昨天(2月16日)我在社交媒體,邀請網友用現在很普遍的紅外線測溫槍指向天空,看看量得甚麼溫度,反應踴躍,不過提問題的多,真的伸手出窗外或跑到街上量度的少,直到這一刻,有以下幾個數字:4.1、4.2、5.7、8.1、8.5,單位是攝氏度。



 

究竟這個實驗在量度甚麼溫度?牽涉甚麼原理?

首先必須明白紅外線測溫槍的原理,雖然器材名字有個「槍」字,而且有些型號會射出激光,不過激光只是用來定位,保障槍嘴指向需要量度溫度的地方,與量度溫度本身無關。

根據物理定律,溫度愈高的物體發出的紅外線能量愈多,簡單地說,這個溫度探測儀的運作,靠槍口收集目標發出的紅外線能量,然後利用方程式,從能量強度計算出目標的溫度。

槍指向人的皮膚,度得皮膚溫度,大家容易理解,但是指向天頂?上面是「透明」的空氣啊,眾多網友很疑惑:指向天頂究竟在量度甚麼?甚至有朋友以為是量度宇宙的背景溫度 – 零下270度!關鍵是:對於紅外線,大氣層並不透明。

空氣裏的水氣、二氧化碳、沼氣等溫室氣體會吸收紅外線,因此在高空的空氣就算有紅外線射向地面,途中會被全部吸掉,來不到地面,反過來說,即是地面的人或儀器是見不到來自高層空氣的紅外線的,後果是地面收到的紅外線只代表大氣層中間某些高度的溫度,至於是甚麼高度視乎有關紅外線頻率,因為不同頻率的吸收程度不一樣。



底圖鳴謝:香港天文台(註1)

 

根據網友提供的溫度數字,對比今早京士柏氣象站的高空探測數據,他們使用的紅外線測溫槍顯示的溫度相當於離地二至三公里的空氣溫度,至於幾個數字之間的差距,原因包括:指向不同方向和仰角、儀器利用不同頻率的紅外線、儀器刻度誤差等。

這個實驗可以有幾個變化,例如在有雲時量度會得到雲底溫度,用來估計雲底高度,又或者指向不同仰角量度得出不同溫度,推導大氣層接近地面底層的溫度廓線等。

至於專業層次,香港天文台利用多頻率紅外線探測儀,量度大氣不同高度的溫度廓線,氣象衛星則從太空俯視,同檥利用多頻率紅外線探測儀,24小時提供全球各處大氣層不同高度的溫度信息,後者對近年全球數值天氣預報大幅進步有重大貢獻。

一個小實驗,內有大道理。

 

註1     高空探測數據來自香港天文台網頁  https://www.hko.gov.hk/tc/out_photo/upper-air-weather.htm


 用紅外線測溫槍看天空

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