馬上加入Android 台灣中文網，立即免費下載應用遊戲。
您需要 登錄 才可以下載或查看，沒有帳號？註冊
x
氣候系統是一個複雜的、各部分相互作用的系統，包括大氣、陸地表面、雪和冰、海洋和其他水體以及生物。氣候系統中的大氣部分決定了氣候最明顯的特徵；氣候常常被定義為“天氣的平均狀態”。氣候通常被描述為從數月到數百萬年的一段時間內(通常採用30年的時間段)的氣候、降水和風的平均值及變率。由於其內在動力作用的影響，以及影響氣候的外部因素(稱為強迫)的變化，氣候系統隨著時間而逐漸演變。外部強迫包括諸如火山爆發、太陽變化等自然現象以及人為引起的大氣成分的變化。太陽輻射為氣候系統提供了動力。改變地球的輻射平衡有3種最基本的法：1)改變入射的太陽輻射(例如由於地球軌道發生了變化或太陽本身的變化)；2)改變被反射的那部分太陽輻射 (稱為反照率；例如由於雲量、大氣微粒或地面植被的變化)；和3)改變地球向空間的長波輻射(例如由於溫室氣體濃度的變化)。反過來，通過各種反饋機制，氣候直接和非直接地對上述變化做出反應。
在白天，每一秒鐘到達面向太陽的地球大氣頂層表面的能量為每平方公尺1,370瓦特，而均攤到整個地球，每秒鐘內到達每平方公尺表面的能量只有上述數值的四分之一(見圖1)。到達大氣頂層的太陽光中約有30%被反射回太空。而被反射的太陽光中約有三分之二是由於雲和大氣中被稱為“氣懸膠”的小微粒反射的。剩下的三分之一是由地球表面上淺色的地區--主要是雪、冰和沙漠--反射的。當發生大規模的火山爆發時，爆發物被噴入大氣中非常高的地方，這就會使氣懸膠反射的太陽光量發生十分顯著的變化。
FAQ1.1,圖1.地球年度和全球平均能量平衡估算。從長期來講，地球和大氣吸收的入射太陽輻射量與地球和大氣向外輻射的長波輻射量是持平的。入射的太陽輻射中約有一半被地球表面吸收。通過加熱與地面接觸的空氣(上升暖氣流)、蒸發和被雲以及溫室氣體吸收的長波輻射，能量被傳導到大氣中。大氣反過來又以長波輻射將能量反饋給地球，和向外輻射到太空。出處：Kehl和Trenberth(1997年)。
一般而言，降雨能在一到兩週內清除大氣中的氣懸膠，但是如果劇烈的火山爆發產生的物質被噴送到比最高層的雲還要高得多的地方，這些氣懸膠會在影響了氣候一到兩年之後，才會降至對流層，然後由降水將其輸送回地面。因此，大規模的火山爆發能夠讓全球表面平均氣溫下降約0.5℃，並且持續數月甚至數年的時間。一些人為產生的氣懸膠也反射了大量的太陽光。
沒有被反射回太空的能量被地球表面和大氣吸收了。每平方公尺約吸收240瓦特(Wm-2)。為了與入射的能量保持平衡，地球本身也必須向太空輻射出平均起來等量的能量。地球通過向外釋放長波輻射來實現這種能量的平衡。地球上的每一樣東西都不停地釋放出長波輻射。這就如同一個人感受到火燄輻射出的熱能一樣；一個物體的溫度越高，它輻射出的熱能就越多。要釋放出240Wm-2的能量，物體表面溫度必須達到-19℃。這比地球表面的實際溫度要低得多 (全球平均表面溫度約14℃)。然而，在地球表面以上5公里高處，溫度為-19℃。
地球表面之所以如此溫暖，是由於溫室氣體的存在，它們包裹住了部分地球表面發出的長波輻射。這種包裹效應被稱為自然的溫室效應。最重要的溫室氣體是水氣和二氧化碳。而大氣中最主要的組成部分--氮氣和氧氣--則不具備這樣的溫室效應。另一方面，雲也會發揮類似於溫室氣體的包裹作用；但是這種作用被雲的反射作用抵消，而且從平均而言，雲往往對氣候產生冷卻的作用(然而局部地區會感受到雲的增溫效應；有雲的夜晚往往比無雲的夜晚要溫暖，因為雲向地面輻射長波能量)。人類活動釋放的溫室氣體增強了包裹效應。例如，在工業化時代，大氣中的二氧化碳含量增加了約35%，現在被公認為是由於人類活動造成的，主要是燃燒石化燃料和毀林。因而，人類已經顯著地改變了全球大氣的化學成分，進而對氣候產生了實質的影響。
因為地球呈球形，到達熱帶地區的太陽能量比到達較高緯度地區的能量多，因為在緯度較高的地方，太陽通過大氣和和海洋環流，包括風暴系統，能量從赤道地區輸送到高緯度地區。從海洋或陸地表面蒸發水也需要能量，當水蒸氣在雲中凝結的時候，這種稱為潛熱的能量被釋放出來(見圖1)。大氣環流主要是通過這種潛熱的釋放來驅動的。反之，通過風作用在海洋水體的表面，以及通過降水和蒸發來改變海洋表面的溫度和鹽度，大氣環流又驅動了許多海洋環流。
由於地球的旋轉，大氣環流型態更偏東西向，而不是南北向。大尺度的天氣系統嵌在中緯度西風帶中，向兩極地區輸送熱量。這些天氣系統是十分常見的移動性低壓和高壓系統，以及與之相伴隨的冷鋒和暖鋒。由於陸地-海洋溫差和山脈以及冰原等障礙，環流系統中的行星尺度大氣波的地理位置往往會被大陸和山脈固定住，但是它們的振幅會隨著時間改變。因為波的型態使然，在北美洲出現一個特別冷的冬季的同時，在地球的另一個地方會出現一個特別暖的冬季。氣候系統中各個部分的變化，如冰原尺度的變化、植被類型和分佈的變化、大氣或海洋溫度的變化都會影大氣和海洋的大尺度環流特徵。
氣候系統中有許多反饋機制能放大(正反饋)或縮小(負反饋)氣候強迫變化的效應。例如，溫室氣體濃度的增加使地球氣候變暖，雪和冰就會開始融化。雪和冰融化後，原來藏在雪和冰下面的深色的地面和水面露了出來，這些深色的表面吸收更多的太陽熱量，就會造成進一步增溫，進而又造成更多的雪、冰融化，週而復始，愈演愈烈。這種反饋循環被稱為“冰-反照率反饋”，放大了最初由於溫室氣體的增加而造成的變暖。試圖解鎖複雜的地球氣候系統的科學家們一直把探測、認識和精確地量化氣候反饋作為其大量研究工作的重點。
名詞解釋
Absorbed by Atmosphere : 大氣吸收的輻射
Absorbed by Surface : 地表吸收的輻射
Atmospheric Window : 大氣窗
Back Radiation : 反向輻射
Emitted by Atmosphere : 大氣散射
Emitted by Clouds : 雲散射
Evapo-transpiration : 蒸散
Greenhouse Gases : 溫室氣體
Incoming Solar Radiation : 進入的太陽輻射
Latent Heat : 潛熱
Outgoing Longwave Radiation : 外逸長波輻射
Reflected by Clouds, Aerosol and Atmospheric Gases : 雲,氣溶膠和大氣氣體的反射
Reflected by Surface : 地表反射
Reflected Solar Radiation : 反射的太陽輻射
Surface Radiation : 地表輻射
Thermals : 散熱
資訊來源: 中央氣象局/氣候/氣候話題
|
鑽石
碎鑽
金豆
收藏
分享
專題
提升卡
變色卡
排首位