Thursday, January 26, 2012

京士柏低溫排名(四)

在寒冷天氣下, 空氣較潮濕會否讓人感覺較冷, 還沒有明確結論. 唯一可以肯定的是風的效應最明顯, 因此我們常聽到的都是風寒效應和相關的指標(例如美國所採用的), 並沒有考慮空氣的濕度.

也的確有不少人指出空氣較潮濕可能令人感覺較冷, 其原因則眾說紛云, 有些純綷考慮人體和空氣之間的熱傳播, 亦有些是考慮衣服在潮濕環境下的保暖功能.

至於先前曾提及的 NET 指數, 是有考慮了濕度的作用. 但從下圖所見(取自天文台 r444), 濕度的影響亦不是很大. 例如當溫度為 10 度時, 在靜風下, 30% 和 90% 的 NET 數值看不到有何分別. 風大至 10 米秒時, 90% 的 NET 才比 30% 的 NET 低 3 至 4 度.



google 一下, 則找到約是 1 年前的網上討論, 個人認為頗具代表性:
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Environment Canada has studied this alleged effect. They have not been able to find an appreciable link between cooling rates (for humans exposed to the air) of relatively humid cold air and relatively dry cold air. There have been many supposed factors put forward in this forum that Environment Canada has ruled out as contributing to the phenomenon. First: evaporation is not a factor. Water vapour is already a gas; it doesn't need more energy to evaporate. Second: condensation is not a factor. The human skin surface is warmer than winter air, therefor water vapour will not condense on the skin. As for heat capacity, thermal conductivity etc., these are atmospheric variables that do change in different conditions. However, these variable have not been proven to account for the significant "wet cold" phenomenon many people claim to exist. So what causes it? So far, nothing has been proven, but there are a few good guesses that have been put forward.

1) In many areas during the winter, high humidity conditions often co-exist with some kind of precipitation. Any kind of liquid water (mist, fog whatever) coming in contact with the skin, in conjunction with cold temps is obviously going to feel cold. This is a no-brainer, but it is important to stress the different effects of water vapour and liquid water.

2) Probably most important: in the winter, high humidity almost always occurs during overcast conditions. Under heavy cloud cover, the earth's surface receives only diffuse sunlight. In these conditions, a person is not likely feel the radiant heat of the sun. Even in the winter and at high latitudes, direct sunlight can warm surfaces on which it shines. Even on the Canadian prairie, during a January cold snap, where temps can drop below -30 Celcius, finding a sunny spot out of the wind makes a big difference if you're trying to stay warm.

Also, keep in mind that there is no scientific measurement for the "wet cold" phenomenon. There is a measurement for low temps and high wind: the wind-chill effect. This is a predictable, observable phenomenon that both people and instruments can detect. There is also a measurement for high temps and high humidity: the humidex. Again, this is predictable and observable.

Canadians are weather fanatics, and to match their fervor, they have a government service (Environment Canada) that provides them with almost every possible weather fact observable. Canadians have been clamoring for a "wet cold" measurement, but Environment Canada can't find anything to give.
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就是說一些加拿大人都認為濕度越高, 天氣越凍, 但"加拿大環境局"並沒有找到任何關連, 並排除了一些民眾提出的原因. 即使"濕凍"存在, 也可能不是受空氣的濕度影響.

至於大風對室內氣溫的影響, 則又好像較少提及. 例如今天溫度上升了, 但留在室內好像也很冷, 是否偏東風下市區風速較大, 慘透入屋的能力較強? 又或者風較大容易將整棟大廈的熱帶走? 其實有個室內溫度計就會一清二楚了.

Wednesday, January 18, 2012

京士柏低溫排名(三)

第一回提到在濕凍天氣下(天陰或下雨), 日間除了因為氣溫沒有上升外, 沒有太陽幅射直接照射身體亦是感覺較冷的原因. 這並非否定下雨時氣溫不會下跌. 按照個人觀察, 冬季陰天情況下, 下雨時的溫度可比原來溫度低一至兩度. 今回嘗試從京士柏的數據看看下雨時的降溫幅度.

第一個個案是去年 1 月 12 日:

從之前一天的晚上 11 時開始(圖略), 相對濕度從 70% 升至 95%, 估計為下雨天氣(懶得去找京士柏雨量圖了). 該段期間, 三小時內氣溫下跌約 2 度, 比起一般晚間"自然冷卻"要急(按照個人觀察, 在乾燥條件下, 市區跌溫可達每三小時 1 度, 詳情留待下回分解), 很可能受降雨影響.

為何降雨的影響大約是 1 度起 2 度止? 要看看箇中原因. 比較明顯的物理過程可能有兩個: 1) 雨水來自高空, 本身較冷; 2) 雨水在近地面蒸發, 從空氣中吸熱. 1) 在夏季雷雨天氣時尤其顯著, 雨水伴隨冷空氣下沉, 短時間內氣溫跌超過 5 度十分平常. 但在濕冷天氣下則未必成立, 因雨水通常是來自較濕暖的空氣, 探空圖上甚至看到溫度隨高度上升(逆溫).

相對濕度比較難看到天氣變化過程, 因此將上圖加工, 一拼畫出了溫度(上線), 濕球溫度(中線)和露點溫度(下線):

在首三小時,溫度下跌,露點溫度上升,濕球溫度變化較小. 這似乎可支持 2) 為濕冷天氣下降雨降溫的主要物理過程. 假設這成立, 則降溫幅度就視乎溫度和濕球溫度的差額. 在這個例的初始時, 差額為兩度, 後來幾小時的跌溫也沒有超過這個數值.

再多看 11 年 2 月 14 日的個案:


淩晨 3 至 6 時, 氣溫較正常地下跌(每 3 小時 1 度), 三個溫度都呈下跌趨勢, 可能有點冷空氣補充. 但在 6 至 7 的 1 小時內, 溫度急跌 1.5 度, 露點溫度上升, 濕球溫度則較難看到趨勢, 似乎又是雨水蒸發帶來的額外降溫.

Wednesday, January 11, 2012

京士柏低溫排名(二)

昨日給出的結論有點草率. 今日再找來多一點嚴寒個例, 並從探空圖較直接地評估當時雲量(及有否下雨).

和昨日一樣, 仍是以 1971 年開始, 早上 8 時的京士柏地面溫度為基礎. 總共有 23 天天氣嚴寒(這裏嚴寒定義為等於或低於 6.0 度):



接著就從各探空圖中, 將以上個案分類為乾冷或濕冷. 這裏並沒有採用嚴格定義, 只是當有一定厚度的大氣飽和(溫度和露點非常接近), 就歸類為濕, 整個對流層明顯偏乾就歸類為乾. 較臨界的個案就不予歸類.

結果顯示, 乾冷和濕冷各佔 10 個(上表紅點為乾, 藍點為濕), 和昨日的結論相近.

以下附上各個案的探空圖, 有興趣的網友可看看我的分類是否合理.

Tuesday, January 10, 2012

京士柏低溫排名(一)

究竟乾凍(天睛)還是濕凍(下雨或天陰)凍? 若果從人體的感覺, 日間當然是濕凍比較凍, 主因是沒有太陽幅射照射身體(並非因下雨或天氣潮濕). 個人感覺, 有時即使早上氣溫 15 度, 但如果天陰, 則比 12 度的太陽天氣還要冷.

冬季後期較多陰雨, 氣溫可連續數天維持偏低, 也是氣候上一二月較十二月平均氣溫冷的原因.

但如果從每日的低溫上看, 則究竟乾凍可帶來較低低溫, 還是濕凍可帶來較低低溫, 似乎未有明確答案(雖然香港百年前的下雪事件可能為濕凍). 從網上下載到京士柏氣象站的探空數據, 自 1971 年開始, 早上八時的地面低溫排名如下:



在這十三個嚴寒日子當中, 有 5 個案例露點差超過 10 度, 而且 850 百帕吹不弱的偏北風(風速為米秒), 可能為乾凍個案. 露點差少於 5 度的有 5 個, 850 上為弱風或偏南風, 這些個案可能是濕凍. 5 對 5, 難看到誰勝誰負.

再看看各月的低溫統計. 這裏選了地面氣溫等於或低於 10.0 度的寒冷個案:






十二月, 總共有 62 天天氣寒冷, 其中有接近三成半的個案是 850 百帕吹東北風. 平均地面溫度為 8.2 度, 地面露點差為 12.6 度, 明顯的乾凍.

一月的 112 個寒冷早上, 超過 6 成個案為偏西(西北, 西或西南)風. 平均溫度約為 8.6 度. 較乾燥的北, 東北和東風個例共佔約 3 成, 平均溫度約為 9 度.

二月共有 94 個寒冷早上, 850 吹西南風的接近 3 成, 地面平均露點差只得 3.2 度, 較大可能是下雨天. 氣溫方面, 850 西南風個案平均氣溫 8.3 度, 比起 12 月份的東北風典型乾凍個案 8.2 度還高了 0.1. 同月的偏北風個案(西北, 北, 東北)共佔約 3 成, 平均低溫約 8.0 度, 似乎比濕個案還要稍低.

總括而言, 氣溫低時可以是乾也可以是濕, 兩者並沒有很明顯差別.