第參單元:天氣

第一節大 氣

在地球上,動物可以一天不喝水,但是不能超過十分鐘不呼吸,可見空氣比起其他物質都來的重要,地球外面包著一層大氣,叫做大氣層。因為引力的影響,所以大部分氣體都集中靠近地表附近。

3-1-1大氣成分與演變

大氣成分中:含有固定成分與變動成分。

一、固定成分:當某些氣體的含量在大氣中改變時真是微乎其微,以我們的肉眼去觀察,真的令人難以辨識。除掉水氣後的乾空氣,它主要的氣體含量比例比較固定,氮佔78%,氧佔21%。氬約佔1%。

二、變動成分:其中以水氣的含量變化最大,在熱帶洋面上可以達到4%,但在沙漠和極區大陸含量卻很少。 此外,尚有二氧化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物等微量氣體,它們和水氣一樣,屬於變動成分。

原始大氣的成分:氫、氦、甲烷、氨等等。因為氫、氦較輕,在地球冷卻剛形成不久即散失到外太空,火山作用將地底內部的二氧化碳、水氣、甲烷、氨氣與氮氣等氣體噴出大氣中,在40億年前,形成以水氣及二氧化碳為主。水氣凝結後集中在低處形成海洋,另二氧化碳為溶解在海水中成為石灰岩,大氣中水氣及二氧化碳大量減少,約在30億前,氮氣與氧氣成為最多的氣體。

氣體作用:氧氣--是人類和一切生物維持生命活動的必需物質。
氮氣--是地球上生物體的基本部份。
二氧化碳--是植物進行光合作用的重要原料,對地球有保溫作用。
臭氧--吸收太陽光線中大量的紫外線。
水汽和塵埃--它們是成雲致雨的必要條件。

3-1-2大氣的構造

包圍地球的大氣,其特性會隨高度不同而有許多變化,科學家便依照氣溫來劃分大氣的垂直結構。最接近地表的是「對流層」,其次為「平流層」、「中氣層」和「增溫層」。增溫層是大氣的最外圈,大氣愈向外愈稀薄,且沒有一條明顯的界限。由於大氣是受地球重力吸引而環繞在地球四周,因此離地表越近,空氣密度越高,大約90%的空氣都聚集在離地表30公里的範圍之內;到了離地100公里處,大氣密度已不及海平面的百萬分之一。

 

對流層之厚度,夏季常較冬季為厚,低緯度地區亦常厚於高緯度地區,平均約12公里。對流層內溫度通常隨高度增高而下降,平均每增高1000,溫度則降低約攝氏 6.0度。大氣中之水汽,幾乎全部存於此層內,故雲、霧、雨、雪等常見之天氣現象,皆限於在對流層中發生,且多集中於此層下部。我們稱對流層的溫度約攝氏 -55-60度。
   
平流層之厚度,約自10公里到50公里。平流層下部,氣溫幾恒定不變,或隨高度之增高而略為上升。平流層上部因臭氧層吸收太陽的紫外線輻射,於是氣溫升高。(如圖一)

中氣層範圍大約自5080公里處,溫度一般都是向上遞減,直至中氣層頂,溫度降至-90度左右。從地面到中氣層頂,大氣中除了水汽和臭氧之外,其他各種氣體的成份近似不變。

增溫層是中氣層頂以上溫度再度升高的區域,當太陽寧靜時,此層可伸展至400公里高度,在太陽活動期間則可達500公里上下。增溫層下部,空氣至為稀薄,空氣分子易於電離,空中自由電子頗為豐富,通稱為電離層,對於反射無線電波功能方面功效頗大。

3-1-3大氣的重要性

大氣的重要性

一、大氣提供保溫作用,使得太陽的熱能免於散失。

二、大氣像一層防護罩,免得生物直接曝露在強烈的陽光射源下。

三、大氣不僅為我們濾掉陽光中有害的射線,也為我們阻擋了來自太空無數小物體的襲擊。

所以有了大氣層,地球上的生物才能生存,人們才可以享受日光浴,也才能觀賞流星雨。我們需珍惜可愛的地球環境,維持生態的平衡,作好環保工作,畢竟我們還未發現適宜生物生存的其他星球。

 

第二節天氣現象

「今天天氣好嗎?」「會不會下雨呢?」我們都可以感受得到,隨著生活品質的提昇,天氣在我們的日常生活中扮演了愈來愈重要的角色。大家都聽過的氣團、鋒面、季風等天氣系統,對我們有什麼影響呢?而美麗的虹、霓、及震撼的冰雹又是如何產生的呢?還有下豪雨及颱風來襲時該如何防範呢?就讓我們一起來探討這些問題吧!

3-2-1空氣中的水

水無所不在,地球可以說是一個”水”的星球。水也是地球任何生物不可缺少的,它可以滋養萬物,使我們的生命得以延續,而且水是自然界中數量最多的液體,甚至天氣的變化跟水也有密切的關係,水也是地表上唯一以三態並存的物質,它們是固態的冰、液態的水和氣態的水氣。我們都知道地球上早期的生命起源於海洋,如果冰不能漂浮在水面上,地球即使有生命也無法安然度過冰期。由此可見,水的特性對地球上生物影響的重要性。

3-2-2雲與降水

冬天的惡劣天氣多半與鋒面或低氣壓移近有關,那時天空出現的雲,多為向水平方向,大範圍展開的雲,我們稱它為層狀雲。最高的卷層雲存在約 6公里高空,為冰晶所組成,這種雲成晶瑩的白色,光線穿過雲層時在太陽及月亮周圍,常出現彩色的光環,稱為暈。諺語有云:「日暈風,月暈雨」,就是表示已經有鋒面或低氣壓自遠方接近,為天氣轉壞的前兆。

圖片一:日暈

當低氣壓逐漸接近,就有高層雲出現,平均高度約在 3公里左右。這種雲由冰晶與水滴混合組成,雲層比較厚,水平伸展至數百里,足以遮蔽日光,有雨滴可自雲中降下。雨層雲,在低氣壓附近出現,高度在 800公尺左右,呈暗黑色雲幕低垂,有連續性降雨的現象。

夏天午後最常出現的雲為積雨雲,在悶熱的下午,雷雨來臨之前,天空常出現高聳灰暗的雲塊。這表示雲層內有旺盛上升氣流,氣流上升速度每分鐘最高可達 600公尺,不到十分鐘,就可使雲柱伸展至 6000 公尺高空。

雲柱中含有冰晶與水滴,接近雲頂的冰晶,常隨風拖曳成砧狀,這就是積雨雲。積雨雲因為對流強烈,在剛下雨時,常因冷空氣之急速向下衝產生陣風,短時間內風力常達八、九級,所以大雷雨發生時常有強烈的風變。

3-2-3氣溫與溼度

空氣中存有水汽,含量不定,大部分存在於對流層之下部,水汽含量多時可佔整個大氣之4%,含量少時僅佔 0.01%,在一般情況下大氣中平均水汽約佔1.1%,量雖不多,但其變化直接影響天氣至鉅。

水汽之變化有三種狀態:固體狀態者如雪、雹、霰、霜、水晶雲及冰霧等。液體狀態者如雨、露、雲及霧等。氣體狀態者如肉眼所不能見之水汽。空氣中所含水汽,為產生雲霧以及其他可見天氣現象之最重要因素。水汽成雲致雨可為人類帶來甘霖,但也能造成重大災害。空氣中水汽之主要來源為海洋,也有少量源自湖泊、河流、沼澤、濕土、雪、冰地及植物等。

在一定溫度下,一定量之空氣,所能容納之水汽量,有一定之限度。空氣中水汽含量如已達其最高限度,則此時之空氣稱為飽和。空氣能容納水汽量之多寡與溫度有密切關係,同樣體積之空氣溫度愈高,能容納之水汽愈多。若溫度增加11,空氣中能容納水汽之能力約可增加一倍;反之若空氣中水汽含量不變,當其溫度降低至某一程度時,可使未飽和之空氣變成飽和。溫度如繼續下降,能使飽和水汽凝結為霧、雲或雨滴等。在氣象上,一般表示空氣中水汽含量之方法有下列二種:

() 相對濕度:即空氣中實際含有之水汽量,與相同溫度下可含最大水汽 量之百分比。空氣在完全飽和狀態時相對濕度為100%;如空氣中所含水汽量僅為當時溫度下所含最大水汽量之一半時,則相對濕度為 50%。對人體而言,空氣之相對濕度在 4060%間時,令人最感舒適。

() 露點:在一定大氣壓力下,空氣中水汽含量固定不變時,若氣溫逐漸降低,待降至相當溫度時,空氣變成飽和,氣溫再稍低,水汽即行凝結,此時之溫度,稱為露點溫度,簡稱露點

3-2-4氣壓與空氣流動

低氣壓:是空氣壓力比週遭環境低的區域。由於該地區的氣壓比四周的氣壓還低,所以四周的空氣就向中心流動,而低壓中心的區域由於流入了過多的空氣,於是便將空氣向上推擠,而形成上升氣流。上升氣流在高空中遇冷,氣流中的水氣迅速凝結成小水滴或聚集成雲,小水滴互相結合產生大水滴,落下便成了雨,所以低壓中心附近通常都是陰雨的天氣。當從外太空看來是一個直線運動的空氣,在地球上的人看來,會受到「科氏力」影響而轉彎;北半球會向前進方向的『右側』彎曲,如圖二(乙)平面圖的圖左為北半球。

高氣壓:是空氣壓力比週遭環境高的區域,也有一個高氣壓中心。高氣壓內的空氣會向附近氣壓較低的地方流動,所以其上空就不斷有空氣流進來補充,因而形成一股下降氣流。在空氣向下流動的過程中,水蒸氣逐漸散掉,陽光露臉,溫度也逐漸升高,因此在高壓中心附近,通常都是晴朗的好天氣。當從外太空看來是一個直線運動的空氣,在地球上的人看來,會受到「科氏力」影響而轉彎;北半球會向前進方向的『右側』彎曲,如圖三(乙)平面圖的圖左為北半球。

 

第三節氣象資訊

3-3-1氣團

指一廣大之空氣體,在地球表面某一特殊地區(即氣團源地),停留一段相當的時間,其整個水平方向,在同一高度各點,空氣之溫度濕度密度等物理性質均頗為一致,則稱此一廣大空氣體為氣團

氣團可依其源地緯度之高低,為大陸海洋而分類,例如極地大陸性氣團,熱帶海洋性氣團,又可視其離開源地後,與所經地面之熱力交換情形而分為氣團和氣團。氣團本身冷於所經之地面者稱為冷氣團,例如冬季源自西伯利亞之氣團,即為大陸性冷氣團。

3-3-2鋒面

性質不同之冷暖兩氣團相遇時,其交界處為一不連續面,稱為鋒面。在鋒面兩側空氣性質,諸如溫度、濕度、風向、天氣等通常均有明顯的差異,實際上鋒面為過渡地帶,其寬度通常有數公里以至數十公里不等。

當冷空氣前進,迫使暖空氣後退而取代暖空氣原有位置,則此時之鋒面稱為冷鋒(如圖四)。

反之當暖空氣前進,迫使冷空氣後退而取代暖空氣原有位置,則稱為暖鋒。(如圖五)

當冷暖氣團勢均力敵以致使鋒面呈滯留狀態,此時之鋒面稱為滯留鋒。滯留鋒符號為:

3-3-3天氣圖與衛星雲圖

在一定時間內收集各地傳來的天氣資料,可製成天氣圖,從天氣圖則可以得到某些地區特定時間的大氣狀況,可供作天氣預報的參考。從圖六可以得到海棠颱風的最新預測路徑。另外衛星雲圖依照不同需求可分為可見光衛星雲圖(圖七)及紅外線衛星雲圖(圖八)。

3-3-4天氣預報

中央氣象局的每日天氣預報包括,最高、最低溫度、天氣狀況、舒適度、降雨機率以及紫外線指數預報,其中溫度、降雨機率以及紫外線指數均採用數字預報,天氣狀況及舒適度用文字敘述。當災變天氣或突變天氣發生時氣象局就立刻以警報或特報方式向民眾發布,讓大家提早預防。(如圖六所示)

警報是用在颱風侵襲時,特報是用於低溫、強風、大雨、豪雨、濃霧等情況。當有連續降雨,而且24小時雨量累積到130 毫米時,會發布「豪雨特報」;如果降雨量不到130 毫米,卻在50毫米以上,且有可能造成災害時,便發布「大雨特報」。這兩種災變天氣最常在56月的梅雨季節時發生;或者在春秋雨季的鋒面及夏季偏南氣流強盛時,產生對流性大雨或豪雨。颱風來襲後,常會引進強勁的西南氣流,夾帶著大量水氣吹向台灣西部,受中央山脈阻檔而降雨,這也是造成台灣大雨或豪雨的成因之一。

冷鋒面通過台灣時降雨的機率會增加,但降雨時間不長,僅持續數天而已。(如圖七),滯留鋒面移動較為緩慢,故降雨時間較長。(如圖八)

 

第四節台灣的天氣

3-4-1季風

冬季大陸較海洋寒冷,所以陸地上空氣的密度比較大,氣壓也比海洋上高,於是風從大陸吹向海洋。夏季的情形正好相反,大陸遠較海洋為熱,空氣密度小,風從海洋吹向大陸,這種隨冬夏季節大規模轉變方向的風就稱為「季風」。

季風以亞洲的南部和東部最為顯著,因為亞洲內陸,於夏季時,地面接受太陽熱量後,溫度迅速增高,形成一廣大的低壓區,使得印度洋上之空氣吹向陸地,這種氣流在亞洲被稱為「西南季風」。西南季風可將潮濕的海洋空氣帶入亞洲內陸地區,產生連綿的降水,為印度中南半島等地區帶來豐沛的雨量,有時候甚至豪雨成災。

冬季時,高壓在寒冷的亞洲大陸上發展,大量寒冷而乾燥的空氣自大陸吹出,一直要到遠離陸地到洋面之後,才能吸收較多的水份。在大陸東岸,北緯30度以南地區,東北風盛行稱為東北季風。冬天,大陸高氣壓南下,伴隨前緣的冷鋒面通過東海到達台灣附近海域時,即帶來東北季風,其風力常相當強勁。台灣北部及東北部在受東北季風影響的季節裏,經常呈現陰霾有小雨的天氣

3-4-2梅雨

就氣候而言,每年五、六月為台灣之梅雨季,梅雨期間天氣以陰雨為多,但偶而也會有不下雨的好天氣出現。台灣梅雨之產生係由於在此季節大陸冷氣團與太平洋暖氣團勢力相當,常在華南台灣琉球一帶相持不下,形成滯留鋒(又稱梅雨鋒);鋒面帶上常有低氣壓擾動發生並伴隨中到大雷陣雨,為台灣地區帶來豐沛雨水。

梅雨之名起源於六、七月間中國江南一帶梅子成熟季節連綿降雨而得,由於久雨不晴,器物容易發霉,又稱霉雨。(如圖九所示)

 

3-4-3颱風

()「颱風」名詞之來源

我們都知道颱風來的時候一定有狂風,有暴雨,在狂風暴雨之下一定會給人們帶來可怕的災害,受過颱風災害的人都會談颱色變。那麼,颱風究竟是什麼呢?在氣象學上說,颱風就是在熱帶海洋上所發生的低氣壓。

至於颱風這個名詞的來源,一般都說是從廣東話「大風」演變而來;但據考證,可能是從閩南語「風篩」演變而來,因「台音篩同台,加風作颱」,至今閩南語稱颱風為風颱,所以此一說法頗為可信。颱風就是在熱帶海洋上發生的一種非常猛烈的風暴,(如圖十)為一輕度颱風之等壓線氣象圖。

()颱風之源地

台灣所遇到的颱風大都是從北太平洋西部來的,另外我國南海也有颱風發生,但次數不多,威力亦較小。

颱風並非僅對我國造成災害,在日本菲律賓中國大陸也常受颱風之侵襲,而美國、印度,甚至南半球澳洲一帶亦都有熱帶氣旋的侵襲。在大西洋發生的稱為颶風,此字起源於印第安語,意思是惡劣天氣之神。在印度洋上發生的稱之為旋風,因颱風本是一種旋轉之風。

()颱風強度之定義:颱風強度之劃分是依據其中心附近最大風速而定;

表七  颱風風速等級敘述表

颱風強度名稱

中心附近最大風速敘述

相當的風速等級

備考或說明

熱帶性低氣壓

等於或小於每秒17.1公尺

等於或小於7級風

一般低氣壓

輕度颱風

每秒 17.232.6公尺

811級風

 

中度颱風

每秒32.7 50.9公尺

1215級風

 

強烈颱風

每秒51.0公尺以上

16級或以上之風

 

在太平洋上一年到頭,均可能有颱風發生,惟通常以7月至9月最多。根據過去紀錄,侵襲台灣之颱風,最早出現在4月下旬,最遲為11月;侵襲次數,則以789,三個月為最多。

台灣地區的雨量主要出現在颱風季及梅雨季,亦即五、六月的梅雨季和七至九月的颱風季為主要雨季,但在台灣的北部及東北部於冬季時,因東北季受中央山脈的抬昇而使相對溼度達飽和,故於冬季的降雨頗多,(如圖十一所示)為台灣各月分平均雨量的分佈情形。

3-4-4寒潮

哇!好冷啊!路上行人個個包的像粽子一樣,恨不得把棉被穿出門,原來是「寒流」大駕光臨了。當大陸冷氣團南移,寒冷的氣流就會使氣溫急速下降。但是氣溫要下降多少度才算寒流呢?通常在氣象預報時,最低溫會降到10 或以下,就稱為寒流哦!寒流大多於冬季來襲,約持續三至四天,有時可達八至九天。伴隨鋒面南下的強勁極地冷氣團,因為冷乾的氣團特性, 除了發生氣溫驟降與強風等天氣現象,並不常發生降水。  

 

創用CC標示:
CC