望天打卦

甚麼是「N年一遇」？「千年一遇」等說法是不是空談？

2014-04-06T14:11:00.000+08:00

過去幾天本港經歷大雨冰雹天氣，之後天文台及渠務署就該場大雨的罕見程度各自表述。渠務署稱大家對重現期 (return period) 估計的差異源於量度尺度之不同，這引發坊間對「N年一遇」等說法的討論。

1.「N年一遇」的含義

「N年一遇」包含平均的概念。如果說某件事件 A 是十年一遇，即是說 A 平均每十年會發生一次。換句話說，假設每年間 A 發生與否皆為獨立事件，A 在某一年發生的機會是 10%。這並不是說 A 必然會於某十年間發生一次。事實上，A 不會於未來十年內發生的機會為 $(1-0.1)^{10} = 0.35$，即高達三成半。另一方面，A 有 1% 機會 ($=0.1^2$) 於連續兩年發生。

「N年一遇」是表達重現期，即某事件平均重現間距的一種方法，而在討論重現期的同時往往會牽涉到重現水平 (return level)，這是由於事件的極端性通常取決於某項可測度變量的多寡。譬如說「某地平均每 5 年會出現一次日雨量超過 200 毫米」，這裡重現期為 5 年，而所對應的重現水平則是 200 毫米/日。不難理解，重現水平 (雨量) 越高，所對應的重現期會越長。

2. 怎樣能簡易地估計某重現水平所對應的重現期？

如果該重現水平不太極端，我們可以直接利用已有數據估算相對應的重現期。下圖顯示 1884-1939 及 1947-2011 年三月最高日雨量的直方圖 (histogram)，共 121 數據點，可見大多年份三月沒有一天雨量超過 60 毫米，而最高日雨量則為 130 毫米 (於 2002 年 3 月 23 日錄得)。

1884-1939 及 1947-2011 年三月最高日雨量直方圖

根據日雨量的分布，我們可以繪製一張顯示累積概率的圖表 (如下)。橫軸為雨量，而縱軸為日雨量於該水平或以下的機率。假設 $X_1$、$X_2$、$\cdots$、$X_{121}$ 代表該 121 年的三月最高日雨量的隨機變量 (random variable)，那縱軸顯示的為 $\mathbb{P}(X_i \le x)$ 此一機會 ($x$ 為橫軸所示雨量，而 $X_i$ 有任一年的意思)。

每年最高日雨量的累積概率圖

由此可見，三月最高日雨量超過 21 毫米的機會約為一半，而超過 45 毫米的機會則為 $(1-0.8)=20\%$。換句話說，平均每兩年便有一年三月最高日雨量會超過 21 毫米，而平均每五年便有一年三月最高日雨量會超過 45 毫米。我們可以說三月最高日雨量 21 毫米是「兩年一遇」，而 45 毫米則是「五年一遇」。其他雨量所對應的重現期可參考下圖。

不同雨量之重現期。留意橫軸使用對數刻度以便閱讀及比較

3. 如果 N 很大怎麼辦？

極值分布

先前的討論假設 N 不是太大，所以我們可以由其經驗分布 (empirical distribution) 中導出重現期。從 121 年數據的經驗分布中找出 2、5 或 10 年的重現期是頗為可靠的，但是如果 N 較大，如 100 甚至 1000，那我們不可能由經驗分布中找出重現期；即使從上圖勉強能說「百年一遇」的雨量為 127 毫米，此估計亦是極不可靠的。在此情況下，我們需使用統計學中的極值理論 (extreme value theory)，藉助數學理論對極限附近行為的結果來推算。簡單來說，我們可以在不知道雨量理論分布之情況下，利用數學方法分析該些雨量最大值 (例如說，三月的最高日雨量) 的屬性。

以下的討論假設讀者對基本概率論有一些認識，如機率分布 (probability distribution)，機率密度函數 (probability density function)，隨機變量 (random variable)。如讀者不欲深究理論結果，可直接跳至下面「數據分析」一節中的圖表。

假設 $X_1,\ldots,X_n$ 為 $n$ 個獨立變量並根據同一機率分布 $F$，那麼不難發現，當 $n$ 趨向無限大時，它們的最大值 $M_n := \max(X_1, \ldots , X_n)$ 將趨向那些變量可取數值的上限。簡單地說，假如 $X_1,\ldots,X_n$ 本身沒有上限，由於 $M_n$ 只會隨 $n$ 增加，當 $n$ 趨向無限大時， $M_n$ 同時會趨向無限大。對 $M_n$ 的特性進行分析看似是沒有可能的事；可是極值理論告訴我們，對於大部分的分布 $F$ [註一]，我們可以找出標準化常數 $a_n$ 及 $b_n$，使得 $\dfrac{M_n-b_n}{a_n}$ 跟隨某種非退化分布 (non-degenerate distribution) [註二]，從而令分析 $M_n$ 變得可能。學者們證明出，該非退化分布必定為 Weibull、Gumbel 或 Fréchet 其中一款，而它們可以整合為廣義極值分布 (generalized extreme value distribution)，其累積分佈函數 (cumulative distribution function) 是

$$G(x;\mu,\sigma,\xi) = \exp\left\{-\left[\max\left\{1+\xi\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right),0\right\}\right]^{-1/\xi}\right\}$$

其中 $\mu,\sigma,\xi$ 為該分布的參數，而 $\xi$ 最為重要，這是因為 $\xi$ 越大，該分布的「尾巴」越長，出現極端值的機會越高。

這理論性結果跟中心極限定理 (central limit theorem) 相似：大家都是將一個變量標準化，而該標準化後的變量趨向某個分布。

有了此結果，我們可以套用此概率模型於極值數據上，從而對極值的屬性進行分析，如計算重現期。

註一：這理論對於一般簡單的連續機率分布 (如正態分布及指數分佈) 均適用。
註二：退化分布為只有一個可能數值的分布，例如估計只有一個已知號碼球的攪珠機所攪出的號碼。

數據分析

要留意此分布適用於極值 (即 $M_n$) 而非原始數據上。你可能會問，一組數據只會有一個最大值，我們怎樣可抽取一個足夠大的樣本 (sample) 來作分析呢？實際上，我們通常會將數據分為多個區塊 (block)，於每個區塊中抽取其最大值用作分析。區塊的大小往往是與一些實質時間分隔相關，如年、月等。選擇區塊大小也有學問：如果區塊太大，每組的最大值會更為準確但所得出樣本會較小 (因為區塊的大小與數目成反比)，導致結果變化 (variability) 較大；如果區塊太小，那雖然樣本會較大，但每個區塊中的極值可能不太極端，令統計模型出現偏差，得出的結論可能無效。

留意於上述討論中我們使用的數據是每年三月份的最高日雨量，因此它們已經是極值數據了。將廣義極值分布套用於最高日雨量數據中，我們可找出於該分布中重現水平相對應的重現期，如下圖所示：

統計模型分析所得之重現水平-重現期的關係

圖中曲線為由統計模型估算出的重現水平-重現期關係，而圓點則為所觀測到的數據。各重現期所對應的重現水平詳列於下表：

重現期 (年)	經驗分布所得重現水平 (毫米)	極值分布所得重現水平連 95% 置信區間 (毫米)
10	約 55	60.1 (49.1, 79.4)
50	約 122	125.2 (88.7, 214.3)
100	約 127	166.3 (108.9, 323.0)
500	無法估計	310.3 (165.4, 825.1)
1000	無法估計	402.0 (194.8, ~1200)

3 月 30 日當天雨量為 103.1 毫米，按照此模型所估計的重現期為 32 年 (即平均每世紀會出現三次)。同樣做法可套用於時雨量或瞬時雨量，來計算出所對應的重現期。

4. 使用極值理論時要注意的事項

上述計算假設每年間的三月日最高雨量是獨立事件。由於每個數據點時間相差接近一年，此假設較為合理。但是，假如你想用此方法分析每個月的最高雨量，它們就很可能不是獨立事件，所得出的結論可能會有偏差。此外，極值理論屬於漸近理論 (asymptotic theory)，數據量需趨向無限才成立。當然現實應用中不可能有無限量的數據，因此解讀結果時需要小心。最後，要得出「千年一遇」等估計無可避免地要使用外推法。由於該處沒有實測數據，一般來說估算所得重現水平的置信區間 (confidence interval) 會較闊。如上表，100 年一遇的雨量為 166 毫米，其 95% 置信區間為 109 至 323 毫米；外推至 1000 年一遇的估計重現水平為 402 毫米，但 95% 置信區間闊度竟然達 1000 毫米！因此，分析長周期的重現水平數據時，必須同時取得標準差或置信區間等資料，以估計該重現水平的可信度。就此例子而言，以 121 年的三月最高日雨量來估算千年一遇的重現水平並不太可靠。

後記

「N年一遇」的估算隱藏多個假設，所以不同機構因使用不同數據而得出大相逕庭的結論絕對有可能發生。對極值統計有興趣的朋友，可參考以下的入門書籍，此書顯淺而詳盡地介紹極值理論及其應用，適合初學者閱讀 (當然，假設讀者已有基本概率論的知識)。

Coles, S. (2001). An Introduction to Statistical Modeling of Extreme Values. Springer.

昨夜的大雨

2014-03-31T02:27:00.000+08:00

受低壓槽影響，本港昨晚天氣不穩定；大雨集中在晚上8時前後，多處於數小時內錄得過百毫米雨量，而香港中部自西至東均有冰雹報告，天文台首次於三月發出紅色及黑色暴雨警告。雖然香港間有落雹，但今次範圍之大實在罕見。以下為昨晚的雷達圖，留意紫色區域橫過香港的情況：

世紀完美風暴

2013-11-08T14:32:00.000+08:00

在踏入深秋的十一月，西北太平洋熱帶氣旋活動仍然活躍，31W 海燕更是為本年風季帶來高潮。聯合颱風警報中心已經確認海燕為有紀錄以來登陸時風力最強的氣旋 (連結)，登陸時其中心一分鐘平均風力估計高達 170 節 (每小時 315 公里)，比泰培所保持的紀錄 165 (每小時 306 公里) 還要高 [註一]。

上圖：聯合颱風警報中心的熱帶氣旋預測圖，可見海燕的估算強度為 170 節

與泰培不同的是，當時美國方面曾派出飛機深入風暴中心擷取數據，因此所錄得資料是無可異議的。但是，西北太平洋已經沒有實行飛機偵測一段時間，所以海燕的風力是估計得出的，因此存在一定不確定性。雖然如此，由於海燕是以巔峰強度登陸菲律賓，登陸位置附近的氣象站有可能錄得極其珍貴的風力及氣壓數據，利用此資料有機會導出海燕登陸前一刻的風速，或至少一個較準確的估計。

在缺乏實測數據的情況下，如何分辨熱帶氣旋 (尤其是成熟颱風) 的強度呢？很多氣象機構採用的是德沃夏克分析法 (Dvorak analysis，以下簡稱「德法」)。此分析法是由美國氣象學家維農·德沃夏克 (Vernon Dvorak) 總結衛星雲圖所得熱帶氣旋型態與它們實際強度的關係 [註二]，並統一了使用衛星雲圖估計熱帶氣旋的強度的方法。德法將熱帶氣旋評為 T1.0 至 T8.0 的級別 (T值)，以 8.0 為最高。由於將氣旋訂為 T8.0 級的條件極為嚴苛，絕少風暴能到此級別，較為著名的是 2006 年 4 月影響澳洲北部的氣旋莫妮卡 (Monica) (連結)。

本網的友站「香港熱帶氣旋追擊站」有一篇詳盡說明怎樣使用德法的文章 (連結)。大致而言，如熱帶氣旋未發展出風眼，強度一般根據氣旋雲帶的旋捲度而決定；發展出風眼後，則可由風眼大小、眼牆厚薄及眼牆高度等特徵判斷其強度。像海燕等較強颱風，氣象學家通常使用色調強化紅外線衛星雲圖 (Enhanced infrared satellite imagery) 來分析熱帶氣旋強度，這是因為此圖以不同顏色表示雲頂溫度 --- 雲頂高度越高，溫度越低。而雲頂越高一般表示風暴垂直結構越成熟，亦即強度越高。

海燕於 2013 年 11 月 8 日凌晨 2 時 30 分之紅外線衛星雲圖

海燕於 2013 年 11 月 8 日清晨 5 時 30 分之色調強化紅外線衛星雲圖

以上兩圖顯示海燕登陸前一刻的型態，明顯地利用下面的一幅我們可以很清楚分辨風眼周圍雲頂溫度 (色階於圖像下方)。採用德法來評估此時海燕的強度步驟如下：

眼牆最低雲頂溫度低於 -80 度 (於舊色階中為 CDG，Cold dark grey)，而該溫度的眼牆最窄處寬度明顯超過 0.5 緯距，因此 Eye Number 為 6.5 [註三]
在 CDG 眼牆及 WMG 風眼 (Warm medium grey，即高於攝氏 10 度) 的配搭下，Eye Adjustment Number 為 1.0 [註四]
外圍的額外旋捲度得出 Banding Feature 值為 0 至 0.5 [註五] 。KNES 分析 (連結) 認為外圍深層 (黃色) 環流與中間眼牆之間的雲帶未夠暖 (即 DG，dark grey，此雲圖上為淺藍色)，因而將 Banding Feature 定為 0。

將上述三項相加就是最終的T值，海燕的T值為 6.5 + 1.0 + 0.0或0.5 = 7.5 或 8.0。由於德法沒有為 CDG 眼牆作出分析方法，因此 KNES 說法是 DT 值不予考慮。這就是說技術上海燕已經超出德法可以評估的範圍了。

海燕估算強度那麼強的另一個原因是 CDG 範圍持續時間十分長。颱風型態轉好與實際強度增加有一定的時間差，因此很多時候型態轉好後需維持一段時間，氣象機構才會上調其強度至該型態對應的範圍。海燕早於 11 月 7 日早上已出現環狀 CDG 區域 (即完全包圍風眼)，至登陸前已超過 18 小時，因此強度需上調至對應 T8.0 的強度，即 170 節。一般的五級超級颱風出現環狀 CDG 區域已經十分難得 (大多數只更得 CMG [Cold medium grey，即此色調雲圖中的深紅色])，海燕竟然能擁有深厚 CDG 區長達一天，因此被認為是實現了「不可能的任務」。

雖然海燕在德法下是名副其實的「超強」颱風，但分析風暴型態有一定主觀性，各人估算出的強度或會有別。況且德法只是為熱帶氣旋強度作出一粗略的估計，要得到實際強度最好當然是參考實測數據。

p.s. 今晨客觀分析法曾得出 T8.1 的有趣現象：

註一：泰培以前的確曾出現比 170 節更高的估計風速，但氣象界普遍認為 40 至 60 年代的數據有高估成分。

註二：原始文獻為 Dvorak, V. F. (1984). Tropical cyclone intensity analysis using satellite data (47 pages). US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration, National Environmental Satellite, Data, and Information Service.

註三：其實德法中 CMG 層 (Cold medium grey，即此色調雲圖中的深紅色) 超過 0.5 緯距已可給予 Eye Number 6.5，所以海燕絕對是「超班」。

註四：風暴越強，其眼牆頂部溫度越低，而風眼中心則越暖。Eye adjustment number 就是針對此一特徵作調整。

註五：Banding feature 只會於 Eye number 及 Eye adjustment number 的總和比氣候值 (MET) 低時才會使用。由於風暴已連續增強多日，MET 已達 8.0。

熱帶氣旋... "PEWA" ？！

2013-08-19T15:10:00.000+08:00

上一篇的網誌距今已有一年了... 由於小弟出國留學後空閒時間較少，未能抽空撰寫網誌，細心的讀者或者已經感覺到除過去一個月外甚少熱帶氣旋發佈於下午 8 時發出 --- 或者你已經猜到我去了哪兒。 :P

好了進入正題，近日除大家於天氣報告中聽到的熱帶氣旋潭美外，有沒有留意在遠洋亦有一個名為「PEWA」的熱帶氣旋呢？這個 PEWA 是於中太平洋 (西經 140 至 180 度) 形成的，負責機構為美國中太平洋颶風中心 (Central Pacific Hurricane Center)。PEWA 隨後逐漸向西移動，於昨天進入西北太平洋範圍。因此，聯合颱風警報中心對其編號是 01C，有別於西北太平洋及南海上形成的熱帶氣旋之編號 xxW，至於日本氣象廳則如常給予新氣旋編號 1313 (1312 為潭美)。為保持一貫性，日本氣象廳不會對該氣旋另行改名。

上圖：近換日線的熱帶氣旋就是PEWA了

上圖：PEWA 經過國際換日線的一刻，在其右上方可見到熱帶氣旋 UNALA

由於中太平洋水溫較低，而高壓脊的配置亦不利氣旋發展，該地域較少熱帶氣旋生成，能通過換日線的就更少了。對上一個是 2010 年的熱帶氣旋 OMEKA，它於換日線附近徘徊，但由於強度相對較低，西北太平洋大多數官方機構並未將其升格，而香港天文台亦只將它定性為熱帶低氣壓 (連結)。如果要說比較觸目的就肯定是 2006 年的 IOKE (伊歐凱) 了，它於夏威夷以南形成並逐步發展，以五級超級颱風強度橫過換日線，相信當時已經有「追風」的氣象愛好者不會忘記吧！伊歐凱破了數個紀錄，較為觸目的為：它是首個於中太平洋形成並於同區域達到五級超級颱風強度的熱帶氣旋，亦為該區創下最低的氣壓紀錄，而且是全球維持在四級颱風或以上強度 (連續計算) 最久的氣旋。

上圖：2006 年伊歐凱橫過國際換日線的一刻

那使用中文的我們就不禁會問，究竟此氣旋的中文名稱是甚麼？西北太平洋熱帶氣旋名稱列表中的中文名字是經中、港、澳三地商議後得出的，而台灣則自行對名稱進行翻譯，但中太平洋氣旋名稱 (列表) 並沒有這既定程序的，因此很大程度上取決於誰先行翻譯，這亦同時取決於各氣象台的責任範圍。今次台灣將 PEWA 翻譯為皮瓦，中國大陸暫時未有官方譯名*，至於香港天文台的責任範圍比台灣及內地均小，PEWA 需起碼移至東經150度附近其環流才有機會於天氣圖上出現。但無論如何，每年發表的年度熱帶氣旋報告中仍會提及此氣旋。雖然沒有硬性規定天文台需採用哪個譯名，但為保持一貫性及避免有人誤將同一系統當作兩個獨立的熱帶氣旋，天文台很大機會會採用皮瓦這一名稱。

在留意 PEWA 動態的同時，在其東北面不遠處的雲團亦被升格為熱帶風暴，並被命名為UNALA。如此氣旋能維持一定強度並進入西北太平洋的話，相信台灣及內地又要傷腦筋怎樣給它一個中文名字了。

上圖：熱帶氣旋 UNALA 的預測路徑圖

*原文為「今次台灣及中國大陸均將 PEWA 翻譯為皮瓦」，經查證後發覺有誤，謹此致歉。

意料之外的十號風球

2012-07-27T18:08:00.001+08:00

韋森特襲港為我們帶來 13 年來的首個十號風球，但是在韋森特形成的初期幾乎沒有人會預計得到這個結果。還記得最初的數值預報路徑，不是一路向西北趨向台灣的就是西至海南；其後發展出部分模式如加拿大的 CMC 預測韋森特將於進入南海後停滯繼而北上，但當時相信不少人對此預測存疑 (CMC 以往的表現不太好)。之後歐洲中期預報模式亦加入，可是由於韋森特於南海初期西移速度頗高，大家也是採取半信半疑的態度。

上圖：7 月 18、19 及 20 日晚上 8 時部分數值預報模式預測 09W 的路徑

可是韋森特於 7 月 22 日上午突然移動緩慢，於南海停滯不前大半天後於 23 日改為北上並增強，當天中午經過於南海的一個油台不遠處，該處錄得的數據明顯顯示韋森特已增強為颱風，之後更進一步靠近香港，而隨後的事件大家應該還記得吧。不但路徑是意料之外，韋森特於離本港不足 400 公里的距離急速增強及發展出完整渾圓的風眼 (由強烈熱帶風暴增強至強颱風) 更是數十年來未見，因而天文台在其新聞發佈中亦表示「這樣迅速增強的情況，以上述熱帶氣旋 (按：即曾令天文台發出十號信號的熱帶氣旋) 來說是史無前例」。

上圖：韋森特於 7 月 23 日早上 11 時 01 分和下午 4 時 01 分之可見光衛星雲圖，以及 24 日凌晨 1 時 32 分之紅外線衛星雲圖。韋森特於近岸地方短時間內快速增強之現象是非常罕見的。

氣象就是有這麼多意料之外的變化，相信亦是令很多喜歡研究氣象人士愛上它的原因。這次的十號風球提醒我們絕對不可忽視大自然的力量：比較天文台已發佈的陣風數據，可見這個十號風球看似造成很大混亂，但仍是比較弱的一個。颶風集中在香港西南部，加上風暴深夜來襲，幸運地沒有人因此喪命。但正如前台長林超英所說，「香港不可能永遠幸運，下一次也許是超強颱風，下一次也許更靠近，對於颱風，大家必須嚴防啊」，如果韋森特的移動路徑東移 100 公里，危害已經會到達另一層次。

p.s. 一如以往，本站將會製作熱帶氣旋韋森特的回顧，讓大家重溫韋森特由誕生、轉向、侵襲、至消亡的過程。

六‧一八

2012-06-17T17:54:00.000+08:00

6 月 18 日於香港氣象史上算是「多事」的日子，較舊的大家可能記得 1972 年的六一八雨災，雖然每天雨量沒有破紀錄，但 6 月 16 至 18 日三天間的總雨量超過 600 毫米，山泥傾瀉終導致大廈倒塌慘劇。這篇要說的是較新的六一八事件，剛好於上一個龍年即 2000 年發生。當時一道低壓槽影響華南沿岸地區，其中一個渦漩於 6 月 18 日晚在香港以南不遠處增強為熱帶低氣壓，繼而向北移動，橫過西博寮海峽，約晚上 10 時 15 分登陸荃灣，其後進入內陸。為應對此低壓為香港帶來的強風，天文台直接懸掛三號風球，是自 1959 年首個未經一號風球或強烈季候風信號而直接掛三號風球的熱帶氣旋。

上圖：2000 年 6 月 18 日晚上約 10 時 30 分的衛星雲圖，當時該熱帶低氣壓正於新界中部

上圖：2000 年 6 月 18 日晚上 10 時的風向風速分布圖

從低壓槽中形成的熱帶低氣壓例子不少，但靠近華南沿岸而能成功發展的則較罕見。12 年後的今天 (雖然差一日)，類似的情況於海南島對開海面發生。是次形成的熱帶低氣壓緯度較南，發展空間更大。

上圖：今天形成的熱帶低氣壓

由於預料該低壓向東北偏東移動，將會逐漸靠近本港，天文台於下午 4 時 20 分發出本年首個一號戒備信號。市民應留意該低壓的動向，並帶備雨具以防不時之需。

罕見的凌日現象

2012-06-03T18:03:00.000+08:00

本周三上午將出現罕見的金星凌日。雖然天空不會變暗，但如天色良好我們將看到一個黑點於太陽圓面上移動。

上圖：2004 年金星凌日照片

此現象對上一次於 2004 年 6 月 8 日發生，當年香港於下午可以見到。由於金星與地球環繞太陽公轉有一定規律，金星凌日的出現比較容易推算出，在每對相隔 8 年的凌日之間會梅花間竹地出現 121.5 或 105.5 年的「空檔」期，如下圖所示：

上圖：18 至 23 世紀的金星凌日事件

如錯過是次凌日，對大部分人來說將不可在有生之年再見到。

因為只有內行星才可能出現凌日現象，在地球只可看到金星及水星凌日。由於水星公轉週期短，其凌日現象較金星常見；但由於水星離地球更遠，它看來就更為細小了。水星凌日曾於 2003 及 2006 年出現，亦將會於 2016 及 2019 年重臨。比較可惜的是 2016 及 19 年的水星凌日皆會於香港晚間發生，本地的觀測者最快也要等到 2032 年才可看到此現象。

不難想像，其他星球上亦會出現凌日現象。比如說在火星，不但會出現水星及金星凌日，地球凌日也會定時發生。根據天文學家計算，20 世紀裡地球凌日曾於 1905 及 1984 年 5 月出現，當然兩次也沒有人看到。但是於 2084 年 11 月的下一次地球凌日，科技發展很可能容許人類在火星觀看此現象呢！

說回地球上的金星凌日，當天本站將提供直播站點，詳細資料載於 http://david.samsiu.hk/weather/special/20120606/index.html。

5月21日的日環食

2012-05-15T16:17:00.001+08:00

日環食每一兩年就出現一次，但由於環食帶非常細小，對於某個地方而言平均要超過200年才可一睹此本來不是太罕見的天文現象。下星期一的日環食，其環食帶將非常幸運地掠過香港和其他華南地區。

上圖：2012年5月21日日環食的資料

香港中部和東南部於1958年4月曾可見日環食，時間雖比這次短，但出現時間約上午11時 (夏令時間為約正午)，觀測條件比今次好。該日環食之沙羅周期號碼與本次的一樣，都是128。一個沙羅周期歷時約18年11日，1958年至今正好為3個沙羅周期。1958年之前，香港亦曾於1955年12月見到日環食，但只限東南角地區如赤柱和蒲台島。如此密集的中心食是非常罕見的。如錯過是次環食的話，大家必須離開香港才可於有生之年一睹此奇觀了。

至於日全食，香港曾於1742、1789及1814年，100年內三次出現。但對於某一地方，中心食的出現並無一定規律，而下次全食更要到2881年才於香港可見，是對上一次的一千年之後！

再說這次日環食，由於出現時間太早，觀賞條件並不理想。欲觀看的市民需到東北偏東很少或完全沒有遮擋的地方才能夠進行觀測。當天太陽日出時間為早上5時41分，太陽至此已被食去接近一半；6時06分環食開始，太陽外圍將形成一個光環；6時08分月球和太陽中心最為接近；6時10分環食結束，太陽只不過離地面約5度。此後月球逐漸離開太陽圓盤，日偏食至早上7時16分結束。

日食觀測條件亦取決於當天天氣狀況。本港於初夏大雨容易於上午出現，即使無雨亦很可能會多雲。更糟的是，現時影響華南的低壓槽將於未來數天為該區帶來驟雨，且雨勢有時頗大。天文台最新的七天天氣預報預計雨勢於20日稍為減弱並有陽光，但21日又有大雨，數值預報亦似乎不看好：

上圖：數值預報模式預測廣州未來15天的天氣狀況

看來若要看到這次難得一見的日環食，除了要有些毅力之外，亦要有很大運氣才成。

延伸閱讀：
1) http://david.samsiu.hk/weather/special/20120521/index.html 2012 年 5 月 21 日之日環食
2) http://david.samsiu.hk/weather/special/eclipsefigures_solar.html 日食日期和數字

下午的雷雨

2012-04-16T21:49:00.002+08:00

數小時前的雷雨為大嶼山和香港島帶來逾30毫米雨量。強烈閃電區下午經過大嶼山，但由於其採取東南偏東的路徑，因而稍後只於南丫島和港島南部及其以南海域掠過。如果觀看天文台下午的雷達圖，可見雨區非常猛烈。

上圖：2012年4月16日下午4時48分的雷達圖

一般來說，黃區及更強烈的區域 (高於每小時30毫米) 通常伴隨著雷暴。紫區不常於雷達圖出現，這是因為華南一帶鮮有每小時達300毫米的極強雨區。雷達使用的無線電波並非只反射雨點；有時與強對流天氣相關連的冰雹也會產生回波，導致紫區的出現，因此如於雷達圖看到紫區，大家要注意冰雹有否出現。

上圖：2012年4月16日下午3至7時之雷達圖動畫

上圖：2012年4月16日下午4時50分過去10分鐘之最高陣風

雖然今天未有冰雹報告，但該區的強對流天氣仍然為戶外工作帶來危險。大澳和長洲於下午曾分別錄得每小時超過 130 及 120 公里的陣風，這風速足以令人失去平衡跌倒，也能吹起部分物件，因此我們絕不能忽視與強對流活動相關連的惡劣天氣。下次大家如果於雷達圖看到橙、紅或紫區，應該密切留意其動向，如該區靠近應盡可能停止戶外活動並到室內暫避。

鐵達尼號沉沒100周年

2012-04-10T17:00:00.000+08:00

今年4月15日是鐵達尼號沉沒100周年的日子。它於1912年的今天 (4月10日) 離開英國南部修咸頓港口，其後於法國和愛爾蘭接載更多乘客，11日駛離歐洲大陸，原定於18日左右抵達美國紐約。不幸地鐵達尼號於14日晚撞上冰山，令其5個密封艙進水，最後於15日凌晨2時20分沉進大西洋中，當時鐵達尼號位於紐芬蘭島東南偏南約600公里。事故中，超過2200名乘客中僅得少於三分一獲救。

上圖：1912年4月15日的天氣圖

美國於1911-12年經歷異常寒冷的冬天 (連結)，冰山數量因而非常多；且由於當年極地氣流經向移動較大，部分冰山能夠飄移至鐵達尼號航線等較南海域。由於科技所限，當時主要獲知前方障礙物的途徑大多是從其他船隻得悉，或者靠肉眼 (船上沒有望遠鏡) 觀察。上圖顯示1912年4月15日的天氣圖 (來源)，可見鐵達尼號的位置 (約北緯42度，西經50度) 幾乎是高壓區的中心，氣壓達1035百帕，所以根據當時的報告，郵輪周邊非常平靜，海面沒有浪花；雖然天氣好海上情況相對安全，但對於需要靠目視來偵測障礙物的人員來說卻是一大危險。在平常的日子，海面的波浪衝擊冰山時產生浪花，令它們比較容易地察看得到，但當天海面無風無浪，船員只於撞擊前約40秒看到冰山，兩者距離少於500米。基於船隻巨大，即時轉向也未能避免碰撞。

鐵達尼號沉沒令大家反思海上安全，自此對於救生艇和逃生演習的要求更為嚴格 (鐵達尼號上的救生艇只足夠乘載半數搭客)，於障礙物不明的地區通過時船速不能太高 (當時船速約為每小時41公里)，而無線電通訊亦每天24小時有人維持。

上圖：1912年4月16日的報章，顯示鐵達尼號沉沒的位置 (來源)

或許真的是「欺山莫欺水」，在零下2度的海溫下，數分鐘內便能引發低溫症，即使懂水性亦難逃一劫。

久違了的2月29日

2012-02-28T15:11:00.000+08:00

明天就是四年一度的 2 月 29 日，大家除了替該天出生的朋友（如有的話）高興外，這天亦提醒大家今年是奧運年。眾所周知，地球自轉一圈使太陽回到同一方位角平均需時 24 小時即一天，但地球圍繞太陽公轉一圈需時 365.2422 日，這並非一整數。

由於 0.2422 日並不是小數目，累積起來隨時令季節日期大亂，於是古人提議每四年設閏，使每年長度增至平均 365.25 日，這就是公元前 45 年至公元 16 世紀所奉行的儒略曆。雖然 365.25 跟 365.2422 差別不大，但這曆法還是會使實際季節每 1000 年推前 7.8 日。到了 16 世紀，兩者差距達 10 天，這開始令人察覺得到，於是意大利學者 Aloysius Lilius 提議改革閏年制度，刪除能被 100 但不能被 400 整除之年份的閏日。這制度於 1582 年 2 月 24 日成為法令，並於當年 10 月 4 日執行，定該天翌日為 10 月 15 日，以抵消那 10 天的誤差。由於這法令是由當時的教宗額我略十三世（Gregory XIII）簽訂，這曆法便被稱為格里曆，亦即我們常說的公曆。

此制度下，每 400 年只會有 97 個閏年，所以每年平均長度為 365 + 97/400 = 365.2425 天，和 365.2422 只差 0.0003 天（約 26 秒），而每 1000 年的誤差亦只為 0.3 天，因而成為現時較穩定和被廣泛採用的曆法。

冬末的寒潮

2012-02-26T16:53:00.003+08:00

二月將盡，冬天已踏入尾聲。來自北方的寒潮雖然仍有相當威力，但強度已遜於隆冬時節。廣東北部的南嶺令冬末寒潮南下的模式轉變。隆冬時，寒潮相對急劇猛烈，冷空氣亦多能發展至較高的高度。南嶺大部分地方高度不過千多米，寒風進入華南相對較容易，寒潮亦以北風潮為主。但是，冬末時節冷空氣較薄，南嶺便成為寒潮南下的一層障礙。在此時，冷空氣會於南嶺北部慢慢累積，亦同時於其他渠道滲入（如依福建等較東的地區），所以很多時寒潮都以東風潮的形式開首。待冷空氣累積到一定程度，才能跨越南嶺入侵華南，此時風向或會變為東北或偏北，而這數天影響香港的寒潮就是以這形式進入。下面是 2 月 23 日晚上 8 時的地面天氣圖：

可以看到香港以北的冷鋒某程度上出現滯後，這與南嶺不無關係。從下面的華南溫度分布圖可見粵東和福建首先降溫，其後冷鋒西移至香港一帶，冷空氣逐步擴展至珠江三角洲。粵西如陽江和湛江於 24 日晚仍維持超過 21 度的氣溫。

另外，冷空氣滲入華南初期厚度不高，這可以從下面的氣溫時間序列看到：

長洲（上圖）跟香港大部分地區一樣，氣溫於 25 日上午 7 時左右下跌約 4 度，但位處高地的昂坪（下圖）則未有影響，這說明冷空氣高度不過 600 米。

最寒冷的日子

2012-01-31T16:04:00.000+08:00

中國民眾於冬天有一個數九的習俗，從冬至開始，每九天為一組，直到九九八十一天為止。大家於中國氣象網左上角可見到現在已數到哪個九 (如「今天是2012年1月31日星期二正月初九 (五九第五天) 」)。它們相對應的平年新曆日期如下：

一九：12 月 22 至 30 日
二九：12 月 31 至 1 月 8 日
三九：1 月 9 至 17 日
四九：1 月 18 至 26 日
五九：1 月 27 至 2 月 4 日
六九：2 月 5 至 13 日
七九：2 月 14 至 22 日
八九：2 月 23 至 3 月 3 日
九九：3 月 4 至 12 日

有所謂「冷在三九」，即三九時期為一年間最冷的時候。根據中國氣候數據，大多數地區的確於 1 月中旬最為寒冷。下圖顯示北京和廣州 12 月至 3 月旬平均氣溫：

北方於一月下旬氣溫已明顯回升，但南方一月中旬與下旬的氣溫分別不大。至於香港，天文台於此頁載有候 (即五天) 平均溫度，圖片如下：

最冷的時段為 1 月 26 至 30 日。大家剛過了一個非常寒冷的農曆新年，氣溫於 1 月 25 日年初三跌到最低點 (7.4 至 10.2 度)，這有可能是這個冬天的最低溫度，亦與平均趨勢相符。

一般來說，華南氣溫於一月中下旬見底；隨著二月的到來，氣溫將開始回升。

早來的新春 --- 農曆日子是怎樣編訂、閏月又是怎樣安排？ (下篇)

2012-01-16T23:00:00.000+08:00

上回提到一般農曆編訂月份和閏月的方法。由於節氣是按照公曆日期而農曆初一是按照月相，間中兩者日期會重疊，制定閏月時要特別注意。下面我們會介紹一些關於農曆曆法的現象。

1. 19 年 7 閏的規律

由於一回歸年長 365.2422 日而一朔望月為 29.5306 日，19 回歸年共歷時 6939.60 日，與 235 個朔望月所需 6939.69 日相若。235 等於 12 乘 19 加 7，因此如能在 19 農曆年中增添 7 個閏月，那農曆年跟回歸年平均長度將差不多，這就是 19 年 7 閏的來源。因為 6939.60 跟 6939.69 相距很少，大多數情況下農曆日期於 19 年便完成一個循環，因而有「每 19 年新曆和農曆生日會落於同一日」之說。假設某人出生日期為 1992 年 3 月 1 日，當天是正月廿七，而 2011、2030、2049、2068 和 2087 年的 3 月 1 日分別是正月廿七、正月廿七、正月廿八、正月廿八及正月廿七。但是，某些置閏安排或會擾亂此循環，這裡有更詳細的解釋和例子。

2. 中氣在初一時怎樣計？

如中氣和 X 月初一在同一天，該中氣將被視為在 X 月裡，即使該中氣實際時間比新月早也是如此。亦即是說，如兩事件落在同一天，我們假設新月發生在前，中氣在後。所以上篇我們提到事件發生時間只需準確至某一天。下表載有 2013-2014 年中氣及新月發生時間：

如果按照事件實際發生時間，2014 年 11 月 22 日的新月其實於小雪後出現，而 12 月 22 日的新月則於冬至後。但由於我們只考慮發生日子，我們仍當小雪在 11 月 22 日新月後，而冬至於 12 月 22 日新月後。這樣，兩個冬至間變成有 13 個新月，需要置閏；10 月 24 日和 11 月 22 日兩個初一間沒有中氣，因而該年有閏九月。

3. 新春於 1 月 21 日和 2 月 20 日的頻率

此兩天為農曆新年可能日期之兩端。下圖顯示 1901 至 2100 年的二百年間大年初一日期之頻率：

由此可見其實年初一的日期頗為平均，但兩端日期則較疏。這是因為 1 月 21 和 2 月 20 日的間距 (30 日) 已經超過一個朔望月的時間，閏月以維持農曆月份和季節同步的做法令部分落於 1 月 21 日的新月被定為十二月初一，但翌月初一可以是 2 月 19 或 20 日；亦即是說，2 月 19 日某程度上「分薄」了 1 月 21 日的頻率，類似情況亦適用於 2 月 20 日。只有在很偶然的情況下正月初一可以在此兩個極端日期出現。

4. 為甚麼 1985 年的新年特別遲？

1985 年正是這二百年間兩個年初一在 2 月 20 日的年份之一。該年的新春之所以那麼遲，是由於前一年的年初一 (1984 年 2 月 2 日) 日期已經不早，但該年根據曆法安排需於農曆十月置閏，且其後兩個月 (農曆十一和十二月) 均為大月，即每月三十日。種種因素之下，1985 年的新年遲至 2 月 20 日才到。下表展示 1983 年冬至到 1985 年農曆新年的各事件日期，留意 1984 年農曆十一月含兩個中氣：

5. 2033 年置閏問題

隨著科學家發現準確計算節氣及新月日期的方法，我們可以預先將事件排序並在適當地方加插閏月。先看下面關於 2033 年各事件發生日期的表格：

留意 9 月 23 至 11 月 22 日之間連續三個初一跟中氣是於同一日發生，因而我們假設初一在先，中氣在後。由於 8 月 25 至 9 月 23 日的那個朔望月沒有中氣，很多舊一代的萬年曆往往將該年的閏月放在那裏。因為該年大年初一是 1 月 31 日，這個閏月是「閏七月」。看過這篇文章的你一定清楚這樣釐定月份有欠穩妥吧！的確，如果我們詳列 2032-2033 和 2033-2034 冬至間的日期，像下表那樣：

我們可以見到 2032-2033 冬至間只有 12 個新月，按照規則即使某月沒有中氣也無須置閏，因而 2033 年 8 月 25 日是八月初一而非閏七月初一。至於 2033-2034 年冬至間則有 13 個新月，即需要置閏。同時留意 2033-2034 冬至間有兩個沒有中氣的月份，我們把首次出現的月份 (即 2033 年 12 月 22 日至 2034 年 1 月 20 日) 定為閏月。先前的月份是十一月，所以這月是閏十一月。

為 2033 年設定閏月曾經是很頭痛的問題，部分原因在於 2033 年 9 月至 2034 年 3 月這半年間，中氣和新月日期非常接近甚至重疊，且部分中氣在新月前，部分在後，令「無中氣月」和「雙中氣月」頻頻出現，這情況是非常罕見的；如果我們不是用東八區作為計算標準，「無中氣月」位置有可能不同，閏月也會跟著轉移。另一個原因是閏十一月比較少有 [註一]，公元 1645 年之後的一千年才出現五次 [註二]，而閏七月則平常得多，因而傾向選擇後者。根據這裡，天文台的換算表也曾出現 2033 年閏七月，但隨後已經更正。此萬年曆則仍顯示閏七月，使用時需小心調整 (2014/02/11 按：該萬年曆改版後已顯示正確閏月日期)。

同時留意 2033 年中秋節的日期亦因此由 10 月 7 日提早至 9 月 8 日，這顯示置閏錯誤可以影響到重要節日的日期。最後，從此例子我們可以見到，閏月必定為無中氣月，但無中氣月並不一定是閏月。

關於制定農曆月份和置閏規則的討論於這裡告一段落。像 2033 年般的難題其實是十分罕見，百年也未必有一遇；但即使真的出現，上篇提到的步驟亦能處理這些情況。作為陰陽合曆，農曆既要配合月亮圓缺，亦要令月份與季節同步，我們不得不佩服制定曆法者的才智。

註一：由於地球於 7 月處於遠日點，而由開普勒第二定律我們知道地球公轉速度在這時較慢，兩個中氣間的時間亦較長，因而較容易出現「無中氣月」而被設為閏月。相反，地球於 1 月處於近日點，兩個中氣間的時間較短，「無中氣月」較難出現。

註二：來源於此 - http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%86%9C%E5%8E%86#.E9.97.B0.E6.9C.88.E6.9C.88.E4.BB.BD

早來的新春 --- 農曆日子是怎樣編訂、閏月又是怎樣安排？ (上篇)

2012-01-11T00:57:00.000+08:00

2012 壬辰龍年的年初一為 1 月 23 日，與元旦相隔只有 22 天，慶祝完聖誕新年就要趕著準備新春了。對上一次農曆新年出現在新曆一月是於 2009 年 1 月 26 日 (當天還有日食呢)，而比今年更早的就要數到 2004 年 1 月 22 日。一般來說，農曆新年的日期可落於立春 (約 2 月 4 日) 前後約半個月，即 1 月 21 至 2 月 20 日。如果冬至跟新月出現的時間距離較近的話，年初一的日期就會傾向這個範圍的兩端；而如冬至與新月距離較遠，年初一就會較為接近立春。要理解農曆節日於公曆日期的變化和規律，最好的方法莫過於了解農曆月日的制定。由於篇幅較長，此文分上下篇，下篇於一周後發布。

1. 為何要置閏？

農曆其實是陰陽合曆，既有跟隨月相的規律，同時也有地球圍繞太陽公轉，即年的概念。可是地球圍繞太陽公轉一圈需時 365.24 日，而一個朔望月 (即月相一周期) 為 29.531 日，12 個月即 354.37 日，與地球公轉時間相差近 11 日。如農曆每年都是 12 個月的話，日子久了季節便會跟月份脫軌，如春節出現在炎夏等荒謬情況將發生。要彌補這差距，農曆曆法每數年會加插一閏月，使月份大致跟季節同步，而農曆日子亦能緊隨月相。這就是為甚麼農曆新年如果出現在公曆一月下旬，翌年的農曆新年幾乎必定會延至二月；這是因為該年將很大機會有閏月。

2. 節氣的分類

相信大家都知道節氣是甚麼了。古代中國使用農曆，但因為農曆主要是跟月球圍繞地球公轉而編訂月份，它未必能準確描述跟隨公曆的季節變化。節氣的時間純粹跟隨太陽於黃道的位置 (亦可想像為地球於圍繞太陽公轉軌道的位置)，因此每年的某一節氣必定在新曆差不多相同時間開始，農民能使用節氣來判定一年的耕作時間。24 個節氣詳列如下：

節氣可分為「節」(或稱節氣) 和「氣」(或稱中氣)，公曆月份較早的那個節氣為節，較後的那個為氣。上圖中，橙色底的是中氣，而藍色底的是節氣。了解它們的分類能更容易理解下面有關農曆月份編排的原理。

3. 編排月份的方法

坊間有很多關於編排農曆月份的規則，但有些實在是由其他規則衍生出來的必然後果。首先注意下列幾點：

所有時間為東八區，原因應該很清楚吧...
可以假設所有觀測於中國中原地區量度，即無須理會南半球季節顛倒的情況。
事件發生時間只需準確至某一日，無須取至時分秒。

要釐定月份，先由簡單可測度的事件開始 (下面以 2010-2011 年作例子)：

步驟一：找出連續兩年冬至的時間。古人理解到雖然農曆日子主要跟隨月球盈虧而編排，但由於季節變更與生活息息相關，年的概念也是重要，於是就用一個跟隨繞太陽公轉位置的定點。對他們來說，冬至是一個理想的選擇，這是由於冬至的時間有規律性和容易測度，而冬至也是一年結束耕種、回家團聚、休養生息的時間，這也就是「冬大過年」的來源。編排月份的第一步是要找出冬至的時間，作為「年」的基礎。以 2010-2011 年為例，兩年的冬至均於公曆 12 月 22 日。

步驟二：找出於兩個冬至間所有初一即新月的時間。由於事件發生時間無須取至時分秒，新月發生那一刻所在那天就是初一。就 2010-2011 年，新月於下列時間發生：

剛才提到朔望月為 29.53 日，所以每個初一必定相隔 29 或 30 日，但並不是梅花間竹地出現。某些時候可能連續兩個月有農曆三十，有時則只得一個。

步驟三：數一數兩個冬至間有多少個新月。如翌年冬至同時為初一，那個初一亦會被計算在內，但如首個冬至同時為初一，該初一將不作計算。如兩個冬至間有 12 個新月 (即 11 個完整農曆月)，那該年不需要置閏；包含首個冬至的那個月會被定為農曆十一月，隨後為十二、正、二、三等等順序編排。冬至於農曆十一月出現主要是因為包含冬至的那個月古時定為子月，而寅月則是正月。由於子和寅在十二地支中分別排第一及第三位，那子月就必定是十一月了。2010-2011 年冬至間有 12 個新月，因而農曆月份可按上述情況安排：

步驟四：如果兩個冬至間有 13 個新月的話，我們須加插閏月，以維持月份和季節的平衡。這情況於 2011-2012 間出現，如下表：

但應該定那個月為閏月呢？這時我們需要找出該兩個冬至間所有中氣的日期 (先前我們提到中氣是公曆每月中較後的那個節氣)。這些日期於下表顯示：

由於兩個冬至期間只有 11 個中氣，必然會有最少一次兩新月間沒有中氣的情況出現。我們把這情況首次出現的那個月定為閏 X 月，其中 X 為先前一個月的號碼 [註一]。上表可見公曆 2012 年 5 月 21 日至 6 月 19 日並沒有中氣，因此該月為閏月；又因為先前的月為農曆四月，所以該月就是閏四月了：

這就是一般釐定農曆月份和置閏的辦法。縱然如此，某些年份還是會出現一些特殊情況，稍一不慎便會「閏錯月」，導致重要節日時間錯誤。我們將在下篇探討這些情況和一些有趣現象。

註一：絕大多數情況下只會有一個農曆月份沒有中氣，但部分年份會有兩個。此文下篇將有一例子。

新的一年

2012-01-01T00:00:00.000+08:00

2012 年已經到來，祝各位新年快樂！一如以往，本網舉辦的「2011 年天文、地理及氣象大事選舉」正接受投票，網址為 http://david.sam-siu.com/weather/vote/2011/vote.php。此外，本年將出現兩件難得一見的天文現象，分別為 5 月 21 日的日環食和 6 月 6 日的金星凌日，兩者均是本世紀最後一次能於香港見到，本站屆時將製作專頁介紹。

夏天之終結？

2011-08-25T01:30:00.010+08:00

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

2011-08-04T17:47:00.005+08:00

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

2011-03-24T17:08:00.000+08:00

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

2011-03-20T20:25:00.002+08:00

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

2011-02-04T17:04:00.006+08:00

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：

氣溫、濕度和露點時間序列

2010-11-28T22:11:00.006+08:00

本站於較早前新增天文台總部氣溫、濕度和露點時間序列圖，以方便訪客觀測露點溫度的變化。露點是在氣壓固定下，空氣中的水氣達至飽和所需的溫度。例如現時天文台的溫度為20.6度，相對濕度為百份之82，露點溫度約為17.4度。那即是說，在現時的氣壓下，如果把溫度降低至17.4度，空氣中的水氣將會飽和，溫度再跌的話部分水氣將會凝結為液態水。大家將雪櫃裡的汽水拿出來後容器表面結滿水點的原理就是這樣 --- 由於空氣於較高溫時可容納更多水氣，較低溫的容器表面並不能容納所有於周邊空氣間所含的水氣 (即容器表面溫度低於露點溫度)，部分水氣因而凝結成水點佈滿容器表面。

秋冬初期，季候風到港時一般天晴乾燥，由於北面氣團較為乾冷，到港時露點溫度將有所下降。冬季中後期，平均溫度較低，觀察溫度、濕度和露點溫度的變化亦可以協助預測會否結霜。結霜一般需要低溫、濕度低 (使露點溫度較低) 和天晴的天氣 (有助輻射冷卻而令物件表面溫度降至露點以下)。但是，如果露點溫度太低，則可能表面溫度未能下降至露點令水氣直接凝華成霜。所以，觀看溫度、濕度和露點溫度的變化有助判斷結霜的機會。

上圖：2010年1月11至14日天文台氣溫、濕度和露點溫度的變化。留意1月13至14日初段的露點溫度接近冰點。新界北部包括打鼓嶺一帶於1月13日有結霜報告。

本站現時只提供天文台總部之時間序列圖；如效果良好，本站或會為其他氣象站製作時間序列圖，讓訪客能更容易地得知各區氣象元素的變化。

超強颱風[魚占]魚

2010-10-17T18:13:00.004+08:00

雖然今年風季淡靜，但現逐漸逼近菲律賓的超強颱風[魚占]魚令各國加以注視。由於生成位置偏東，[魚占]魚得以有充足的時間在廣闊的洋面中增強。鮎魚的風眼於今天盡展各位眼前，亦成為本年首個五級超級颱風。

數值預報模式已連續多佈預計鮎魚將進入南海，其中以歐洲中期預報中心的預測最為穩定。由於鮎魚強度不弱，所到之處破壞必定嚴重。

踏入秋季後，西風槽出現頻率增加，副熱帶高壓脊的強度也變得難以預料。現時不少模式預計鮎魚將於進入南海後減速並有轉向的可能，大家需要繼續密切留意鮎魚的發展。

上圖﹔鮎魚的風眼清晰可見，附近雲頂溫度甚低

上圖﹔較早時的可見光衛星雲圖

逐漸增強的熱帶氣旋 07W

2010-08-28T00:30:00.002+08:00

經過8月初、中的平靜期後，西北太平洋和南海的熱帶氣旋活動漸趨活躍。繼東海附近的擾動99W逐漸成形，南海今早亦爆發出擾動91W，於下午被聯合颱風警報中心升格為熱帶低氣壓07W。這次南海的環境與副高的配置跟以往兩個月大部分時間的不同﹔副高西沿已東退至東經130度左右 (雖然副高的影響還沒有完全撤出南海)，而從500百帕高空天氣圖所見，華中至華北一帶似乎出現了一個割離低壓。在這樣的型態裡，副高並不容易向西伸展，而數值預測亦顯示了這點 -- 於未來三天緩慢北移，稍後才重新向西北偏西移動。由於現時07W於香港東南偏南處，而其附近大氣環境不俗，該熱帶氣旋於下周影響香港的機會不低。

上圖﹔2010年8月27日晚上8時之500百帕高空天氣圖

上圖：歐洲中期天氣預報中心之數值模式預報 (於8月27日上午8時之72、120和168小時後)

恰巧的是，這個熱帶氣旋的編號又是07W... (詳見「07W的傳奇」一文，另2009年的07W莫拉菲令天文台發出九號熱帶氣旋信號)

有關這個熱帶低氣壓的發展，請密切留意本網「最新熱帶氣旋資訊」頁。

淡靜的西北太平洋颱風季

2010-08-19T10:56:00.008+08:00

暑假差不多到尾聲了，但本年至今西北太平洋只形成4個熱帶風暴，遠少於同期平均的12個。下面列出過去15年直至8月19日國際協調時03時 (即撰文時間) 的年熱帶風暴數量 (資料根據digital typhoon)。

1995年: 06個 (全年23個)
1996年: 13個 (全年26個)
1997年: 13個 (全年28個)
1998年: 03個 (全年16個)
1999年: 09個 (全年22個)
2000年: 09個 (全年23個)
2001年: 11個 (全年26個)
2002年: 14個 (全年26個)
2003年: 10個 (全年21個)
2004年: 15個 (全年29個)
2005年: 10個 (全年23個)
2006年: 11個 (全年23個)
2007年: 08個 (全年24個)
2008年: 12個 (全年22個)
2009年: 10個 (全年22個)
2010年: 04個

上圖：紅線為直至當天的年平均熱帶風暴數量，而本年暫時則只得4個

較少熱帶氣旋生成，主要跟副熱帶高壓脊 (下稱副高) 的配置有關。在典型的夏天裡，副高一般會於七月盤據西北太平洋中部，同時令華南沿岸出現天晴高溫的天氣。到了八月，副高進一步北跳，脊線通常處於北緯25度甚至30度以上，而熱帶輻合帶所處的約北緯5至15度一般為副高南沿，該處對流活躍，有利熱帶氣旋生成。於這時形成的熱帶氣旋很多時能到達日本，韓國等地。

可是，今年副高極為強盛，七月固然盤據華南和西北太平洋較低緯度一帶，但八月並未有如期”退出”該地，而其北部則伸展至較高緯度地區。從高空天氣圖看，副高長期幾乎覆蓋西北太平洋中南部地區。由於副高為高壓地區，空氣下沉，不利熱帶氣旋生成。副高偏強的另一表徵是濕區長期未能進入南海和西北太平洋，這從季内震盪 (Madden-Julian Oscillation，簡稱MJO) 的表現可以清楚看到。季內震盪的週期一般為30-60天，亦即乾濕相一般於這段時間內完成一個週期。但是，濕區 (即活躍對流區) 已經有超過三個月時間未曾深入西北太平洋範圍，換言之西北太平洋於過去三個月時間對流偏少，熱帶氣旋也自然難以形成。

上圖：8月15日上午8時之500百帕高空天氣圖。高於5880位勢米的地方為副高所在處，而當時幾乎整個西北太平洋中南部均於副高勢力範圍。這情況於過去一個月經常出現。

上圖：過去90天的季內震盪相圖。第6-7相於過去三個月甚少出現。
上圖：不同經度的乾濕區分布。橙色為乾區 (對流活動較少)，而藍色則為濕區 (對流活動較多)。縱軸為時間。從上圖可以見到，西北太平洋所在地 (約東經120-180度) 對流於過去三個月持續偏少。留意七月份南海 (約東經110-120度) 曾出現濕區，這正是熱帶氣旋康森和燦都出現的時間。

按照目前情況，相信濕區於未來半個月仍難以大舉進入第6-7相範圍，熱帶氣旋活動未必能”趕及”正常。但是，隨著拉尼娜現象的出現，太平洋西部的雨水有望增加，對流活動亦預計於隨後數月得以發展。