氣象大解密：觀天象、談天氣，解惑常見的101個氣象問題

人們仰望天空，心中總有一百萬個為什麼。

「天空為什麼是藍色的？」
「雲朵怎能漂浮在天上？」
「為什麼有些人能分辨暴雨前夕的天空？」

氣象學家解答天氣如何改變我們的生活
宏觀的氣象乃至於天氣，是自然科學中與人們生活密切相關的一環。
我們都會在出門前查看一下天氣預報再決定今天的交通方式，抑或是否攜帶雨具出門；農夫能從雲的形狀分辨暴雨晴旱，為農作物提前作好防範措施。
豔陽高照、烏雲密布、雷聲轟隆、狂風暴雨、午後彩虹……你我耳熟能詳的天氣元素日復一日在世界各地的每個角落、甚至宇宙上演，看似彼此獨立卻又互相牽引。
顯而易見的是近年來話題高漲的聖嬰現象，因太平洋的海洋與大氣環流異常，為太平洋沿岸地區帶來極端氣候的震盪現象，全球性的降雨與氣溫也出現顯著變化。台灣位於太平洋西岸的亞太地區，近年來每隔幾年出現前所未見的寒冬與暖冬、異常的旱季都與聖嬰現象的震盪有關。聖嬰現象是如何形成？反聖嬰又是什麼？我們要如何看待與應對氣候異常的生活？都能在本書找到解答。

每個人都能是一名氣象預報員，觀察且了解生活氣象也是人類的生存本能。
天氣能夠滋養生命，也能夠危害生命，人類的生存常取決於其中微妙的平衡，因此我們觀察天空中種種的線索來幫助我們預測未來的天氣。漂移雲朵的顏色、陰影與捲曲的形狀等都能提供我們這些線索。更進一步地說，我們都曾見識過美不勝收的雪結晶，也不曾懷疑水的形狀是下垂的滴狀；然而，當它們形成我們腦海中的既定印象前，已經歷一段漫長又神奇曲折的生命歷程，且彷彿輪迴一般無限循環，讓「天氣」變得有跡可循。

本書作者西蒙‧金（Simon King）與克萊爾‧納西爾（Clare Nasir）樂於探索天氣千變萬化的「原因」，並將氣象研究視為一生的志業，為對天氣現象感到好奇的讀者撰寫本書，期待能解答讀者們對氣象萬千的疑惑。
讓我們一起來一趟精彩的氣候之旅吧！深入探究錯綜複雜卻美麗地令人崇敬的天氣世界。

本書特色

1、與氣象觀測員來一場極富深度的氣象知識問答：從遠在太空的太陽到吹過你家樓下的那陣強風，你的心中一定有許多疑惑，本書以問答的方式，為讀者們解說生活中千奇百怪的氣象問題。
2、不用害怕氣象專有名詞：東非噴流？紫外線等級？反聖嬰現象？對於單看字面意義似懂非懂的氣象專有名詞，作者們逐一列出並深入淺出地解說其意義，讓讀者們在日常生活中能正確理解你我周遭的氣候名詞。
3、富含知識深度，讓你成為氣候小專家：從簡單的提問開始，作者們像剝洋蔥般從簡單地敘述因果，再進一步地剖析，知識廣度涵蓋物理面、化學面，以及地球科學，也指出與氣候相關的科技技術。無論是想輕鬆地理解天氣現象，抑或是想透過氣象問題增加自然科學知識，都能從本書獲得收穫。

西蒙‧金 (Simon King)
目前在英國廣播公司（BBC）電視新聞、廣播和線上節目中介紹天氣。他與克萊爾‧納西爾共同創作、製作和主持英國廣播公司（BBC）podcast節目「風雲下（Under the Weather）」。 西蒙以前是大都會辦公室的氣象專家，也是皇家空軍專業預報部門的一員。在接受英國皇家空軍預備役軍官的訓練後，他與軍隊一起被部署到中東行動，在那裡，他提供了關鍵的氣象數據和預報。他擁有氣象學的研究所及大學學位，並且自稱為天氣瘋子！

克萊爾‧納西爾 (Clare Nasir)
受氣象局培訓的氣象學家，擁有數學理學學士學位和海洋學理學碩士學位。她目前是第5頻道新聞的天氣主播，還製作並介紹Met Office podcasts。克萊爾在天氣預報方面擁有20多年的經驗；並定期製作天氣和氣候的電視紀錄片。她為CBBC推出了備受讚譽的紀錄片系列《野性地球》（Fierce Earth），出版了4本兒童書籍。

序
每個人都是氣象預報員。
我們多少都會關心一下今天或甚至下一小時的天氣。從古至今，觀察並了解天氣已經成了人類生存本能的一部分。
天氣能夠滋養生命，也能夠危害生命，人類的生存常取決於其中微妙的平衡，因此我們觀察天空中種種的線索來幫助我們預測未來的天氣。飄移雲朵的顏色陰影與捲曲的形狀都能提供我們這些線索。從遠古看天吃飯的社會，到人類活動反過來造成氣候變遷的今日，人們和天氣的關係一直是密不可分的。我們適應天氣變化之餘，難免也有所期待，像是想要個下雪的耶誕節，或是晴朗的週末。但也有一群人把氣象當成了一生的志業。這本書是寫給那些對天氣現象感到好奇的讀者。
本書兩位作者對氣象都有高度的熱忱，也都在氣象專業有數十年的工作經驗。1987年一場侵襲英格蘭的大風暴就讓西蒙以七歲稚齡對天氣開始着迷。克萊爾長年從事大氣與海洋形態的數學及物理分析。
我們都是氣象專家，並在英國氣象局接受過廣泛的訓練，談天氣是我們專長。
這本書提供了精彩的談天資料，解答了許多常見的氣象問題，也討論了一些比較罕見的天候現象。
好吧，讓我們一起來一趟精彩的世界天氣之旅。

序

第一章：太陽
天空為什麼是藍的？
太陽對氣象與氣候的影響
地球為什麼會有四季
什麼是紫外線？
地球自轉如何影響天氣型態
太陽風及其對地球的影響
太陽黑子與太陽週期

第二章：天氣元素
風：地球上最具影響力的天氣元素
水
雨的形狀像什麼？
冰
霧
閃電

第三章：雲
雲從哪裡來？
雲的隊伍
什麼時候雲會開始降雨？
為什麼雲的底部看起來都在同一個高度？
雲在空中可以維持多久？
積雲
層雲
卷雲：變天的前兆
今晚會結霜嗎？
古人如何預測天氣？

第四章：宏觀的大氣現象
空氣如何在地球表面流動
什麼是聖嬰現象？
全球熱能與反照率
為什麼平流層的極地漩渦如此重要？
什麼是印度洋季風？
為什麼沙漠這麼重要？
熱帶雨林如何影響世界天氣
山區的天氣有什麼不同？
歡迎來到噴射氣流的世界
什麼是天氣炸彈？
赤道無風帶在何處？
南北半球的氣候不同嗎？

第五章：颱風、颶風與龍捲風
熱帶氣旋的生成：三大原料
颶風偏離軌道會怎麼樣？
為什麼會想朝颶風飛去？
什麼是風暴潮？
為什麼要為風暴命名？
龍捲風：地球上破壞力最強的天氣事件？
什麼天氣最有可能害我喪命？

第六章：天氣現象
彩虹
是雲抑或外星人入侵？
最罕見的雲
什麼是威烈威烈風？
北極光
水龍捲
布洛肯光
極致的日出與日落

第七章：氣象、空間與行星的影響
其他行星的天氣是什麼模樣？
地球的大氣層如何保護生物？
小行星是地球最大的威脅嗎？
引力如何影響地球？

第八章：氣候科技
應該只靠手機應用程式或網站知曉天氣預報嗎？
我們可以控制雨嗎？何謂種雲？
我們可以改變颶風的路徑嗎？
什麼是核子冬天的預報？
氣候改造可以拯救地球嗎？
要為了全人類進行氣候改造嗎？

第九章：戰爭與天氣
天氣預報與戰爭
軍事氣象專家
都在海上：氣象與海軍
天氣可以成為終極軍事武器嗎？
天氣曾經引發戰爭嗎？

第十章：氣候變遷
大自然不斷變化的氣候
人為造成的氣候變遷會影響我們的天氣型態嗎？
全球暖化

詞彙表
銘謝

第一章 太陽

天空為什麼是藍的？
每一天的天空是藍的（當然，除了陰天以外），但是空氣並不是藍色的。簡而言之，來自太陽的光線，穿過地球的大氣層，進入我們眼睛之後讓天空看起來是藍的。太陽看起來雖然比較接近黃色或橙色，但是陽光其實是白色的，而白光實際上是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色組合而成的，七種顏色的光在大氣中傳播的能量略有不同，我們稱之為波長。當陽光穿過大氣時，大氣中的冰、水或氣體分子將白光分散成上述的七種顏色，這就是所謂的瑞利散射（Rayleigh scattering），為19世紀英國科學家瑞利所發現。波長短的藍紫光散射比紅黃光明顯，同時人類眼睛對藍色敏感度較高，所以整個天空看起來都是藍的。
在天氣晴朗時，天頂的顏色看起來比較藍，這是因為從地平線進入我們眼睛的光線要穿過較厚的大氣層，被散射掉的藍光比較多，所以接近地平線的天空看起來就沒有那麼藍，呈現乳白色。

太陽對氣象與氣候的影響
太陽是維繫地球乃至於整個太陽系運作的關鍵，來自太陽的光、熱以及重力對地球的天氣與氣候都有決定性的影響。太陽表面像是一鍋洶湧翻騰的氣體，不斷向外噴發巨大的能量。這些能量不時會進入地球的大氣層。在我們討論太陽能量對地球的影響之前，讓我們先看看太陽的結構。
太陽半徑約69萬5510公里，地球半徑約6371公里， 換言之，太陽的體積是地球的130萬倍。一般認為太陽大約生成於46億年前，只比地球的45億年早一點點。太陽的組成物質約92%是氫，其他幾乎都是氦，還有少量的氧、碳、氮等物質，加上核心超高溫與高壓的條件，太陽基本上就是個核融合反應爐。雖然太陽主要是由氣體組成的星球，它還是有核心與大氣層，太陽核心溫度可達攝氏1500萬攝氏度，溫度逐漸向外層降低到200萬攝氏度，這個溫度已經不夠維持大規模的核融合反應，太陽的表面溫度大約只有攝氏5500度，我們看見的陽光就是從太陽表面發射出來的。但是大氣的最外層溫度又迅速增加到200萬度左右。

太陽的結構
核心：溫度可達攝氏1500萬度，重力作用在太陽的核心產生巨大的壓力。核融合反應不斷將氫原子轉換成氦原子，過程中產生的巨大能量向外幅射，最後進入太空中。
幅射層（Radiative zone）：大約占太陽厚度的45%，核心所產生的能量以光子的形式在幅射層中向外擴散，這個過程極其緩慢，因為光子不斷重複被幅射層內的氣體吸收後再釋放，時間可以長達數十萬年。太陽的溫度在幅射層中逐漸下降約攝氏1300萬度。
對流層（Convection zone）：太陽的表層，溫度大約維持在攝氏200萬度。光子離開幅射層後，在對流層中以對流的方式（熱的上升與沉降）向外移動，對流作用可由太陽表面顏色變化觀察得知，較明亮的部位表示物質在此上升，黯淡的部位表示物質在此沉降。光子達到對流層表面後就形成我們看見的陽光。輻射層與對流層的溫度皆低於核心。

太陽有大氣層嗎？
就像地球一樣，太陽也有大氣層，可細分為三層：
光球（Photosphere ）：太陽大氣的最內層，厚度約500公里，溫度約維持在攝氏5500度，可見光由此向太空幅射，偶爾可見噴發的電漿或較低溫的太陽黑子。
色球（Chromesphere）：溫度高於光球。在日蝕發生時可以看到發出紅色的光芒，故得名。溫度約在攝氏4300度上下。
日冕（Corona ）：太陽大氣最熱的一層，溫度可達攝氏200萬度，是光球的300倍。一般無法從地球觀察到，只有在日全蝕發生時可以看到白色離子化的氣體向外噴發。該氣體冷卻後即成為所謂的火陽風。科學家目前還在爭論日冕高溫的成因，有一派的理論認為高溫是由一連串的爆炸所產生，爆炸的能量相當於每秒數以百萬計的千萬噸級的氫彈不斷在日冕爆發。

太陽有自轉、公轉或搖擺嗎？
太陽因為周圍行星重力的牽引會有微幅的搖擺。此外，太陽也有自轉，但是跟我們熟悉的地球自轉有點不一樣，由氣體組成的太陽，自轉速度在每個緯度都不相同。太陽與整個太陽系繞著銀河系轉動，是銀河系的一臂，銀河系則向仙女系星雲移動中。

陽光如何影響地球？
一年到頭太陽幅射的強度大致維持不變，但是地球表面接收的能量卻因季節與緯度而異。太陽一部分的能量被地表或海洋吸收轉變為熱能，因而提升地表或海洋的溫度。不同性質的表面會反射或吸收不同比例的能量，這便是所謂的反照率（Albedo）。地球上很少有地方反照率可以達到1（完全反射）或0（完全吸收），剛落下的新雪反照率可達0.8，森林反照率只有0.15。雲層也能反射部分的入射光，同樣地，一般淺色的表面（如雪地）能反射光線，而深色的表面（如森林或海洋）則會吸收較多光線。
陽光照在地球表面，部分能量為地表吸收或反射回去，甚至是介於兩者之間，因為沒有任何光線能完全被地表吸收，或完全反射回去。地表的性質會影響到能量的分配，如果是結實的地面，日照無法深入，只有表面淺層能夠吸收到熱量；但如果是水面，光線可以深入水面以下，熱量可以分布到更廣的水體。這就是為什麼沙漠在白天溫度很高，但是到了夜晚地表的熱量發散得很快，所以溫度很快就降下來了。海水的溫度在春夏兩季逐漸地上升，等到冬天積蓄的熱量再緩緩釋放出來。這對調節氣溫有非常神奇的效果，沿海地帶一般冬天比內陸暖和，夏天也比內陸涼爽。大氣層就像毯子一樣，能夠攔截地表幅射的熱量，大氣的環流又能將熱量帶到世界各個角落。月球雖然也有陽光照射但溫度卻極低，就是因為沒有大氣層的關係。除了熱能外，綠色植物也能利用光合作用將光能轉換成化學能，是生物界賴以生存的關鍵。

地球的緯度對日照有什麼影響？
由於地球與太陽的相對位置，赤道接收的太陽幅射最高。太陽在春分和秋分兩天都位於赤道上方（晝夜等長），因此太陽直射赤道的時間比其他緯度都長。夏至是一年之中白晝最長的一天，在北半球太陽直射的位置達到一年的最北端，反之冬至是一年之中黑夜最長的一天，太陽直射的位置達到一年的最南端。
午夜的太陽（The Midnight Sun）
在南北兩極，夏至時太陽幅射達到最高點，但是不同於赤道，太陽不會升至天頂，但是太陽24小時都在地平線以上，此時在北極圈或南極圈以內可以觀賞到午夜太陽的奇景。愈接近兩極，日不落的天數愈長。在北極圈，從6月12日到7月1日都是永晝，南極圈內的永晝則大約發生在12月21日前後兩週的時間。
極夜（Polar Night)
在冬至的前後幾週，太陽完全消失在地平線之下，這就是所謂極夜的現象，此時最常出現極端低溫，南極曾經觀測到攝氏零下89.2度的低溫，是目前最低溫的世界紀錄。衛星曾經在2004年1月的南極大陸東側觀測到零下98.6度的低溫。秋分之後，極圈內就再也看不到日升日落，起初還會有一段時間的暮光，隨著冬季的腳步愈來愈接近，暮光的時間也逐漸縮短，最後終於進入極夜的狀態。這大約發生在北極的11月中到1月下旬之間。太陽一直要到春分才會再度升起，從某個角度看，極地的中午是夏至，午夜則是冬至。

地球為什麼會有四季？
太陽幅射的強度決定了季節。地球依橢圓形軌道繞行太陽，但地球與太陽的距離變化並非決定季節的真正因素，造成季節交替的原因其實是地軸23.4度的傾角，當地球繞日公轉時，地軸傾角維持不變，傾向太陽的半球即是夏天，遠離太陽的半球即是冬天。這是因為傾向太陽的半球，日照比較強烈，因此氣候比較溫暖；遠離太陽的半球，由於日照減弱，因此氣候比較寒冷。在赤道附近，季節的變化主要顯現在乾溼氣候的交替，這是因為大氣對流最旺盛的緯度隨季節移動。中緯度地帶春夏秋冬四季的交替則比較明顯。總之，沒有地軸的傾斜就不會有四季。