夏天之終結？

我們於8月23日進入處暑節氣，天文學來說，此日期為太陽到達黃經150度的時刻。處即終止，處暑節氣亦即暑氣停止，夏天完結的意思。當然，身處香港的我們絕對不會感到氣溫有所回落，但其實冷空氣的活動已於北方漸趨活躍，對於節氣的起源地，「夏季終止」亦是合理的描述。


上圖為1971-2000年北京7月上旬至10月下旬之溫度平均值。中國定義秋天為候平均氣溫 (即5天平均氣溫) 10至22度的時間。雖然上圖為旬平均氣溫，但我們亦大約看到北京平均氣溫於9月上旬跌至約22度，其後跌勢加劇，即北京平均於9月上旬便入秋了。以下是對於廣州的相同圖表，只是日期範圍為7月上旬至12月下旬；根據相同標準，廣州到11月初才入秋呢！



造成此明顯分別的原因主要是太陽直射點南移。太陽於夏至(6月下旬)直射北回歸線，此後逐步加速南移，到處暑時直射點已到達北緯11至12度附近，而再過一個月就到達赤道。處暑前後廣州一帶太陽於午間的仰角約為78度，但對於北京來說則只有62度。亦即是說，北京所接收的熱量已明顯降低。加上日照時間縮短於北方地區更為明顯，該地所接收的熱量減少速度比南方的快。

雖然香港仍有一段時間才入秋，但每年秋季「頭炮」，即首次非熱帶氣旋所造成的北風則很準時於8月底到達。由天文台7天天氣預報 (http://www.info.gov.hk/gia/wr/201108/25/P201108250009.htm) 可見，香港將受低壓槽影響，槽通過後大陸氣流將到達，香港轉吹北風。昨晚8時的天氣圖亦見到一微弱高壓集結於湖南中部：


雖然此北風風力微弱，甚至會將內陸的熱空氣吹來使本港更熱，但往往象徵著夏季南風不再如盛夏般長期支配華南，而踏入9月香港吹東或東北風的日子將增加，且日夜溫差會開始擴大。另外，北方降溫，副熱帶高壓脊開始南移，其南沿再次到達華南沿海一帶緯度，所以香港於9月平均來說會受較多熱帶氣旋侵襲。要真正感受到氣溫下降，還需要等到9月尾至10月初。

眼牆置換週期

由於近期事忙，已多月未有更新網誌了，而今次的題目是由近日颱風梅花想起的。多數成熟持久的颱風在其一生中都會進行眼牆置換週期 (Eyewall replacement cycle)，就如近日在西北太平洋上游走的颱風梅花。各位可先看下面每六小時的衛星圖片：



圖中梅花正進行一次眼牆置換。雖然成因仍未完全確定，但要從衛星雲圖和雷達圖去偵測眼牆置換是相對容易的。眼牆置換最明顯的表徵是內外同心眼牆的形成。就上述梅花的例子來說，在8月3日06:30 UTC的圖中可見到內眼牆和外眼牆中有虛位，亦即所謂雙重眼壁，這就確認眼牆置換正在發生了。當外眼牆形成，它將開始奪取螺旋雲帶中所帶進的能量。這將令內眼牆得不到能量來維持其高速轉動，繼而內眼牆會逐漸崩潰。內眼牆崩潰將使氣旋強度稍為減弱，這是由於外眼牆的直徑較大，根據角動量守恆原理風速會比原先存在的內眼牆低。

如果周邊環境容許，當外眼牆成為唯一眼牆後風暴會再度增強，甚至增強至超過眼牆置換前的強度。一般來說，外眼牆將逐漸收窄，風速亦會上升，至此一次眼牆置換過程完結。

一個生存期比較長的颱風可以經歷多於一次眼牆置換週期，所以雙重眼壁並不是十分罕見的現象，就如梅花分別於8月1及3日進行兩次眼牆置換。2003年襲港的颱風杜鵑是一個比較明顯見到此現象的颱風。由於杜鵑進入天文台雷達範圍，我們可以利用雷達回波影像更清楚地看到雙重眼壁結構。在更為極端的情況下，三重眼壁也是有可能的，但就比較罕見。欲閱讀更多有關眼牆置換週期的資料，可參考下列網頁：

1) http://www.hko.gov.hk/informtc/double_eyec.htm
2) http://en.wikipedia.org/wiki/Hurricane_Juliette_%282001%29 此颶風曾擁有三重眼壁結構，於衛星雲圖上可清楚見到
3) http://en.wikipedia.org/wiki/Eyewall_replacement_cycle

網誌新成員

由即日起，港澳氣旋監測站加入成為本網誌的一員。港澳氣旋監測站網主Jonathan將在這裡撰文，與各位分享氣象地理事件和趣聞。希望此安排能為各位帶來更豐富的資訊！

地動山搖

3月11日星期五日本經歷有現代地震監測方法以來最猛烈的一次地震，強度達9級，日本東部部分地區震感達日本震級表中最高的第七級，就連距離震央超過350公里的首都東京市亦感受到強烈震動，部分房屋損毀。日本處於活躍地震帶，其氣象廳一向非常重視地震和隨之而來的海嘯，警報系統和國民地震意識亦是世界上數一數二的。減低傷亡的因素除了是國民抗震意識強外，氣象廳的地震預警系統也功不可沒。具威脅性的地震來臨前，氣象廳於各媒體發出提示，讓市民有時間逃至較為安全的地方。

為甚麼氣象廳可以提早「預測」地震呢？這要從地震波的形式說起。一般來說，地震所釋放出來的能量在地球內部以P波和S波傳遞開去。P波 (primary wave) 是地震波中最快的一種，它的傳遞速度約為每秒5至10公里。P波屬於縱波，即是說它是由物體間擠壓 (compression) 和離散 (rarefaction) 傳播，介面擺動方向與波移動方向平行。至於S波 (secondary wave) 傳播速度則約為P波的一半。S波本身是橫波，以介面作與波傳播方向垂直的移動而散播。地震儀能紀錄到P和S波，但P波一般較弱，民眾普遍不會察覺。氣象廳就是利用P波與S波傳送速度差異來預先提醒市民地震 (實則上為「感覺到的地震波」，詳見註一)，從而作出準備。雖然警報發出與地震來臨之間時間通常不會多於半分鐘，但這已足夠令人們轉移往較安全的位置 (例如躱到桌面下) 而減低傷亡機會。

利用P波與S波的時間差亦可以大致確定地震位置。首先，從某地P波與S波來臨的時間可以得出地震距離該地多遠。得到三個地方的數據，然後在每地作圓，半徑為估算地震距離，三圓相遇的點便是地震位置。當然，波在不同物質上有不同速度，而地震震源亦於地面以下，所以這是一個較為粗略的估計；監測站點數目越多，估計便越準確。

最後，希望日本民眾能從地震中恢復過來，重過正常的生活。

欲瀏覽更多關於日本地震預警系統，請參考這頁的介紹： http://www.jma.go.jp/jma/en/Activities/eew.html。

註一：除上述所講的P和S波外，有另外兩種表面波 (即不能經過地球內部傳播) -- L波 (Love wave)和R波 (Rayleigh wave)，它們振幅比P及S波大，人們感受到的震動和所造成的破壞大多由此兩種波而來。它們傳播速度比S波稍慢，約每秒三公里。

北極震盪與上月的寒潮

今天是大年初二，首先祝各位兔年身體健康，「兔」氣揚眉。經過上週末的東北季候風補充後，本週溫度逐漸回升，天文台總部的高溫更是個多月來首次達到20度 (對上一次是去年的12月30日)。或許大家從傳媒得知，1月份的低溫某程度上和北極震盪有關，究竟那是甚麼一回事呢？

其實，北極震盪 (或北極濤動) 大致描繪北半球中高緯度的氣壓變化，尤其是高緯度的氣壓距平與中緯度的氣壓距平之間的差異。當北極震盪處於正位相時，北極的氣壓相對較低，而中緯度的氣壓則相對較高，這使西風帶裡氣流的緯向 (東-西向，或沿某一緯度的) 移動速度加快。這樣，從北極來的冷空氣較難伸展至中低緯地區。相反地，如果北極震盪處於負位相，那北極的氣壓相對較高，中緯度的高氣壓較弱，西風帶氣流速度變得較慢，有利極區的冷空氣輸送到較南的地方。以下的單張以圖片形式描述這些情況：http://jisao.washington.edu/wallace/natgeo/ArcticSubart.pdf 。

北極震盪在過去兩個月來持續處於負位相，即較冷的空氣容易南下，這與上月華南地區的持續寒冷天氣相符。就香港來說，2011年1月陰天的日子不算多，雨量亦大幅少於正常，但每日低溫則徘徊在寒冷 (12度) 邊緣，這是由於北方的強烈東北季候風補充非常頻密 (幾乎每三四天就有一次)，雖然日間天色明朗，氣溫也往往未能逗留在較高水平。這正正是典型冬季北極震盪負位相時的情況。

上圖：2010至11年北極震盪指數時間序列圖 (來源：http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao.shtml)

雖然如此，北極震盪並不是決定冬天冷暖的唯一指標。一個很好的例子是2008年影響全中國的寒潮。當時的北極震盪處於正位相，但寒冷天氣仍持續非常長的時間。當年的寒潮成因與去月的有所不同：2008年初中國大部分地區以陰天天氣為主，這是由於當年副熱帶高壓脊偏強，令南亞的濕潤氣流得以源源不絕的向北擴展。當濕暖氣團遇上南下的冷空氣時，暖氣由於密度較低被抬升並形成雲。太陽不能直接照射大地，天氣要回暖也很難了。2008年寒潮時阻塞高壓持續盤據歐亞地區，大氣環流移動受阻，時冷時暖的冬季典型型態較難出現，也令低溫環境持續甚久。

根據天文台的新聞發佈，各國模式大致預料本月氣溫比正常高 (連結)，上月持續偏冷的日子有望不會於本月重演。

延伸閱讀：

• CPC - Arctic Oscillation
• Arctic Oscillation (AO) time series, 1899 - June 2002
• NSIDC - The Arctic Oscillation