趣味校園：設計小裝置 量度海平面
【明報專訊】2015年的海平面量度裝置設計比賽由香港大學工程學院、香港天文台及香港氣象學會主辦。欣賞泓杰和力曦的作品前，先由香港天文台高級科學主任、香港氣象學會副會長李炳華跟大家講解跟海平面有關的知識！
潮汐影響海水高度
海平面受每日潮汐影響，每日通常有兩次漲潮和兩次退潮。潮汐變化則跟月球和太陽的引力有關，因應月球、太陽與地球的位置遷移，海平面每日也不同，水位於新月時最高。
全球暖化 海水上漲
長遠而言，海平面受氣候變化及兩極融冰影響，全球暖化不止令空氣變暖，海水也變暖，海水受熱會膨脹，海平面便上升。北極、南極、格陵蘭、冰島的冰雪融化，海水增加，也導致海平面上升。
海平面上升 規劃需多考慮
香港天文台於2015年作出預計，2081至2100年香港的海平面將上升0.63米至1.07米(與1986年至2005年的平均高度比較)。海平面上升0.63米至1.07米看似不多，但當有颱風吹襲，會有更多地方水浸。全球暖化會令大海及大氣的能量增加，颱風威力增大，沿岸地區因海平面上升所受的影響會更大！
海平面持續上升，工程項目的規劃人員會作出考慮，例如是否建造更高堤壩、建築能否抵禦未來的風暴潮等。2008年香港受颱風黑格比吹襲，大澳嚴重水浸，民政事務總署事後便應因受災情况，於大澳築堤。其他國家也有人提議將重要基建搬離沿岸。
不同測量方法的驗潮儀
香港天文台自1950年代，以驗潮儀監測海面高度。現時於鰂魚涌、石壁、大廟灣、大埔滘、尖鼻嘴、橫瀾島6處設有驗潮儀，在每分鐘及每小時量度，並傳送到天文台總部，天文台則於網頁發放資料。
天文台於上述6處分別使用3種測量方式不同的驗潮儀，包括浮標式、海面壓力傳感器和氣壓式。浮標式驗潮儀以浮標的垂直移動量度水位變化；海面壓力傳感器則在水中量度上方水體導致的壓力，再轉換成水位讀數，壓力愈大，水位愈高；氣壓式驗潮儀通過測量感壓系統的氣體壓力換算成潮水高度。
設計原理
「我們想製造一個便攜、簡單、用普通物料製成的海平面量度工具，而不採用電子方法，讓小朋友及不懂電腦的人也易於理解什麼是海平面及可作出量度」，水泓杰說。他們製作的海平面量度裝置改良了兩次才遞交參賽，「最初的版本只是用繩或絲帶放入水中，再拉上岸，因應繩子被水弄濕之處，量度水深」。因難以取得準確數據，他們作出改良，參賽作品由以下的部分組成：
◆膠尺
長度5米，縫上標示厘米的軟尺，另一面每隔25厘米以白色及橙色熒光膠帶相間，方便於岸上初步估算水深。水泓杰表示：「膠尺仍有點太闊，容易被大風吹歪，如果再改良，用較窄的應更好。」(圖一)
◆吊鎚
吊鎚繫於膠尺末端，利用其重量減低水流的推動力及風力的影響，令膠尺可垂直放於水中。作品有兩個吊鎚，重量分別是300克及1000克，較重的於風大及水流較急時使用。因吊鎚放於水中會生鏽，故於表面塗上防鏽油。(圖二)
◆浮標
每隔5厘米在膠尺邊緣釘孔。浮標用彩麗皮製成，可平浮於海面。以熒光膠尺估算海平面後，便在該位置以橡筋繫上浮標，再放回水中，以讀取更準確的數據。最初釘孔位置以鐵構成，放入水後生鏽，於是改用塑膠。(圖三)
◆線轆
像風箏的線轆般，把膠尺繫上，方便收放膠尺。風力、水流會令膠尺不能垂直量度海平面，他們請教學校工友意見後，於量度時會手持晾衣叉，利用叉頭保持膠尺垂直，減低誤差。(圖四)
實物入手 認識抽象概念
油蔴地天主教小學(海泓道)常識科教師張樂華表示，主辦機構有提供工作坊，教導學生利用電子方法，如紅外線、電腦軟件等量度海平面，但該校兩名參賽學生原本對海平面沒什麼認識，故選用膠尺等製作裝置。「利用實物、較原始的方法入手，令他們較易明白抽象概念。」另一名常識科教師郭雅慧認為，最重要是學生在過程中有所學習，「他們最初想做一輛手推車，再連上量度裝置，但四年級參賽時難以做到，推往海邊也有困難，故他們要再考慮什麼設計才可行」。
實地記錄 蒐集連續數據
張樂華先後8次與兩名學生到深井的碼頭和愉景灣實地記錄海平面數據，「安全第一，顧及師生比例，所以不能太多學生組隊，晚上的潮汐情况也沒辦法量度」。他們曾在深井一連數小時、每隔約15至30分鐘作紀錄，「從連續數據才看到潮漲潮退」。之後多次與天文台網頁的潮汐資料比較，確定所得數據合理。
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德國氣候研究組織「波茨坦氣候衝擊研究所」研究南極洲的冰蓋後警告，若人類繼續按以往速度增加排放，將會在大約150年後把地球上所有化石燃料用盡，並排放總共10萬億噸二氧化碳，全球暖化下將導致海平面升高60米，屆時包括香港、倫敦、紐約和東京等國際大都會，都會被海水淹沒，摧毁10億人家園。
——摘自〈研究警告海水升60米淹香港〉，《明報》，2015.09.13
■關鍵詞
海平面 sea level
潮汐 tide
全球暖化 global warming
文：曾嘉敏
圖：曾嘉敏、受訪機構提供、資料圖片
