2016年9月28日

山嵐成雲的縮時影片

最近關注的焦點幾乎都是天氣現象,今天早上突然看到看到山上一片雲,可是根本不知道它從哪裡來的,過幾分鐘再注意的時候,卻已經消失,所以特別找片段來做成縮時影片看,結果原來是這樣的。 大概從影片的五秒鐘開始,半山腰出現山嵐,山嵐上飄成了雲,但下部看起來是逆溫(大氣看起來很穩定啊),十幾分鐘之後(影片二三十秒的時間)雲覆蓋整個山頭,然後就翻過山頭消失。 這個跟上次貼的下雨後的山上會冒煙幾乎就是一樣的事情嘛,但是有點差別。這次看到的是能夠變成一團雲,但是上次那個就是煙飄上來就是被吹走消失。



附註:這次用的命令列小技巧是把原先的縮時影片擷取片段,也裁切部份畫面
ffmpeg -ss 00:00:15 -i input.mp4 -to 00:01:05 -filter:v "crop=640:480:678:4" out.mp4

看見逆溫層

定時定點觀察真的非常有意思的,我檢視前幾天的縮時攝影,看到了有意思的現象。這是格放後加快10倍,早上6:12,對岸某屋的煙囪排煙,然後就看到了逆溫層現象了。



煙往左飄是風吹的,重點在於煙無法上升,那是因為上層空氣溫度更高,像是個鍋蓋,阻止氣流流動。

對流層的大氣通常是地面溫度較高,越往高處溫度則越低,但是因為一些特別原因,可能會在某個高度後反而是溫度增加的。

像影片中的這個地方,產生逆溫層的原因我想是輻射逆溫,因為晚上天空無雲,地表輻射冷卻,讓溫度降低,就形成了逆溫現象

圖片則是隔壁的地方常常看見的逆溫層現象,其實以前我就納悶是什麼了,今天早上才想到。


可是那些霧是怎麼來的?我本來想應該是輻射霧吧?就是晚上地面的熱向高空輻射散去,清晨氣溫較低時,水氣便會因冷卻的關係而凝結成小水滴。不過看了其他天的縮時攝影,我推翻自己的想法,我認為比較有可能是當地的幾個煙囪造成的(前10秒)。

後來在找逆溫層的時候,看到一些不錯的參考資料,一個是新聞,是有機師空拍看到城市的逆溫層。我想在逆溫層地下的人,是不會看到上空其實是逆溫層啊。
高空直擊「雲霾」分層 在地空汙罩中台│三立新聞台
https://www.youtube.com/watch?v=vd7gj24AuMA


再來是逆溫層的一些科學演示,不同瓶子裡裝了熱水和冷水,如果是下熱上冷,底部的液體就會一直上升。但是如果是下冷上熱,那就不會動了。
Temperature Inversion - Cool Science Experiment
https://www.youtube.com/watch?v=LPvn9qhVFbM


另外在以下兩篇文章中,都深入淺出地講到煙流擴散的觀察,在日常觀察裡能理解這些現象就更能覺察環境正在發生了什麼事情。
一道高考题的解析:烟流的扩散(关于逆温的考察)

出门跑步之前,我看了看远处的大烟囱

上面這連結講到一些大氣穩定度的,也可以看看香港天文台在電腦預報產品/電腦預測天氣圖/背景資料中的講義--天氣圖解讀及天氣預報基礎課程
http://www.weather.gov.hk/education/edu03course/coursenotes/wx_chart_forecasting_notes.pdf
(第四頁有講到大氣穩定度)

梅姬颱風的小小天氣現象

颱風根本就是扎扎實實的將知識應用在生活的教材啊。

這兩天梅姬來祝賀教師節,下午不停的拍打玻璃想進來坐坐,我都好害怕她會衝破玻璃真近來坐坐。保護玻璃的同時,突然發現玻璃內側起霧了,晚上坐在家裡又覺得怎麼熱起來了。

事件發生的時候,都趕快收集資料驗證一下,先來看看晚上十點的溫度分布圖,應該約略可見北台灣都有點熱吧。
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趕快看一下溫度24小時變化圖,果然啊,晚上溫度突然飆高溫。然後中午玻璃突然起霧,也是因為溫度在一小時內降低一度多,結果房間達到露點溫度了,玻璃就有水滴冷凝了。
temper


晚上怎麼會熱起來哩,再上windyty看一下,喔,我想是風從山那頭過山吹過來,就讓這邊有點像焚風的現象(不確定這樣講對不對,那就叫它微焚風好了)
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高空的風怎麼吹,天空的雲怎麼飄

自從開始架了攝影機定點定時觀測之後,對大氣流動有更進一步的認識了。

例如,以前我看著天上一片層雲時,很難想像它是會動的(因為就一整片,看起來都不動啊),可是透過縮時攝影之後,就可以看到層雲實際移動的樣子。

再來是天上的雲都是同一個方向飄動的吧?喔不,看了縮時攝影之後,才發現跟我想像大不相同的。

比方說這個梅姬颱風來前的縮時攝影,就能明顯看到不同高度的雲流動方向是不同的。出現飛機雲的那個高空,大約一萬公尺,畫面中看來的方向是由右至左(而且還能看到我們這邊大概是會有三條不同的航線)。而接近地面的雲則是略往畫面左邊衝過來。



又或者是這個,20160922的縮時5倍看三層雲不同方向,在影片中約13秒的地方可以看到三種不同高度的雲往三個不同的方向流動


看到這樣的現象,我就很想要更進一步知道,有沒有實際的氣象資料可以和實際拍攝的影片互相對照呢?

幾年前去參觀臺北氣象站板橋站區,知道有幾個氣象站每天都有施放探空氣球,他們就有探測不同高度的方向資料,不過我找了一陣子,沒辦法在網站上找到這方面的氣象資訊,只好暫把這事情擱著。

結果剛好這兩天颱風來,關注windyty這個風場視覺化的網站時,讓我看見曙光啊!原來在windyty就可以在網頁的右下角可以取得不同高度的風速風向資料,左下角則是可以選擇不同日期的歷史資料,看起來是從GFS(Global Forecasting System)取得的資料。

我找了前幾天的歷史資料和當天的實際影片對照,果然是能夠相對應。之前我在寫雲有多高這篇的時候,對於某些雲,就很想知道到底它們有多高,現在就能有更小範圍的資料了。比方說前面影片有個三層不同雲方向的,我大概就能從 windyty 推測出低層的大約是1000公尺的,中間層的大約2000-3000公尺,最高的則是9000-1000公尺那樣。

Windyty 9000m



其實要知道不同高度的大氣流動方向,還有其他方式,像是這篇當初去看煙火後,寫下的《費盡心思看煙火》時,發現只要看飄到高空的氣球方向,就知道高空氣球怎麼移動。

如果要看夜間的大氣流動,怎麼辦?晚上又拍不到雲,這也簡單,每年元宵節前後的放天燈,就是個觀察機會。

我就想啊,如果可以在放天燈時,架設一台地對空的攝影機垂直上拍。假設天燈上升速度是一致的,那麼藉由觀察天燈的視直徑變化和漂移路徑,不也就可以了解不同高度的大氣流動方向嗎?

還有還有,觀察住家或工廠的煙囪的煙流方向也可以喔,像我這部縮時在前十秒的時候(早上五六點拍的),可以看到右方有一個煙囪排煙,煙流剛出來的時候是往右飄的,但是到高一點的地方就是往左飄,顯然不同高度又是不同風向了。


在從windyty了解高空風向之後,我還是想找看看有沒有其他資訊可以告訴告訴我高空氣象(upper air),但是在中央氣象局翻啊翻的都沒看到,反倒是在台灣颱風資訊中心看到他們收集的各國數值天氣預報資料,其中香港天文台這方面的資訊耶(美國的也有,不過範圍太大了),他們有不同高度的渦度/流線/風向/風速資料。

直連的話可以到香港天文台,找電腦預報產品/電腦預測天氣圖
http://www.weather.gov.hk/nhm/nhm_uc.htm


另外也在國家災害防救科技中心(NCDR)的天氣與氣候監測網裡頭的天氣監測/分析圖集找,可以找到日本氣象廳繪製的700hPa和300hPa天氣圖
http://watch.ncdr.nat.gov.tw/watch_analysis.aspx


不過看這個高空天氣圖的時候,一開始其實看不懂,為什麼不是直接標示這是多高的高度,而是要用多少百帕斯卡,然後再跟你說這相當於多高,例如850hPa的高度約1500米、700hPa是3000米。然後那日本的天氣圖標示還不太懂,怎麼數字那麼奇妙,不是熟悉的氣壓數字。

翻了資料看等壓面和等高面的關係,才知道這種畫法叫做等壓面圖,是把各地有相同氣壓的點的高度連線在一起。比方說下面圖片裡的上半部是700hPa的等壓面圖,就是去看各地的700hPa的地方在多高的地方,然後把一樣高度的地方連線在一起。假設台北和桃園的700hPa都在3000公尺高的地方,那兩點就能連線,而新竹和苗栗的則是在3200公尺高,那就是這兩個一樣高度的連線在一起,所以其實就像是畫等高線圖一樣。
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參考一下這文件--電腦預測天氣圖背景資料,不同氣壓對應的海拔高度大約就是這樣
氣壓 大約海拔高度
200 百帕斯卡 12,000米
500 百帕斯卡 5,600米
700 百帕斯卡 3,000米
850 百帕斯卡 1,500米

2016年9月25日

海帶吸水的實驗組對照組實驗

這個實驗可以將科學方法和擴散作用結合在一起,其實課本都已經放了這個範例(就海帶泡水膨脹),不過可以多作一點,設計對照組來觀察。

兩杯水,一杯加鹽加水成飽和食鹽水,另一杯就清水(但是水只要淺淺的),等量海帶芽丟進去
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十分鐘後,就可以看到清水裡的海帶膨脹了,而鹽水的當然沒有,然後就可以討論討論啦。
kelp06


接下來的部份,我目前覺得課程操作上有些問題,所以看看就好

泡水的海帶,可以在衛生紙吸乾(但其實很難吸乾,why?),在顯微鏡下操作看看
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像這篇《用洋蔥表皮了解植物表皮細胞的功能》一樣,在海帶上灑一些鹽看看會怎樣?(不過因為一開始就很難吸乾,你也很難判斷出那個鹽溶解到底是因為表面本來就有水,還是內部滲水)
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再來是這種觀察,你也很難說是細胞吸水,頂多就是說這片海帶吸水,因為說不定內部細胞早就在乾燥過程中破損,吸水的部份也不一定是細胞,可能是細胞之間的膠質。

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