論.

上面的資料將整個半球都平均了, 看不太清楚哪裏熱(或冷)得較快. 由於哈德萊環流中心的資料較難解讀又多缺值, 乾脆下 NCEP II 的 2m 溫度來看, 希望沒有太大問題. 比較 03 和 08 年資料, 發現南半球變冷的地方果然集中在極地地區:

有甚麼原因(不知道原因也就難以說明那會不會持續), 希望稍後可以繼續探討.

cygwinX

今日介紹在 windows 下安裝 ncl 軟件的方法. 比起之前介紹的 grads 軟件, ncl 功能強大得多, 而且還在繼續發展中. 較為大的缺點是運行 loop 的速度很慢.

由於 ncl 要在 unix 環境下執行, 要先安裝 cygwin 軟件. 各步驟如下

1. 到 http://www.cygwin.com/ 執行 setup.exe

2. 在安裝包列表中, 點選 X11 內的 xinit

3. 到 https://www.earthsystemgrid.org/security/loginout.htm 申請戶口

4. 登入後, 點選 Scientific Data Processing and Visualization Software --> NCAR Command Language (NCL) --> NCL 5.1.1 Release --> NCL 5.1.1 binaries (not OPeNDAP-enabled) 並下載 NCL 5.1.1 binary for Cygwin/X (Windows)

5. 運行 cygwin, 在 /home/user 目錄下建立 ncl 目錄(i.e. mkdir ncl)

6. 將剛才下載的檔案放在 ncl 目錄(windows 下可能為 C:\cygwin\home\user\ncl), 並 tar -zxvf *.gz 解壓

7. 在 .bash_profile 檔加入 export NCARG_ROOT=${HOME}/ncl, 並將 $NCARG_ROOT/bin 目錄加入 PATH

8. 重新登入 cygwin 並打 ncl, 應會出現版本訊息和命令列, 即表示安裝成功


ncl 的用法日後會盡量介紹, 網上亦有詳盡例子: http://www.ncl.ucar.edu/

機場的迷你梳打

早前做關於湍流的研究評估, 碰到 minisodar 這儀器. minisodar 和 wind profiler 都可以量度大氣湍流和風的垂直分佈. wind profiler 量度的垂直範圍較高, 但垂直分率較低, 近地面會有盲點. minisodar 正好補償 wind profiler 的不足, 其主要量度範圍大概在接近地面的一二百米內, 垂直分辨率可高達 5 米.

minisodar 的體積並不大, 網上都可以找到長濶約為 2 米 的型號. 今天花了點時間在網上搜索, 想看看民間有沒有能力負擔一台 minisodar. 找到不少型號, 例如下圖的款式, 量度的高度範圍 20-200 米, 垂直分辨率 5 米, 可量度風速達 45 m/s(162 km/h), 似乎頗適合民間追風用途. 再看了另一些關於價錢的資料, 估計每一台至少幾萬元, 對業餘玩家來說不是一個小數目, 但對於用作機場湍流風切等監測或城市污染通風等研究, 買十台八台也不是問題, 問題是放在哪裡而已.

天文台也有一台 minisodar, 經測試後放在機場跑道東面約五公里的地方(下圖星星), 用來量度湍流的強度.

參考:

1. http://minisodar.com/index.php?option=com_easygallery&act=categories&cid=4&Itemid=6

2. http://www.weather.gov.hk/publica/reprint/r775.pdf

民間氣象大聯盟

天下大勢, 合久必分, 分久必合. 自十多年前地下天文台成立以來, 民間氣象網站數目有增無減, 到目前已發展到一個較穩定的階段, 較有人氣的氣象網站約有兩三個, 其餘的遊離網站有些已沒有更新. 或許網主當初是三分鐘熱度, 也或許是孤軍作戰, 難以突圍.

小弟寫網誌, 主要原因是因為在地台和香港天氣資訊中心的戶口被砍. 轉眼便三個月, 說不上盡心盡力. 獻醜或獻美也好, 總希望心血沒有白費, 除了是發口痕之外, 也希望能起到拋磚引玉的作用.

在此希望各大網站話事人能認真考慮合併的可能. 以目前的狀況, 基本上不存在"爭地盤"的問題... 可發展的方向, 可探討的題目還是很多很多, 而且和專業還有一段距離. 除非真的有走向專業的元素(包括財源), 否則理應不存在爭功爭寵, 又或在討論中得到青睞的可能.

事實上, 有時發覺網站(包括討論區和資源)出現停滯不前的情況. 只有化整為零, 把遊離的資源和人力集中, 才真正是業餘氣象界的最大福祉. 切忌各自為戰, 各懷鬼胎.

民間的追風計畫

專業版追風計畫除了在美台進行外, 中方也有. 02 年 7-8 月間的 CLATEX (China Landfalling Typhoon Experiment)實驗對登陸台風的路徑, 強度, 風雨分佈作出了較深入的觀測. CLATEX 在地面進行, 觀測儀器包括多普勒雷達, 風廓線儀等先進儀器, 可以用來量度湍流和邊界層風的垂直分佈.

從新聞或網上搜索, 似乎看不到有跟進或更進一步的計畫. 不知為何這麼有意義的計畫會終止.

民間氣象界的追風行動主要是感受風速和拍攝記錄, 就像中國氣象頻道的追風報導組. 除了量度地面風速外, 民間還可以做甚麼呢? 我們當然不可能購買像 wind profiler 等設備, 但如果想量度近地層(約離地 100 米內)的風速, 用風箏或氣球把多個測風儀懸在不同高度的半空或許還可以試試. 測風儀方面, 不可能是手提扇葉或風杯式的那種, 但 hot-wire 或 ultrasonic 風速計就有點可能.

連結:
http://www.weather.com.cn/static/html/tv_index.shtml

風速的垂直分佈

昨天說在近地/海面, 風速隨高度呈對數分佈. 我們從方程可以看到, 即使這種關系完全成立, 另外兩個變數仍然有可能在不同情況下變化的. 其中, u* 我們稱為摩擦速度, z0 為粗糙度.

過往的一些觀測都集中在風速較正常的情況, 數值模式的參數自然也是根據當中評估和外推. 在熱帶氣旋的高風速下是否適用, 則似乎在近十年左右才較有系統性地探討. 2003 年, NOAA HRD 的 Mark Powell 等人在 Nature 發表的文章 reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones, 以 97-99 年的投落送資料揭示了當風速超過颶風程度後, 拖曳系數(drag coefficient)可能不會上升而反而可能會下跌. 這結果與以往只根據低風速資料而作出的外推估計有很大出入.

之後幾年, 分析投落送資料的工作繼續. 例如, 在前一次的美國氣象學會颱風會議, 就可以找到相關的報告, 其中的一幅圖給抄了下來:

目前熱帶氣旋強度的預測並不是很準, 當中亦包括數值模式. 箇中原因或許仍未完全掌握, 但也可以頗為肯定的, 是準確的動量和熱量交換的參數化是準確強度模擬的必要條件. Powell 做的工作是關於動量, 至於科學家之後有何計劃和方法對高風速或熱帶氣旋情況下的熱量交換作量度, 也將會是非常關鍵的問題.

馮卡門的零點四

中國航天之父錢學森病逝, 說老實的並無特別感覺(絕無不敬之意). 今天看報紙時反而注意到他的導師 von Karman. von Karman 雖然和氣象學沒有太大關系, 但以他命名的常數(von karman constant, 約等於 0.4)則常常會出現在數值模式內.

氣象網友們也有注意到高地風速和近海平面風速的換算關系. 推廣一點, 就是要考慮風速隨高度的變化. 在近地層(距地面 100 米範圍內), 根據理論推導和實驗, 可得知風速呈對數(logarithm)分佈:

上式中的 kappa 即 von karman constant.

若以上公式在任何天氣和地面情況下都適用, 那倒是很好辦, 但遺憾地並沒有這麼簡單. 上式只是在特定情況, 在並沒有很嚴緊的理論基礎下導出來的方程. 因此, 在日常大氣監測中, 氣象人員除了要量度接近地面(即日常的量度高度, 如 2 米, 10 米等)的氣象參數外, 仍然常要量度整個近地層的分佈, 最直接的方法可能是建立氣象塔, 亦有遙感方法如 wind profiler.

近地面風速分佈的重要性不僅在於換算等問題. 更重要的, 是與之相關的地(或海)面和大氣的能量和熱量交換. 這是一個準確數值模式少不了的部分.

參考:
http://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman
http://en.wikipedia.org/wiki/Von_K%C3%A1rm%C3%A1n_constant