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氣象學之「眼」:雷達

雷達回波圖,怎麼看才對?和衛星雲圖有什麼差別?

打開電視或是上網看颱風動態、天氣狀況的時候,或許大家會發現,關於天氣的影像百百種,有天氣圖、衛星雲圖、雷達回波圖、累積雨量圖…就算看完那一堆「圖」,對於氣象預報怎來的,還是霧煞煞吧?或許大多時我們想知道的,不過只是「會不會下雨」這而已,那一堆圖就算看不懂,也就算了。但對於氣象預報,這一大票的圖,都有各自的功用和效果。既然大多時候我們想知道的是下不下雨,不如就來看看,對於降雨觀測預報的一個重要利器:雷達。

雷達回波圖,那是什麼?可以吃嗎?

「雷達回波圖」就是氣象雷達的最終產品。然而,收到的回波訊號其實是沒有顏色之分,只有強弱不同,將不同的數值上色只是為了讓人更容易看懂而已。從2012年天秤颱風的雷達回波圖(左圖)來看,紅色區域就是雲中水滴豐富的地區,往往水滴最豐富的地方,多半就是降雨最多的所在,所以拿雷達回波來做短時間的雨量評估會更接近實際值。像臺灣颱風洪水研究中心,就研究出了利用雷達回波資料作未來一小時的降水評估,利用過去的觀測資料,找到各地的降雨與回波圖的連結並建立資料庫,未來當有觀測數據時即可搜尋過去最近似的雷達回波圖,就能進行降雨量評估。

回波與降雨的關係

降雨量和雷達回波有正相關嗎?看上方天秤颱風的當日累積雨量與雷達回波圖可以略窺一二,南方的水滴含量豐厚,而北方的回波最強處正好是中央山脈的東邊,算是蠻一致的。至於為什麼已經有雲圖了,還要用雷達回波呢?有雲不代表一定有雨(陰天),這也是再合理不過的解釋了吧?但現今的衛星雲圖是利用紅外線的回波,看看下面8/30的午後的雲圖與回波圖、降雨圖,可以發現,在北部與中部附近,雲圖上不太清楚,但雷達上明確的有水滴的訊號,也的確出現降雨,故對於水滴的偵測雷達回波的資訊比雲圖更為直接,不同的工具各有所長,氣象衛星、氣象雷達,就是氣象學家或預報員的「雙眼」,缺一不可。

 氣象雷達的原理

哇,講了半天,還沒講到「原理」耶!別急,雷達原理十分簡單,在雷達的天線中,包括了發射器、接受器以及天線罩(所以看起來外觀都像顆球),雷達會發射電磁波訊號到四周的空中,會完整地繞一圈,並逐漸提升仰角,有部分訊號會被散射掉,但有部分訊號則會遇到水滴、冰或天空中的物體而反射,接受器就是在接收反射的電磁波,進行分析。雷達回波得到的資訊,並不只有水滴的大小與含量,新型的「雙偏極化雷達」,更可以了解水滴的形狀、,甚至連龍捲風也能夠即使偵測到(因為龍捲風通常在暴風雨中,但卻能捲起大量碎屑),可以提前預警;而利用都卜勒效應便可知道雲雨團的運動方向(即風向)。在近期美國國家海洋大氣總署(NOAA)也試著將軍方專門拿來偵測導彈的相位陣列雷達應用在氣象觀測上,將能提供更即時、更精細的資料。

目前臺灣的雷達分布,由五分山、花蓮、墾丁和七股等完全涵蓋,而美國也將雷達廣泛設置於全國各地,以達到完全涵蓋的效果。

雷達的電磁波會傷身?

國內某些環保團體,對於雷達具有相當程度的疑慮,尤其是七股雷達站,也曾吵的沸沸揚揚的,但畢竟我對於電磁波對人體並無研究,在此也不特別對其批判,僅列出一些原理與科學觀點。雷達針對特定方向發射出的脈衝每次約0.00000157秒,經過繞圈與逐次提升仰角,而美國所使用的WSR-88D型的氣象雷達,最大功率為45萬瓦,雖然看起來似乎很驚人,但實際上在一個小時中,零星加起來只有7秒是發射電磁波,其餘的59分53秒都是在「聽」傳回來的訊號。加上雷達通常設於透空良好處,考量附近建物時也有一定的規範,雷達發射也僅從水平開始向上提升仰角,看起來似乎對於週遭環境無直接影響。此外,船隻或飛機皆配有都卜勒氣象雷達,殊不見有駕駛因此致病的案例。說真的,如果真的要把健康歸咎於雷達,是不是應該統計在雷達站工作的人員,或是比較全臺灣四座雷達站,甚至全世界的雷達站呢?

似乎扯遠了,回到主題,新聞媒體上的氣象播報時,提到雷達回波圖的頻率日漸增加,而網頁上也很容易查到資訊,希望看完本篇之後,自己也能簡易判讀雷達回波囉,搭配預報來看看是否自己能看得出一些門道啊!

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關於作者

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。現在從事試題研發工作,兼在《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。