京士柏低溫排名(六)

應怎樣評級影響香港寒潮的強弱? 溫度當然最直接, 但看氣壓可以嗎? 為甚麼有時又會看 1000hPa-500hPa 之類的厚度?

2016 年 1 月 24 日的寒潮打破了京士柏探空紀錄, 還疑似落雪. 在這裏更新排名表, 順便從數據解答包括以上的一些問題. 資料來源是: https://www1.ncdc.noaa.gov/pub/data/igra/data/data-por/HKM00045004-data.txt.zip, 由 1949 年開始直到現在. 為方便計算和比較(不知放波位置多年來有何改變), 選取了 1000 hPa 溫度低於 6C 的探空, 總共剛好有 100 個個案, 排名如下:

最後三欄是一層的平均氣溫. 由於幅射冷卻效應又或邊界層混合情況(視乎風, 層結, ...)不同, 這些層平均溫度可以和地面溫度有不同程度的差異, 或許比單看地面溫度更能代表寒潮的強度. 而且用層溫度還可以更準確評估固體降水(雪, 霙, 霰...)的可能性.

這些層平均溫度是怎樣計算出來呢? 最直接可以從探空各層量度的溫度計算出來, 但氣象人知道可以退而求其次, 只需要用該層的厚度, 即層頂高度和層底高度兩個數值, 就可以大致估計出來. 採用的靜力平衡公式, 與及以 2016 年 1 月 24 日 1000hPa-850hPa 的例子如下:

 

100 個個案當中, 層溫度低於 0C (表中黃色格)的個案其實不多, 可以解讀為香港寒潮下固體降水的機會很微. 注意 2016 年 1 月 24 日 1000hPa-700hPa 是 0.1C (非黃格), 但由於以上公式是 Tv (虛溫), 在溫度接近 0C 和潮濕環境下比溫度 T 高超過 0.5C, 因此其實層溫度是低於 0C 的. 不過如果唔偷懶, 真的看每層探空溫度的話, 是可以發現 788-664 hPa 有一層高於 0C 的: https://www.discuss.com.hk/viewthread.php?tid=25468212&extra=&page=3 (#39)

所以 20160124 基本上"三層皆黃", 因此除了是地面低溫第一, 高空低溫也是第一. 但往表的下面看下去, 便發現原來不是"嬴到盡". 第 27 位, 1969 年 2 月 6 日, 1000-700hPa 和 1000-500hPa 兩個層平均溫度比 20160124 還要低!!!!!!!!!!!, 1000-850 hPa 的溫度 1.1, 考慮埋 Tv 轉 T, 也可能低至 0.5C 左右, 還不有機會落固體? 但紅色格可以看到對流層中層開始已經非常乾(500hPa 17%), 再翻查 hko 數據, 當日無錄得雨量日照 9.8 小時低溫 6.9C, 所以即使近地面的"高溫層6.9"很薄(注意大帽山就沒有這個問題), 掉下來的固體來不及融化也沒用, 因為前題就是要濕才有降水. 報紙和天文台的下雪報告當然就沒有 19690206 這一日, 至於其他日子的下固體報告(19670202, 19671213, 19710129, 19751214, 20050101, 20140210)有多可靠, 也可以看上表的層溫度自行判斷.

20160124 19690206 兩個個案, 清楚表示落固體的兩個條件(低溫和濕), 缺一不可.



寒潮看氣壓可靠嗎? 為甚麼這些極端寒潮和下雪(包括1893, 1969, 2016)個案都是從濕凍轉乾凍? 更多分析容後再看.





京士柏低溫排名系列:
(一) http://hkmet.blogspot.com/2012/01/blog-post.html
(二) http://hkmet.blogspot.com/2012/01/blog-post_10.html
(三) http://hkmet.blogspot.com/2012/01/blog-post_18.html
(四) http://hkmet.blogspot.com/2012/01/blog-post_25.html
(五) http://hkmet.blogspot.com/2012/02/blog-post.html

百年一遇的五月低溫

根據地下天文台報導,香港遭逢百年一遇的五月低溫.以下請容許我拾人牙慧,分享餅屑.

首先是定義問題.比較細心的朋友可能會質疑"百年一遇"這形容,因為發生的日子是 5 月 2 日,其實只算是 4 月和 5 月的交界,只以 5 月資料來比較會否不宜?對此有質疑的朋友除了可直接向香港天文台詢問之外,亦不妨到黃家香港氣象局網頁,查看 5 月 2 日前後的低溫記錄: WMOHK. 個人認為形容是次為百年一遇並無不妥,當然可以有更科學的分析.

是次低溫較特殊的地方,正如方志剛先生所說,是低溫的位置發生在香港附近(先假設這圖無誤導):



天文台一天前的的預報為 19 度,結果溫度為 16.6 度,以現今預報水平來說當然是較大的誤差.但如可扣除下雨帶來的 1.5 度誤差(請容許我亂來,假設各模式本來都預測無雨.有關 1.5 度低溫的依據詳見本網誌京士柏低溫系列 http://hkmet.blogspot.hk/2012/01/blog-post.html),淨誤差其實只是 0.9 度,一般寒潮都有可能發生這種誤差.

回到天氣分析,先看看當日早上的地面氣壓(以下天氣圖全來自歐中).明顯是東風潮格局,唯一較特殊的是海南東北出現低壓區,而雷州則似乎有高壓伸了出來.

地下天文台方先生指出是次低溫可能和低緯 700 hPa 東移的槽有關.從以下分析圖可看到 700 槽於 24 小時前進入北部灣,並繼續東移. 5 月 2 日早上明顯看到低壓區,但香港似乎仍明顯在槽前.說香港附近受到 700 槽相關的冷空氣影響似乎有點不符.

接著看看地面氣壓的預報誤差.可看到 48 和 24 小時誤差都比較大(顏色間距為 0.5 百帕,紅色為正).48 小時前的預測明顯低估了北部灣附近的高壓,這應該較直接和 700 槽的預測誤差有關.但其實誤差的範圍還包括廣東東部和大陸的一大片範圍,這就難以單從 700 槽來解釋了.如大家仍有印象的話,剛過去的一次雹線事件,天文台(應說各模式)也可能低估了大陸高壓的強度,以致下雨時間提早出現.




小弟才疏學淺,百思不得其解,但這裏仍可提供一個更直接剖析問題的方法: 看華南沿岸各站風向轉變的時間. 有興趣的朋友可以從網上找相關資料,或可找業界人士幫忙.這裏只提供橫瀾當日淩晨時份的風向圖:



分析至此.較大和具體的問題是這些溫差是否和全球暖化有關,而冬季常見的寒潮預報誤差(相信不少朋友都注意到冬季低溫預測經常向下調)問題出在哪裏和怎樣可以解決.

香港四百之: ACE 複檢

網友們如有到 RAMMB 看熱帶氣旋衛星資料，可能都早發現有熱帶氣旋動能的一項. 今日看看其計算方法.

關於該 ACE 指數的定義和分級可看這文章 MWR，指數定義為熱帶氣旋 200 公里內的動能．純粹從影響力來說是非常合理(個人認為 200-250 都是不錯的），因這會忽略了外圍不構成災害的風場，但範圍又足夠大地考慮了一些因大風場而帶來的風暴潮，包括 Katrina:

數據都是從飛機量度得來，因此亦較可靠:

強度和 ACE 的平均比例為 ACE ~ wnd^1.872，較接近(但仍小於)平方．同一強度的熱帶氣旋其 ACE 差異可以很大，這亦正正是這指數具有意義的原因．唯一盲點是一些非常細小但強的熱帶氣旋會得分很低(上圖偏向右下角的那些數據點)．

昨天給出的三個例子，如果也以 200 公里計算 ACE 的話, 結果是 ACE ~ wnd^1.57 和 wnd^1.19, 明顯小於以上的觀測值．這是由於昨天的風場沒有考慮熱帶氣旋移速．如加入 20 km/h 移速的話，則會變成 wnd^1.80 和 wnd^1.30, 前者和觀測平均值接近． 　

香港四百之: ACE

前兩回提及時間和強度可以結合, 構成更能代表熱帶氣旋影響力的指標, 例如 hrs*wnd^2 和 hrs*wnd^3. 這概念不是由本人提出, 事實上國內外一些研究都會考慮到 Accumulated Cyclone Energy(ACE) 和 Power Dissipation Index(PDI), 在計算的時候正正就採用了以上的算法. 今日討論這算法的問題.

前兩回提到與 nos 或 hrs 或 hrs*wnd 相比, hrs*wnd^2 和 hrs*wnd^3 的預報潛在可能都不高. 原因可以包括: 1) 強度不是大尺度如 ENSO 可以定奪, 因此加入強度因素反而減低了相關系數; 2) 該兩指數的算法可能有問題, 違反了一些基本定律(如物理, 數學), 因此其與 ENSO 的相關較低. 以下只討論後者.

以下集中討論 ACE. 顧名思義, ACE 即熱帶氣旋的動能, 但具體計算 ACE 的時候還要有其他考慮, 包括怎樣定義, 和有沒有資料用作計算驗證. 由於歷史風場資料缺乏, 不少氣象學家們就把 ACE 用 hrs*wnd^2 來表示, 這亦間接地只考慮了風眼附近的範圍. 從影響力來說, 只考慮風眼附近範圍問題不大, 因熱帶氣旋帶來的災害還是在風眼附近. 但這會否忽略了某些物理因素? 以下定義 ACE 為整個熱帶氣旋的動能, 看看有何分別.

圖一共考慮了三個風場結構:

實線是一個最高風速 120 km/h (颱風下限), 最大風半徑 30 km, 熱帶氣旋環流 800 km. 可看到烈風圈約 200 km, 應為頗正常的熱帶氣旋. 另外考慮兩個較強的熱帶氣旋 (150 km/h), 最大風半徑分別為 30 km (長虛線) 和 25 km (短虛線), 400 km 外的風速和實線的一樣. 考慮 25 km 是因為較強熱帶氣旋其風眼一般較小.

由於動能為風速的二次方, 而較遠的距離包圍了更大的面積, 因此可知 ACE(R) ~ v(R)^2*R. 總 ACE 就是 ACE = SumOverAllR ACE(R). 因為這關係, 從下圖可看到對 ACE 最大貢獻的半徑不是在風速最大的 25-30 km, 而是外移到約 100 km, 約莫是暴風半徑的位置. 這樣我們可以定斷 ACE 對稍為外圍 (如 100-200 km) 的風速也很敏感, 而強度不足以完全決定 100-200 km 的風速亦即 ACE.

根據以上公式, 若假設整個熱帶氣旋的風速 v 都以某個比例上升, 則 ACE(R) 和 ACE 都應該以平方比例上升. 但這假設並不合理. 舉例, 一個超颱和一個颱風強度比例可能是 1.5, 但在 200 km 處, 颱風的 60 km/h 風速未必就對應為超颱的 60*1.5 = 90 km/h 的風速. 圖一考慮的風速分佈中, 較強的 150 km/h 熱帶氣旋外圍風速增長較少可能才較貼近現實.

換言之, 如以 hrs*wnd^2 來表示 ACE, 較強兩個熱帶氣旋的 ACE 會是原先的 (150/120)^2 = 1.5625 倍, 但這樣會高估. 如以整個風場來計算 ACE, 則兩者和原先的比例只是 1.26 和 1.18, 其量級和 hrs*wnd 比較接近.

結論: 如以整個熱帶氣旋的風場來定義 ACE, 則 hrs*wnd 可能比 hrs*wnd^2 較合理.

發出一號風球的位置

以下是 1986-2012 年天文台發出一號風球時各熱帶氣旋的位置:

位置和強度資料大大部分都是從每隔六小時的天文台最佳路徑插值而成, 因此可能有一點誤差. 並不包括新制下離岸仍吹強風時三號轉回一號的情況.

簡簡單單的一張圖也花了半天時間才繪製完成, 雖則無甚可以解讀, 但還是和各位分享. 風迷題:

* 為何從 1986 年起繪劃?

* 哪三個颱風在 800 公里外掛起一號風球?

* 最接近香港的藍點是哪個熱帶氣旋?

* 發出的距離和強度有多大關係? 有沒有臨界(如 600, 700)距離?

香港四百之: 預報難度

任何帶有時空隨機性的過程都有一共通點, 就是要準確預報某一細小區域很困難. 例如要預測香港的降雨必然比預測整個廣東省的困難. 同樣, 預測影響香港的熱帶氣旋也比預測整個西北太平洋的困難. 所以預測可能是一個較大的範圍(如 4-7 個), 而西北太平洋預測的幅度則會相對較小(如 28-32 個).

眾所周知, 影響香港的熱帶氣旋也受厄爾尼諾現象影響, 因此今回看看各"香港四百(HK400)"指數與 Nino 3.4 區水溫的關係. 另外亦參考"香港八百(HK800)", 看看預報可能性有否提高.

以下是水溫和香港四百的線性相關系數. X-軸為月份, 從之前一年的五月至本年的十二月. 各指數均為負值, 並於之前一年年底至本年年初最明顯, 即"香港四百"受年初 ENSO 活動影響. 上回提到 Hrs*Wnd^2(3) 原理上比 Nos 和 Hrs*Wnd 更有效地表示熱帶氣旋帶來的影響, 但其與水溫的相關最低(藍色和綠色), 因此未必是容易預報的項目.

上回圖表顯示自制指數 WMOHK 和 Hrs 接近, 相關達 0.969. 與水溫相關方面, WMOHK(紫色)稍優於 Hrs(橙色). Nos(紅色)與水溫的關係和 WMOHK/Hrs 相約, 於年中時尤其較佳. 但總體而言, 相關系數都並不高, 只略過了 -0.4, 要用作預報可能還要作更深入的分析或採用其他方法.

香港八百方面(下圖), 除 Nos 外, 其餘指數都沒有預期的進步. 與 HK400 時比較, WMOHK 比 Hrs 的優勢更明顯.

西北太平洋的研究顯示年初的 ENSO 現象對風季前期有較大影響, 因此以下只看一至七月的結果, 即水溫和 HK400(Jan-Jul), HK800(Jan-Jul)的線性相關系數. 結果顯示 WMOHK 比起其他指數有較大關系, HK400(Jan-Jul)超過了 -0.5. 而有趣的是 HK800(Jan-Jul)的相關反而沒那麼明顯.

八至十二月的熱帶氣旋活動可能受年中 ENSO 影響, 但只得 Nos(紅色)有較理想結果:

總結:

* Jan-Jul 和 Aug-Dec 結果的分別, 可能顯示 ENSO 的"遙時"(去年年底至年初)和即時(年中)效應對熱帶氣旋有不一樣的影響, 主要展現為遙時效應與自制指數 WMOHK (即熱帶氣旋有多強大)有較大相關, 而即時效應只對熱帶氣旋數目 Nos 有較大影響. 其原因有待進一步探索.

* 由於資料不足, 自制指數只考慮了再分析資料距離熱帶氣旋 300 公里外的風速. 以後如取得更多和更準確的風場數據, 有望進一步提高其代表性和可預測性.

香港四百之: 預報量

香港天文台每年都會在世界氣象日前後發佈一年的熱帶氣旋預測, 今年預測影響香港的數目為 4-7 個. 心水清或做過相關工作的朋友可能有一些疑問.

影響香港是否就是指發出熱帶氣旋警告? 但(一號)風球的準則數年前也曾作修改, 加上近十年預報誤差大幅減少, 預報員處理風球時可能(理應)和以往不同. 預報這 4-7 時, 如要參考過往發出風球的數據, 會否出現困難?

如不以過往發出風球的數目而改以其他的客觀指標, 有沒有可能? 天文台網頁的統計資料包括進入香港五百公里範圍熱帶氣旋的數目. 五百這數字是隨意, 還是暗藏玄機?

以個數來表示對香港的影響雖則是國際社會多年來的做法, 也廣為普羅大眾所理解和接納, 但其缺點也不少. 第一是沒有考慮熱帶氣旋強度. 4-7 個本身是個頗濶的範圍, 4-7 個熱低和 4-7 個超颱的分別更是可想而知. 第二是沒有考慮氣旋影響的時間. 第三沒有考慮熱帶氣旋的風圈大小.

去年五月時曾探討相關問題(http://hkmet.blogspot.hk/2012/05/blog-post.html), 今回再較詳細地剖析. 資料還是 1979-2010 年 CMA 的最佳颱風路徑, 以下是"香港四百", 即每年進入香港四百公里熱帶氣旋的統計:

圖中 Nos 是個數, Hrs 是在 400 公里內出現的時間, Hrs*Wnd 是時間乘以風速, Hrs*Wnd^2(3) 是時間乘以風速的 2(3) 次方. WMOHK 是自制指數, 大致上是影響時間乘以距離熱帶氣旋中心三百公里的風速.

個數(Nos)和時間(Hrs)上面已作出陳述. Hrs*Wnd 則除了時間外考慮了熱帶氣旋的強度, 越強的熱帶氣旋得到更大權重. Hrs*Wnd^2(3) 則會給強熱帶氣旋更大的權重.

Hrs*Wnd^2 甚至是 Hrs*Wnd^3, 原理上都應該比 Nos, Hrs 和 Hrs*Wnd 更為合理地描述熱帶氣旋帶來的影響. 一來在物理學上, 我們有動能 K.E. ~ v^2. 二來從直觀上, 60 海浬風速帶來的破壞和 30 海浬風速帶來的破壞也不會只是一倍, 即 Hrs*Wnd 給予強度的權重還是不夠. 從上表所看, 個數和 Hrs*Wnd^2(3) 的相關系數只為 0.711 和 0.629, 很明顯單以個數 Nos 來表示熱帶氣旋帶來的影響會有很大的缺憾.

再舉一個例子:

以上是 Nos 和 Hrs*Wnd^2 的線性關係. 1981 和 1986 年同樣有 8 個熱帶氣旋進入香港 400 公里範圍, 但 Hrs*Wnd^2 1986 是 1981 的 2.58 倍. 而時數 Hrs 為 204 和 354, 即只為 1.74 倍. 因此可解讀為 1986 年熱帶氣旋逗留在 400 公里範內的時間較長(可以是移動較慢, 也可以是更為接近香港), 而且強度較大.

十一月天氣異常原因

香港十一月通常是所謂秋高氣爽的好日子, 但不少人都注意到今年天氣反常, 潮濕多雲有雨, 又是時候淺談當中可能的原因.

先看究竟有多異常. 判別秋冬季是否好天, 香港上空是否吹偏南風為一重要因素, 因此先抓了 NCEP 再分析資料 1948-2012 共 65 個 11 月的 850 百帕南風數據查看. 65 年當中只有 9 年(14%) 為偏南風. 今年 11 月果真是 65 年來最大偏南風的一年, 緊接其後的是 1997 (厄爾尼諾年), 但 97 強度還是差了一大截. 如以標準差表示, 則今年為 +2.6, 應是頗為罕有的個案.

天氣/氣候異常定必聯想到 ENSO. 從 CPC 網站下載 1950 年至今的海水溫度數據(Nino3.4),並看看今年和以往哪些年比較相似. 發現最接近的為 2006 年:

2006: -0.9,-0.7,-0.5,-0.3,0.0,0.1,0.2,0.3,0.5,0.8

2012: -0.9,-0.7,-0.5,-0.3,-0.1,0.0,0.1,0.3,0.4,0.6

再從黃家香港氣象局網頁劃圖, 比較 2012 年和其他各年的差異. 肉眼發現和 2012 年北半球的異常形態最接近的也是 2006 年(共查看了 1971-2011). 注意左上方北半球的異常形態:

2006 年 11 月:

2012 年 11 月:

其他年份請看: 1971-2012

結論: 雖然今年最終並沒有發展為明顯的厄爾尼諾年, 但以上資料顯示今年可能和以往厄爾尼諾年(包括最像的 2006 微弱偏北風年)偏暖偏濕相似, ENSO 或赤道水溫或可解釋到一部分原因. 還未看各中心之前的月天氣/氣候預測, 估計今年 11 月的情況應該都在模式的掌握之中.

Sandy 的結構

西北太平洋一片寧靜之際(預測下周有野橫過南海中部), 美國東北岸登陸的 Sandy 可算為風迷帶來一點生氣, 也是時候更新網誌了.

看了一些分析和文件後, 暫未看到 Sandy 的結構有何特殊之處, 反而溫帶氣旋轉回偏西登陸東岸可能比較罕有. 這或許和東面的阻塞現象有關: Rex Block, ECMWF

從歐中網站下載了一些資料, 看看 Sandy 的結構和轉變:

高度場顯示在登陸前的十二小時, 各層上的氣旋都加深了, 在中上層(200 至 500 毫巴)似乎和西北面的槽混合. 登陸後和熱帶氣旋一樣, 中心填塞消散(圖略).

風場亦顯示氣旋加深及和槽的混合. 例如在 500 毫巴, 三十日零時的環流中心明顯較十二小時前清晰, 最大風速亦較高. 在低層 850 百帕也隱約看到環流整合, 最大風速雖然下跌, 但風圈擴大了, 整體上還是稍為加深.

值得一提是 warm seclusion 現象, 即當溫帶氣旋發展到最後階段時, 低層中心附近被冷空氣包圍, 相對來說是暖的. 翻了一些文件, 才發現自己對溫帶氣旋的認識仍停留在上世紀初挪威學派 Bjerknes 的模型. Bjerknes 的模型雖然在任何氣象學教材上還會提及, 但原來早於 1990 年已有更準確的 Shapiro-Keyser 模型. Bjerknes 模型雖也有 warm seclusion 這現象, 但和 Shapiro-Keyser 模型還是有較大分別.

溫度場可看到低層冷空氣約在登陸前十二小時入侵氣旋中心. 在 925 和 850 百帕上, 二十九日十二時仍可看到氣旋上空的暖中心, 三十日零時則不見了. 再早一點(從二十五日開始, 圖略)可看到低層暖中心逐步減弱, 因此歐中分析圖上似乎看不到明顯的 warm seclusion.

最後送上位渦圖(這圖是等位溫面, 高度約在 300 毫巴), 可很清楚地看到氣旋和槽的混合, 並開始出現在登陸前十二小時:

是藤原效應還是赤道反氣旋?

接近三個月, 連十號風球也沒更新, 一方面當然是沒特別事可做, 另一方面也是先前的季度預測頗為準確, 一時有點嬌傲怠惰(笑). 當然筆者明白先前做的預測都是頗為容易的.

今日再寫是為了一點爭議. 事源目前南海西太出現了兩個熱帶氣旋天秤和布拉萬, 由於距離頗為接近, 有氣象機構和傳媒都以雙颱風效應來描述兩颱風之間的互動, 包括天秤目前的滯留和稍後轉向偏東北方向遠離香港.

按照過往的研究, 當兩股熱帶氣旋距離較接近(如不足 1000 km), 則兩颱風之間可能出現互旋轉, 這又稱藤原效應. 但較遠的時候仍可以出現互動, 東面的熱帶氣旋可以影響西面熱帶氣旋西北面的副熱帶高壓, 亦可能令南面的赤道反氣旋加強西伸, 間接引導西面的熱帶氣旋. 今次氣象單位/網友的爭議在於究竟是兩熱帶氣旋的直接互旋, 還是間接地通過赤道反氣旋引導天秤東移.

看圖不說話, 以下是 NCEP GFS 今早的 00, 24, 48 小時預測. 所有流場都是 850 至 400 百帕的平均.

風速(米/秒)顯示了天秤的移動和危險半圓現象有很直接的關係:

接著是駛流圖. 可以看到將天秤移走後, 駛流場的方向都和天秤的移動路徑相約, 00 時流場從北到南, 強度偏弱(肉眼看約兩米秒), 西北面的高壓和布拉萬都可能帶來偏北風. 24 小時後駛流轉為西風, 是布拉萬還是赤道反氣旋影響則難說. 48 小時駛流轉為西南風.

再進一步看將布拉萬也移走後的駛流場, 和上面三圖比對. 00 時, 西太副高重現(笑), 駛流為東南偏南. 即是說, 假如沒有布拉萬的直接引導, 天秤目前可能向西北偏北移動. 24 和 48 小時南海北部的駛流場仍是偏南風為主

以上結果顯示主要是藤原效應導致天稱滯留和之後東移.

不日再見.

瑪娃後的西南季風

瑪娃可能標記著今年西北太平洋的季風爆發, 雖然對香港的天氣不會有明顯的影響, 但預報顯示瑪娃可能激發西南季候風, GFS 集合預報顯示未來十至十五天菲律賓附近一帶都是低壓帶, 以下的十三天預測(6月15日早上8時)亦顯示香港附近有一些疑似熱帶氣旋:

註: GFS(及其他模式)集合預報將於不久將來加入網頁 http://www.wohk.org/mrf.php

今年風季看點

時代科技進步, 互聯網當道, 保護主義很難再有市場. 十年前, 官方氣象機構人員公然在網上討論相關內部訊息可能會被"照肺", 今時今日, 市民從各方面獲得的資訊比官方提供的多很多倍, 當大家談論兩三天後有多大可能八號風球的同時, 如官方仍然是"稍後可能需要考慮發出一號戒備信號", 則早晚會被市民遺棄.

說回正題. 今年香港風季有何看點? 個人認為要留意的可以包括: 1) 這兩年美國 GFS 模式有較重要的更新, 需然初步資料顯示仍難挑戰 EC(路徑預測上), 但其二哥位置可能會更穩. 2) 去年開始黃家香港天文台提供印度 OceanSat-2 衛星掃瞄風場(http://www.wohk.org/oceansat.php), 今年兩個專業網站(NRL, KNMI)亦開始發放相關圖像. 另外中國海洋二號衛星亦已於今年運作(http://www.nsoas.gov.cn), 只是目前數據仍未向公眾公開, 但不可排除大陸一些官方或准官方機構有"泄密"的可能. 3) 按先前的報導, 今年香港天文台會常規地派飛機監察颱風, 雖然還是在較初步的階段, 但仍需留意有沒有即時資料發放.

黃家香港天文台面臨的挑戰亦很大, 除了要進行試驗性氣候預測之外, 網站方面亦要繼續更新. 剛剛更新了全球模式的網頁(http://www.wohk.org/mrf.php), 目前已包括了全球各地(中,英,美,加,澳,日)主要的八個氣象模式, 如網友有更進一步的資訊(如韓,台,印,法,德), 務必請與本人聯絡.

QBO與影響香港的熱帶氣旋

很久沒有看學術文章, 今天看到高登討論區有人提起 QBO 對香港風季的影響, 目前正好開始"香港四百"的預測, 因此不得不看看當中虛實.

QBO 對熱帶氣旋的影響, 於八十年代中在北大西洋那邊進行了研究. 西北太平洋方面也有 QBO 研究, 但其影響相對於在北大西洋小. 而且, QBO 並沒有被列為預測整個盤地熱帶氣旋數目的因子(城大), 亦不是預測登陸數目的因子, 因此其可用性比較存疑.

印象中反而是天文台可能有考慮 QBO 為因子, 但今年天文台預測進入 500 範圍的熱帶氣旋為正常至偏多, 和年初拉尼娜現象一致, 未見有何特別. (估計天文台仍有採用統計方法)

搜一搜 google, 找到一篇 09 年的文章 "Influence of stratospheric quasi-biennial oscillation on tropical cyclone tracks in the western North Pacific". 作者主要探討在 QBO 不同位相時, 熱帶氣旋活動的區域有否不同.

摘要節錄:

"The number of TCs approaching the East China Sea is large during the westerly phase of the QBO; however, during the easterly phase, the number of TCs approaching the eastern offshore of Japan is large. This difference in the TC tracks is found to be related to the background flow change associated with the QBO. However, the total number of TC events over the WNP and the sum of the number of TCs approaching the aforementioned two regions appear to be unrelated to the QBO phases."

就是說 QBO 位相對於 6-10 月整個西北太平洋的熱帶氣旋數目沒有明顯影響, 但位置上可以出現分別, QBO 西位相時, 東海地區較多; 東位相時, 日本以東較多. 具體情況如下:

西位相時(上圖), 最大中心約在硫球群島附近; 東位相時(中圖), 最大中心剛好在呂宋東北方. 最關鍵的是兩者的偏差(下圖), 陰影的地方, 正正是摘要指出不同位相時的分別.

可惜的是, 在香港附近, 並沒有很明確的證據顯示西位相比東位相容易有熱帶氣旋影響.

以上是全年(6-10 月)的結果, 也沒有細分在不同 ENSO 位相時的分別. 究竟 QBO 會否只影響季初, 即夏季風爆發期間的情形, 則不得而知, 要進一步深入調查才可以.

距離香港四百公里

目前兩個正在進行的季度預測當中, 較困難的華南四至六月雨量能否達標審慎樂觀, 五至八月的熱帶氣旋形成數目則似乎稍稍落後了. 今年季風爆發區域的情況看似有點異常.

回到香港附近, 每年至為風迷關心的是有多少個熱帶氣旋影響(更偏激的是有多少個十號). 這一兩年間, 天文台開始預測每月進入香港 500 公里範圍的熱帶氣旋數目. 黃家香港天文台當然也不甘落後, 最近開始了較前期的工作, 目前預測目標為 5 至 8 月進入香港 400 公里範圍內的熱帶氣旋.

如預測西北太平洋形成數目一樣, 黃家香港天文台選用了中國 CMA 的最佳路徑資料, 對於在香港附近的熱帶氣旋, CMA 的資料應最為合適. 選取預報量方面則多了一些考慮. 除了是熱帶氣旋的數目外(NUMBER), 還考慮了另外三個指標, 分別是熱帶氣旋的時數(HOURS), 累積動能(ACE), 與及黃家香港天文台的一個指數(WOHK).

以下是該四個指標在 1979-2010 年的走勢(還可注意四個指數均呈下跌之勢):

個數:

時數:

動能:

WOHK:

四個指標究竟哪個較好? 個數(NUM)雖然為最常用亦最為市民接受, 但顯然缺點最多, 包括弱和強的熱帶氣旋會佔相同比重, 逗留較短和較長時間的熱帶氣旋也會佔相同比重. 時數(HOURS)解決了後者但仍解決不了前者. ACE 方面則考慮了逗留時數和熱帶氣旋的強度, 而 WOHK 除了考慮了時數, 亦間接考慮了熱帶氣旋的強度和風圈大小.

以上的四個數列也反映了上述的一些分別. 如以個數計, 則 1980 年共有 7 個熱帶氣旋, 為 32 年之冠. 翻查資料, 其中 3 個均為沒有命名的弱熱帶氣旋. 如以時數(HOURS)做指標, 則 1980 年並不怎麼樣, 反而是 1985 年一支獨秀, 當年除了哈爾(Hal)擾攘了一斷時間, 另外還有 4 個沒有命名的弱熱帶氣旋. 用 ACE 則將 80 年 NUM 和 85 年 HOURS 的峰值拉了下來, 86 年變了最高(當時有 PEGGY/WAYNE). 黃家香港天文台的指數, 則以 85 年和新風迷最熟悉的 99 年為最高兩年.

四指數的線性相關:

結果顯示黃家香港天文台的 WOHK 指數(看最後一排)較好地綜合了其他三指數, 與時數最為接近. 如將各指數和年初厄爾尼諾水溫做線性相關分析, 則顯示 WOHK 相關系數最高, 即亦可能在物理上最具意義.

試驗性西北太平洋熱帶氣旋數目預測(五至八月)

過往的研究表明, 西北太平洋(包括南海)每年的熱帶氣旋活動和數目受年初的 ENSO 現象影響. 但由於熱帶氣旋的生成帶有隨機性, 加上近年全球氣候變化加劇, 要準確預測每年的熱帶氣旋數目仍有困難.

首先是數據問題. 近年有研究指出各預報中心(JTWC, JMA, CMA, HKO)的熱帶氣旋數據(包括數目, 強度)有一些分歧. 黃家香港天文台選用了 CMA 的最佳路徑資料作出預測: http://www.wohk.org/CMACOUNT.xls

79至11年間, 1至4月的平均形成個數為 1.8 個, 和全年的約 30 個比較, 可以忽略. 由於年初 ENSO 現象主要影響上半年, 對風季尾段的影響成疑, 因此, 在資料分析的時候, 將五至八月(前半季)和九至十二月(後半季)分開來處理.

前半季平均形成數目 14.5, 標準差 3.8. 後半季平均形成數目 13.4, 標準差 2.5. 前半季相對較大的標準差很可能是受 ENSO 的影響, 其可預測性亦可能較高. 後半季則目前仍未決定是否作出預測.

如做線性相關, 則發現前半季和後半季的系數近乎零, 顯示這樣分開來預測有其合理性.

選了兩個因子, 第一個是年初的信風強度, 另一個是季內(五至八月)的西太副高強度. CFSV2 對西太副高強度有很不錯的準確度.

年際變化和三分線:

預測:

試驗性季度(四至六月)華南雨量預報

隨著天氣回暖且風季接近, 最近又繼續氣候預報的工作.

今回是預報季雨量. 注意本預測本應在三月底至四月初發出, 但由於目前還在試驗階段, 所以才容計遲發. 最重要的是絕無做馬成份.

先要選取預報的時和地. 時間方面, 較正路的選擇是將一年分為四季(十二月至二月為冬,三至五為春,...). 考慮香港附近的氣候, 分為一至三月, 四至六月等等也無不可, 而且年雨量也是一至十二月計, 如以後預測年雨量, 現時這樣分季還可能帶來點方便.

選擇預報地區則較為麻煩. 手上並沒有香港站點的月雨量資料, 反而在網上找到了中國 160 站的. 另外還有美國方面提供的雨量分析. 最後決定採用美方提供的資料, 預報區域定義為 26.5N 以南, 東經 110-118.5 的華南陸地.

七九至一一年, 四至六月在這區域的雨量與及"三分線":

在厄爾尼諾年, 較常聽到的是香港的雨量偏多. 事實上, 在以上選取的華南地區, 一至三月的雨量和同期的厄爾尼諾水溫有很不錯的相關. 很不幸地, 四至六月的雨量是另一回事. 另外 CFS V2 模式對四至六的雨量預報準確度也未如理想. 因此, 最後決定以純綷統計的方式作出這次預報, 共選取了兩個預報因子.

結果如下:

由於這個預測難度較高, 不排除會出現較大誤差, 參考時請注意.

試驗性冬季溫度預報結果

去年十一月時曾對剛過去的冬季(十二月至二月)溫度作出預測:
http://hkmet.blogspot.com/2011/12/blog-post_10.html

如以之前 21 年(91-11)的數據決定"三分線", 則剛過去的冬季只比 92 年的暖.

如以之前 30 年(82-11)的數據決定"三分線", 則在剛過去的冬季, 溫度在第 8 和第 9 位之間, 亦在偏冷的區域:



還有的是冬季風指數的預報, 現時正等候相關資料公佈才可進行驗證.

京士柏低溫排名(五)

根據個人經驗，冬季下雨時氣溫可比下雨前低一至兩度（見第三回）．前晚午夜前後又出現一次降雨降溫過程，今回稍作跟進．

從雷達上可看到一微弱, 南北走向的雨帶在午夜前橫過香港：


小時雨量圖顯示天文台總部雨量少於兩毫米，和雷達上看到的弱雨帶相符：


天文台總部的溫度濕度圖：


上圖經加工後得出溫度（上線），濕球溫度（中線）和露點溫度（下線）：

可見在下雨前，溫度比濕球溫度約高兩度．根據第三回作出的推測，下雨後溫度應不會跌超過兩度，而實測溫度則低了約 1.5 度，結果與理論及個人經驗一致．

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.