多變的天氣

7 1

﹣

成雲致雨

7 2

﹣

大氣運動

水氣的重要性 一、水氣是大氣成分中唯一在地球大氣溫壓 結構下有三態變化的，在三相間變化時產生 了潛熱的轉換傳遞，在天氣與氣候變化中 （如雲、霧、雨、雪、霜等形成）扮演重 要的角色。 二、透過水循環可以調節海洋與陸地的能 量，也可縮小極區與赤道間的溫差，讓地 球維持能量平衡，適合生物的生存與發展 。 講義 P.124P.156P.156

講義 P.124P.156P.156

講義 P.124P.156P.156

此一水循環過程不斷地進行，過程中除伴隨熱量 的全球輸送分布，也造成各種天氣和氣候。

露 水經由三相變化來調節地表的熱量 , 伴隨發 生的即是各種天氣變化 霜 雲 講義 P.124P.157P.157

Q ：大氣中的水氣接近何種狀態時，才有機會凝結 出來？ 大氣中的水氣飽和時，才有機會凝結、成雲致雨， 所以溼度的大小和天氣變化有非常密切的關係。 右圖來源： htt://www.in-photoart.com/modules/newbb/viewtopic.php?topic_id=11899&forum=16 講義 P.125P.158P.158

一、飽和 ( 一 ) 單位體積的空氣 所能含有的最大水氣量 是固定的。當水氣量達 到最大時，此時稱為飽 和。 ( 二 ) 氣溫越高，飽和 水氣壓越大 ( 高 ) • 絕對溼度＝空氣中實際水氣含量。常用單位 : 水氣 壓、克 / 立方公尺 講義 P.125P.158P.158

增加 水氣 降低 溫度 Q ：透過那兩個途徑 可使未飽和的空 氣 (A) 達到飽和 ？ ( 四 ) 讓空氣中的水 氣達到飽和的兩種 方式： 1. 降低溫度 2. 增加水氣 ( 三 ) 相對溼度＝ （實際水氣含量／同溫下飽和水氣含量） _×100% 。

7-1.2 　大氣中的水氣

A 的露 點 露點（ _{Td ）：降溫下} ，使水氣達飽和時所對 應的溫度。 實例：冰箱中拿出的 冷飲置於室溫下，一 段時間後瓶外出現凝 結的小水滴 由露點溫度可得知實 際水氣含量，露點愈 高，實際水氣含量愈 多。 講義 P.125P.158P.158

從圖中可看出，當 A 越 靠近 B （相對溼度較大 ），即水氣越多時， A 降溫達飽和之溫度（圖 上 C 點）越高。 空氣原先的實際水氣 量越多，露點越高。 相對溼度越大，氣溫 與露點的差值越小。 A 的露 點 講義 P.125P.158P.158

飽和區 未飽和區 飽和曲線 露點 氣溫 濕球溫度 Q ：露點、濕球溫度和 氣溫的大小關係？ 露點≦濕球溫度≦氣溫  空氣的相對濕度達 ______________ 時 ，露點溫度 = 氣溫 = 濕球溫度。 100% ( 飽和 )

水氣凝結的條件 1. 水氣達到飽和。 2. 提供凝結核（包括飄浮在空氣中的微粒、 鹽粒、塵埃、灰燼、火山灰、花粉等）， 使水氣附著凝結成水滴或冰晶。 過冷水：當溫度降至 0℃ 以下，在缺乏冰核的狀態 下，水可能低於 0 ℃ 但仍 未結冰，這種低於冰點 的水謂之過冷水。 講義 P.125P.158P.158

如同大氣中的水氣凝結為水滴時需要凝結 核，水凝固為冰晶也需要冰核。但在缺乏 冰核的狀態下，水可能低於 0℃ 仍未結冰 ，這種低於冰點的水稱為過冷水。 大氣中的冰核量遠少於凝結核，在高空的 雲層中常有過冷水出現。當過冷水遇到冰 核或其他物體時，過冷水會迅速凝固。因 此，當飛機通過帶有過冷水的雲層時，可 能會因機身結冰對飛行造成威脅。

過冷水

可口可樂神奇凝冰 —過冷

有日，小強去看相，相士說他將會有血光之災。 小強跪求化解方法。 相士說：找一個大胸妹子陪睡一晚便沒事了。 小強大惑不解。 相士問他：「沒聽過逢胸化吉嗎？」 第二天，小強頭破血流，氣沖沖地找相士算帳。 「你又說逢胸化吉？我昨晚已經照你吩咐 , 找來 兩個大胸妹子陪睡了。雙倍保障 , 還是有事…」 相士長嘆一聲：「唉…大哥，胸多吉少啊！」

當一空氣塊上升時，因高空的氣壓較小，氣 塊體積會膨脹。而膨脹時所需的能量僅靠此 空氣塊本身提供 ( 絕熱過程 ) ，氣溫就會下 降，此過程稱為膨脹冷卻；若降至露點，水 氣便因飽和而凝結成雲。 未飽和的空氣塊，每上升 _{1 公里}溫度降低 10℃ 。，此降溫速率稱為乾絕熱直減率。 飽和的空氣塊上升時（水氣凝結時會釋放潛 熱，因而加熱此空氣塊 ) ，溫度下降會小於 未飽和的空氣塊，每上升 1 公里溫度降低 ₆℃ 。，此降溫速率稱為溼絕熱直減率。 講義 _P.126 P.160 P.160

地表未飽和的空氣塊 → 上升 → 外界壓力隨高度遞 減 → 上升中的氣塊壓力 比外界氣壓大 → 氣塊體積膨脹 ( 向 外作功內能減少 ₎ → 溫度下降 → 水氣達到飽和 → 凝結→成雲致雨

上升氣流與雲的形成－膨脹冷卻

絕熱過程：指系統在變化過程中，與外界 沒有熱量交換。 例如，在大氣中，一個氣塊在移動的過 程中不與外界環境產生能量的交換，即 是一種絕熱運動。 當未飽和氣塊絕熱上升時，因為環境的氣 壓下降，空氣塊的體積變大，導致單位體 積的內能減少，使得空氣塊的溫度降低， 稱為絕熱冷卻。反之為絕熱增溫。 補充 補充

未飽和空氣塊 ，每上升 / 下 降 1 公里溫度 降低 / 增加 10℃ 飽和空氣塊， 每上升 / 下降 1 公里溫度降 低 / 增加 6℃ 講義 _P.126 P.160 P.160

局部熱對流抬升（對流雨）：地面空氣受熱 ，密度變小，而產生強烈上升氣流，造成對 流雲系發展而降雨。【例】夏季午後雷陣雨 。 講義 _P.127 P.161 P.161

地形抬升（地形雨）：氣流在迎風面抬升 ，背風面下沉成焚風。臺灣北部、東北部 位於東北風的迎風面，冬季潮溼多雨。 講義 _P.127 P.161 P.161

鋒面舉升（鋒面雨）：冷暖氣團交會，暖空 氣沿交界面抬升。冷鋒鋒面較陡，暖空氣會 被快速抬升，易形成向上堆疊的積雲，降雨 強度較大；暖鋒的暖空氣沿著較平緩的界面 抬升，易形成層雲，造成綿綿細雨的天氣。 講義 _P.127 P.161 P.161 鋒面複習

水平輻合抬升（氣旋雨）：帶有很多水氣 的低壓中心，因空氣向內輻合，迫使空氣 向上抬升，上升運動強烈。【例】颱風雨 。 講義 _P.127 P.161 P.161

焚風

焚風

鄰居忘了帶鑰匙，從我家陽台翻過去，進到他自 家屋裡找到鑰匙後， 又從陽台翻出來外面，從外面再打開他自家房門 。 更令人叫絕的是，我自始至終在陽台接應著，未 覺有不妥之處。 唉！我倆的腦袋肯定被同一個門縫擠過。  =============. 某日發現手機不見了，翻遍包包以及屋中各個角 落，未果。 鬱悶地跌坐地上，從口袋掏出手機，給大家群發 短信：我手機丟了！

均為水氣達飽和，凝結成液態的水滴或變 成固態冰晶的現象 雲：水滴、冰晶懸浮在空中。 霧：接近地面，懸浮的小水滴。 露：水滴附著在溫度較低的物體表面。 霜：若溫度過低，水滴凍結成固態，附在 物體表面。 講義 _P.129 P.163 P.163

成因與雲相同，均為水氣達飽和時凝結的 現象。

霧的分類：在臺灣地區常出現的是輻射霧 與平流霧。

霧是懸浮在地表附近的水滴或冰晶，可分成

輻射霧

輻射霧 平流霧_平流霧

升坡霧

1.

地面

夜晚

散熱降溫 (

輻射

冷卻 ) 所致

。

2.

無

雲夜晚，輻射冷卻效應顯著，易形

成此形式，白天受熱後

易

消散

3.

例 : 冬季時在嘉

南平原因夜間

輻射冷卻所形

成的霧

地球表面會不斷向外輻射出紅外線，稱為 地球輻射。白天時，地表因吸收的太陽輻 射大於本身放出的熱而升溫；夜晚時，地 表仍不斷向外輻射散失熱量而降溫，稱為 輻射冷卻。 在天氣晴朗、微風及乾燥的夜晚，輻射冷 卻最為顯著。例如在嘉義地區，冬天夜晚 會因強烈的輻射冷卻，在清晨時出現輻射 霧。

輻射冷卻

1.

暖溼空氣水平流動到較

冷

的地面或海

面降溫（

接觸

冷卻、

混合

冷卻）所致

。

2.

初春

易形成，白天

不易

消散。

主要成因 空氣條件 結束條件

空氣在迎風坡上

抬升降溫 風很微弱有助於水氣匯聚 天氣系統移動使風向改變

實例：中山高速公路的三義路段，常發生升坡霧 ，影響行車安全。

極地地區秋冬季節的海上很容易產生蒸氣霧 主要成因 空氣條件 結束條件

冷空氣經過較暖水

上升空氣塊穩定度 ( 一 ) 上升空氣塊溫度低於同高度周 圍環境大氣溫度 ⇒空氣塊的密度大於環境大氣，此時 空氣塊傾向下沉到原來的位置。 ⇒上升空氣塊穩定，易形成層狀雲。 ( 二 ) 上升空氣塊溫度高於同高度周 圍環境大氣溫度 ⇒空氣塊的密度小於環境大氣，此時 空氣塊傾向持續上升。 ⇒上升空氣塊不穩定，易形成積狀雲 （直展雲、對流雲）。 講義 P.129 P.165-168 P.165-168

講義 P.129 P.165-167

大氣穩定度可由乾 絕熱直減率、溼絕 熱直減率以及環境 大氣直減率來判斷 ，分為下列三種情 形。 ( 一 ) 絕對穩定 ( 二 ) 絕對不穩定 ( 三 ) 條件不穩定 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

當環境溫度直減率（ 丙線）小於溼絕熱直 減率（ B 線），此時 必也小於乾絕熱直減 率（ A 線）。 ⇒上升氣塊的溫度總是 低於同高度的環境大 氣。 當抬升條件一消失， 相對冷而重的空氣塊 傾向於下沉回到原來 位置。 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

當環境溫度 直減率小於 溼絕熱直減 率 空氣塊的溫 度相對於環 境溫度較低 ，密度較大 ，上升運動 被抑制，不 容易上升。 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

當環境溫度直減率（ 甲線）大於乾絕熱直 減率（ A 線），此時 必也大於溼絕熱直減 率（ B 線）。 ⇒上升氣塊的溫度一直高 於同高度的環境大氣 當抬升條件消失，相 對熱而輕的空氣塊仍 可獲得足夠的浮力持 續上升，形成向上發 展的積雨雲 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

不穩定：當環境 溫度直減率（丙 線）小於溼絕熱 直減率 空氣塊上升至任 何高度，溫度都 比周圍環境溫度 還高，因此可不 斷上升，易形成 高聳的積雨雲， 降下大雨 ( 如夏 季午後雷陣雨 ) 。 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

當環境溫度直減率 ( 乙線 ) 介於乾絕熱直減率 _(A 線 ) 和溼絕熱直減率 _(B 線 ) 間 ⇒上升氣塊的溫度可能高於 同高度環境大氣的溫度 ⇒不穩定 ⇒上升氣塊的溫度可能低於 同高度環境大氣的溫度 ⇒穩定 原本較冷易下沉的空氣塊穩 定，抬升至特定高度，即上 述「條件」發生之後，轉變 成較暖易上升的不穩定狀態 。 請修正 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

條件性不穩定： 環境溫度直減率 介於乾絕熱直減 率和溼絕熱直減 率間 空氣塊上升到某 一高度，溫度才 較環境溫度高， 於是開始持續上 升，形成高聳的 雲。 講義 P.130 P.164-167 P.164-167

7-2 大氣運動

不同地區因為氣溫不同，空氣密度不同 ( 熱脹冷縮 ，冷空氣密度大、暖空氣密度小 ₎ →冷空氣 ( 密度大 ) 氣壓隨高度之遞減率較大 →造成高空的氣壓差異 →常使氣流產生地面與高空間的環流系統。 P 大 P 小 同一高度平面上，空氣從高 壓區向低壓區流動。 密度小 密度大 地表冷區的高空 氣壓較暖區同高 度高空氣壓低 講義 P.133P.168P.168

水平方向的空氣流動

水平方向的空氣流動

原先水平均勻的

大氣，其等壓面

和地表平行，

不

同地點之間沒有

氣壓的差異

，沒

有空氣流動。

水平方向的空氣流動

水平方向的空氣流動

水平方向的空氣流動

水平方向的空氣流動

由於地面與空氣對熱量反應及海陸比熱大小不 同，常在山谷間、海陸交界處發生區域性的環 流系統，小尺度數十公里為山谷風、海陸風， 大尺度數千公里為季風 、行星風系 ( 三胞環 流 ) 。 講義 P.133P.168P.168

谷風 時間：發生於白天。 成因：白天山坡面溫度上升明 顯，呈現低壓，造成空氣由山 谷沿山坡爬升而形成氣流 山風 時間：發生於夜晚。 成因：山坡面溫度下降明顯， 呈現高壓，空氣沿山坡下降形 成氣流。 白天山谷間溫差大於夜晚，故谷風較強。 講義 P.133P.169P.169

一、海風 時間：發生於白天。 成因：陸地比熱小，溫度上升明顯，地表 空氣呈現低壓，氣壓差驅使空氣由海面流向 陸地 講義 P.134P.169P.169 二、陸風 時間：發生於夜晚。 成因：陸地比熱小，溫度上升明顯，地表 空氣呈現高壓，氣壓差驅使空氣由陸地流向 海面

海風

海風

_丁

_丁

丙

丙

甲

甲

乙

乙

氣壓大小：甲 >

乙 > 丙 > 丁

海陸風

海陸風

-

_-

白天

_白天

陸風

陸風

丁

丁

丙

丙

甲

甲

乙

乙

海陸風

海陸風

-

_-

夜晚

_夜晚

氣壓大小：乙 >

甲 > 丁 > 丙

7-2.3 季風

最高溫出現在青藏高原 ( 或印度 ) 一帶， 形成低壓中心，南方暖溼空氣吹向陸地。 在臺灣轉成西南季風。 西南氣流受地面加熱及山區地形抬升，形 成積雨雲，造成臺灣西部山區易發生午後 雷陣雨。 講義 P.135 P.170-171 P.170-171

最低溫出現在西伯利亞一帶，形成大陸冷氣團 ，乾冷空氣由西伯利亞高壓中心吹向海洋。 在臺灣轉成東北季風。 因北部、東北部位於東北風的迎風面，冬季潮 溼多雨；西南部位於東北風的背風面，冬季晴 朗乾燥。 講義 P.135 P.170-171 P.170-171

行星風系－三胞環流

名稱 極地胞 （ Polar cel l） 佛雷爾胞 （ Ferrel cel l） 哈德里胞 （ Hadley cel l） 範圍 緯度 60° 至 90° 緯度 _30° 至 60° 緯度 0° 至 30° 垂直 氣流 緯度 _{60° 上升} 緯度 _{90° 下沉} 緯度 _{60° 上升} 緯度 _{30° 下沉} 赤道上升 緯度 _{30° 下沉} 地面 水平 氣流 緯度 _90° 往 60° 方向，為 極地東風帶 緯度 _30° 往 60° 方向，為西 風帶 緯 度 _30° 往 0° 方向，北半球為 東北信風 南半球 為 東南信風 高低 氣壓 位置 緯度 _{60° 地面} 形成低壓帶， 稱為極鋒帶 緯度 _{30° 地面} 形成高壓帶，稱 為馬緯度無風帶 赤道附近地面形 成低壓帶，稱為 　間熱帶輻合區 講義 P.135 P.170-171 P.170-171 練習題