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