九　天氣觀測

遙感

遙感（remote sensing）指使用感應器探測物體的性質，而不直接接觸物體。遙感有四種要素：物件（如地球或海洋）；感應器（如衛星／雷達）；資料（如熱帶氣旋位置、溫度、濕度）；資料傳遞媒介（如電磁波──可見光、紅外線）。

電磁波的概念

所有高於絕對0度的物體都會釋出不同波段的電磁波（如光線）。在不同溫度下，都有電磁波最強的波長：

電磁波強度最大值波長（微米） = 2898/ 溫度（克氏）

所以，地球主要發出紅外光，太陽主要發出可見光（黃色），宇宙空間主要發出無線電波。

電磁波在空間會被其他物質吸收，也會因有媒介而被散射，被折射（改變移動方向），以及被反射。由於以上原因，由太陽而來的輻射，只有很少部分（只包括可見光和部分波段的無線電波──可通過電磁波窗的射線，以及少部分的紅外線）到達地表。

感應電磁波的儀器分為主動和被動，前面已述。被動儀器的運作效能視乎放射源；主動儀器則可在任何時間運作，不過需要輸入大功率，亦即需要能源運作儀器。儀器也可分為地面儀器（如雷達）、太空儀器（如衛星）和空中儀器（如飛機）。

衛星分為地球同步衛星及極地軌道衛星。前者繞著赤道轉，距地球35800公里，從地球看來是靜止，能探測地球大部分地區，但解像度低；後者距地球100公里，經北極和南極，並於每天經過同一地區數次，有較高解像度。

現在各國和組織已發射大量衛星上太空，部分作為氣象觀測之用。如中國的風雲二號、歐洲的氣象衛星等等。

地球同步衛星的角轉速由地球引力和衛星向心力的公式得出。由於周期 = P = 2π/ω_s ，可代入周期為一天時，衛星的角轉速，從而得出衛星高度。

衛星的不同頻道如下：

在衛星探測的影像，可發現積雨雲的反射度最高──超過90%，海霧次之，海洋為最低──只有7%。

從衛星雲圖中辨認天氣形態：

衛星雲圖的用途

辨認積雨雲：在上述兩種雲圖顏色相同；

辨認海霧：僅在可見光雲圖中清晰可見；

估計熱帶氣旋強度：如估計熱帶氣旋的T數；

監察山火動向：山火影響地面溫度，可在紅外線雲圖反映；

監察煙霞濃度：從氣溶膠光學厚度反映；

監察沙塵暴走向；

觀察火山爆發：從IR1及IR2所得影像的分別辨認──火山爆發在兩圖都出現，但有不同特徵；

天氣雷達

位於地面，為主動儀器。放出微波，收集從大氣層反射的回波。微波頻率為2-8GHz。雷達分為傳統型和多普勒兩種，前者只量度雲團和觀測站的距離，後者兼且量度雲團向觀測站逼近的速度。

傳統雷達：　距離= 光速 x 時間 / 2

多普勒雷達：　頻率變化 = 2 x 雲團逼近的速度 x 微波原有頻率 / 微波波長

雷達天線從不同方向都有收集信號，為減少旁邊而來信號產生的雜音，良好的天氣雷達只會將中間而來的信號放大，而旁邊而來的信號的放大率則會被調較得很低。

雷達的運作為：在調較器開啟裝置，並製造正確的波形；在傳送器中，產生微波並送出；由接收器回收信號，再在顯示器上顯示經整理後的數據。

雷達方程：P_r = Cz/r²左方為反射後微波的功率，C為常數，z 為反射分數，r為距離

在層狀雲， 200 x R^1.6 = log(z/1)

R為降雨率

雷達的用途

監察暴雨：不同雨量以不同顏色顯示於圖；

監察熱帶氣旋：熱帶氣旋位置和其雨帶以及從雨雲速度估計其強度（用兩個多普勒雷達去探測，例子：2000年在香港附近形成的熱帶低氣壓）；

監察雹暴：雷達圖的紫色區域通常出現雹暴；

雷達的局限

高估地面所得雨量：雖然量度到強雨區，但那些雨區在高空，當遇到近地乾燥空氣時，部分雨會被蒸發，使地面降雨比較少；

低估地面所得雨量：部分將抵達地面的雨水因地形不被雷達探測；

錯誤信息：因高空空氣折射率低，導致雷達放出的微波進行全反射，著地／海面後反射，而非碰到雲帶反射；

雜波：在熱帶氣旋影響下，海面風浪大，易反射微波，產生強的雷達回波，但卻不代表該區降雨；

探測到的最大風速和探測到的最大距離成反比，所以不能探測遠距離的強風；

遇過強風速時，雷達處理信息的系統往往不能分辨，使輸出的信息出現錯誤，如速度不合理地低或風向反轉。