#03 地球大氣、氣壓、風

大氣中熱的傳輸

• 赤道較其他地區接收更多熱能
• 熱能透過大氣環流、大氣中的水氣、洋流由赤道往兩極運輸

絕熱遞減率【這觀念很重要喔!】

• 絕熱過程:空氣塊受熱運動，在運動過程中不與外界環境交換熱能的現象
• 一般而言，因為經歷絕熱過程，空氣塊的溫度會隨高度升高而下降
• 乾絕熱遞減率:空氣塊上升或下降的過程，沒有凝結現象的發生時，氣溫變化約為10度C/公里(每上升1公里，氣溫下降10度C)
• 濕絕熱遞減率:空氣塊上升或下降的過程，有凝結現象的發生時，氣溫變化約為5或6度C/公里(每上升1公里，氣溫下降5或6度C)

Q: 為什麼乾濕絕熱遞減率會有差別?

A: 乾濕絕熱遞減律的溫度變化是指我們觀察到的環境溫度變化，在環境溫度遞減的過程中，若有涉及水氣的凝結，就會有放熱現象，外界的溫度會因為有來自水氣放熱出的熱能而出現高空與低空溫差變化較小的現象

位溫(θ)

• 定義:將某高度的空氣由乾絕熱變化移動到1000hPa(百帕)時的絕對溫度
• 意義:

1. 提供比較不同高度空氣塊的方式
2. 解釋了地球大氣勢穩定的，所以對流層內沒有強烈的對流使整個氣溫翻轉的情況(對流層內的氣溫隨高度上升而遞減，那麼照理說上方空氣塊較冷，密度較大應該會沉降並和下方的暖空氣發生對流，好讓空氣恢復到穩定態(冷空氣在下暖空氣在上)，但實際上卻不會如此，於是科學家發現，透過位溫將不同高度的空氣溫度進行比較後，其實是符合冷空氣在下暖空氣在上的情況的，所以對流層內沒有強烈對流讓整體氣溫出現翻轉)

★選擇1000hPa的原因是基於地面平均氣壓約為1013百帕(所以取整數值1000百帕來用)

對流層的氣溫南北分部

• 對流層頂=對流停止的位置(高度)
• 赤道地區接收最多熱能，所以對流層頂位置由赤道向兩極遞減
• 因為溫度的差異，所以會有噴流的出現

氣壓與風

• 氣壓定義: 單位面積上地表所承受的空氣柱重量
• 氣壓單位: 氣象學上常用百帕(hPa)，其他如:怕、毫米汞柱等，地表平均氣壓為1013百帕
• 風的形成: 空氣由高氣壓流向低氣壓
• 風向定義:風的來向，EX:東風=由東邊吹往西邊的風(圖例: ←)
• 高低氣壓是相互比較而來的，所以沒有絕對值
• 高氣壓中心是沉降的空氣，在地表上的氣流由中心向外幅散，在高空的氣流是由中心向內輻合
• 低氣壓中心是上升的空氣，在地表上的氣流由中心向內幅合，在高空的氣流是由中心向外輻散

三胞環流【超級無敵重要的觀念呀！一定要會的那種】

1. 赤道地區因為受太陽直射快速升溫向上飄離地表，所以赤道是低壓(縮寫為I.T.C.Z)
2. 低壓的氣流上升至某高度後開始向兩極輻散，直到南北緯約30-40度左右開始沉降，所以在地表形成高氣壓，然後氣流又因為接觸地表向高低緯度輻散【綜合1.和2.，形成哈德里環流】
3. 極區因為終年寒冷，空氣愈冷收縮沉降壓在地表上，所以極區是高壓
4. 在緯度66.5度左右的地方，因為有來自極區和緯度30-40度地區的空氣輻合，所以地面是相對低壓帶，中心空氣會向上升【綜合3.和4.，形成極區環流】
5. 費雷爾環流的產生是因為在哈德里環流和極區環流下，最後一個被科學家發現，然後被動產生的環流(和其他兩個環流相比，因為不是來自受熱能差異產生驅動例而生的，所以稱為被動)

在明白上述五點，然後知道高低氣壓如何分布後，接著我們來看風怎麼吹，但有個重要的知識需要先記得，那就是柯氏力

科式力在北半球會向右偏，南半球會向左偏，而且越高緯度受科氏力影響越明顯(原因: 柯氏力計算公式為2*Ω*sinØ，其中的Ω為某一常數，sinØ中的Ø代表緯度，而sin90度為1，可以使整個式子得到最大值，而緯度越高帶入式子運算的值會越大，所以由數學公式計算的結果可知越高緯度的柯氏力越大)

接著我們正式來談風向，請先記住風(=空氣的流動)一定由高氣壓吹(流)往低氣壓，所以要判斷風向，就先從高氣壓畫箭頭指向低氣壓，然後依照箭頭的方向想像你開車開在箭頭的方向，接著導入柯氏力的概念去判斷風向如何改變，於是你會得到下列這些資訊:

1. 30-40度的高壓往赤道低壓吹，受到柯氏力影響，所以北半球吹東北信風，南半球吹東南信風
2. 30-40度的地區因為受科式力影響更大，風向會更明顯，約略會是西風，歐洲的緯度大約就是30-40度，由於古代貿易多靠船隻與洋流，順逆行西風會顯著影響貨物運送效率，所以西風別名又叫貿易風
3. 極區所受的柯氏力最大，風向趨近於東風

平流層驟暖

• 冬季平流層溫度急速上升的現象
• 北半球較南半球明顯(因為北半球有較多大規模山岳的分布，當風受到山的地形影響，會產生行星波(或稱山岳波)，冬季時候的行星波震幅較大時，若往平流層垂直傳播時，會造成平流層溫度上升，稱為平流層驟暖)
• 每年都會出現的現象，差別在於程度上的差異，因此造成的影響不同
• 當平流層變暖(破散)，極風噴流被往反方向吹，減弱的噴流速度，無法牢牢鎖住極區的冷空氣，使寒冷的極區空氣勢力往南侵，造成更冷的寒冬

北極震盪

• 冬天北極寒風會南下入侵
• 極鋒噴流是環繞極區的高速氣流帶，可以將極區的寒風鎖在極地
• 北極震盪(Arctic Oscillation)=北極寒風與極鋒噴流之間的拉扯關係
• 正北極震盪=極鋒噴流強勁=可以牽制冷風往南竄，高緯與溫帶地區冬天比較溫暖
• 負北極震盪=極鋒噴流減弱=關不住冷風往南竄，高緯與溫帶地區冬天比較寒冷
• 發生負北極震盪時，台灣也可能被影響出現超級寒流(影響程度取決於冷風勢力的強勁程度)
• 中央氣象局科普網站 北極震盪解說

北極放大

• 和全球暖化有關的現象
• 暖化讓極區與赤道溫差變小，使極風噴流的速度減緩，無法把寒冷得極地空氣鎖在極區，極區的冷空氣得以往南竄，造成冬季越來越冷
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