第四章 潮溼的大氣

1. 第四章　潮溼的大氣 本章重點整理 4－1 水的相變化 4－2 雲、霧的形成與種類 4－3 細看雲與降水 4－4 雲與劇烈天氣 回總目錄

2. 本章重點整理 • 水的相變化 • (1)蒸發與凝結、凍結與融化、沸騰等變化。 • (2)溼度與舒適指數。 • 雲霧的形成與種類 • (1)膨脹冷卻、輻射冷卻和混合冷卻造成雲霧。 • (2)依照高度和形狀可將雲分為四族十屬。 • 細看雲與降水 • 雲滴、雨滴、冰晶、冰雹的形成過程與條件。 • 雲與劇烈天氣 • 豪雨、雷電、雹暴、微爆流和龍捲風的形成都和 • 積雨雲有關。

3. 4－1 水的相變化 • 水氣是大氣中含量變化最大的物質，藉著相的變化（三態變化）影響天氣與氣候，並且造成各種天氣現象。 • (1)水再蒸發與凝結時會吸收與釋放潛熱， 進而調節地表與大氣的溫度。 • (2)水氣可以吸收地表與大氣發出的長波 輻射，是重要的溫室氣體。 • (3)水氣在大氣中凝結而成的雲，能反射 太陽輻射、吸收長波輻射，還能產生 降水。 下一頁

4. 水的相變化 • 蒸發與凝結 • 凍結與融化 • 沸騰 • 溼度 • 舒適指數

5. 蒸發與凝結 • 飽和水氣壓 • (1)在飽和狀態下，空氣中含有的水分子數量是固 定的，此時的水氣壓稱為飽和水氣壓。 • (2)飽和水氣壓會隨著溫度的上升而遞增。 • 若空氣比較乾燥、水氣沒有飽和，水就容易蒸發到空氣中；若空氣達到飽和或過飽和，水氣就會凝結。 • (1)蒸發與凝結過程也發生在冰與水氣之間，但冰 的飽和水氣壓比同溫下水的飽和水氣壓低。 • (2)因為有能量障礙，所以並非水氣飽和便能凝結， 通常必須附著在物體表面或氣懸粒子上。 見圖示

6. 圖4－1

7. 凍結與融化 • 過冷水 • (1)在常壓下，高於0℃的溫度通常會使冰融化， 氮溫度降到0℃以下卻不一定會使液態水凍 結；雲裡常會存在此種低於0℃而不凍結的 過冷水。 • (2)飛機進入雲中常須將機翼加熱，以免碰到 過冷水而造成危險的積冰現象。 • 高山或高緯度地區的霧也會有過冷現象，這些霧滴在碰到草木或建築物時會立即凍結，形成霧淞。 見圖示

8. 圖4－2 資料來源：Ahrens，C.D.，1994：Meteorology Today，Fifth Edition，West Publishing，p.489。

9. 小百科　圖一

10. 沸騰 • 當飽和水氣壓高於空氣壓力時，水中的氣泡（水氣）方得以形成，進而呈現沸騰現象。否則，水氣只能從液體表面緩緩蒸發散逸。 • 在海平面的高度下，水的沸點為100℃，就是因為在此溫度下的飽和水氣壓恰為一大氣壓；高山上的氣壓較低，不到100℃就可以把水煮開。 見圖示

11. 圖4－3 資料來源：Ahrens，C.D.，1994：Meteorology Today，Fifth Edition，West Publishing，p. 119，Fig. 1。

12. 溼度 • 溼度的表示方法 • (1)水氣壓：水氣含量愈多則水氣壓愈高。 • (2)相對溼度：實際水氣壓與當時溫度下之飽 和水氣壓的比值。 • (3)露點溫度：空氣達到飽和時的溫度。 • 在無雲的夜晚，由於夜間輻射冷卻使得地表溫度低於露點溫度，物體表面常會結出露水；當露點溫度低於0℃時，空氣降溫結果很可能是使水氣凝結成霜。

13. 舒適指數 • 人體感覺舒適與否，跟體內散熱速率有關；而熱量散發速率不只跟氣溫有關，也會受到溼度的影響。 • 空氣乾燥時，皮膚表面的水分蒸發較快，體熱能夠迅速散發到空氣中；潮溼環境裡則因水分蒸發不易，體熱難以散去而感覺悶熱。人體感受的溫度稱為舒適指數，會受到氣溫和溼度的影響。 見圖示

14. 圖4－4 資料來源：Ahrens，C.D.，1994：Meteorology Today，Fifth Edition，West Publishing，p. 122，Fig. 5.14。

15. 4－2 雲、霧的形成與種類 • 水氣分子很小，人眼無法看見。 • 熱茶或熱湯上面緩升的白霧並非水氣，而是水氣蒸發離開茶湯表面後，又重新凝結形成的小水滴。 • 雲、霧是水氣在空氣中凝結成的水滴或冰晶；通常在高空中形成者稱為雲，而在近地面產生者稱為霧。 下一頁

16. 雲霧的形成與種類 • 雲霧的形成 • 造成空氣上升運動的主要原因 • 雲的分類

17. 雲霧的形成 • 雲、霧的形成主要是由於氣溫變低，水氣過飽和而凝結。 • 自然界中的冷卻凝結過程有三種 • (1)膨脹冷卻：空氣上升運動，由於高空氣壓 低，空氣體積膨脹而溫度降低，達到飽和 而凝結（雲的主要成因）。 • (2)輻射冷卻：空氣輻射出長波輻射而降溫 （輻射霧和極地平流層雲的主要成因）。 • (3)混合冷卻：冷暖空氣混合而達到飽和凝結 （平流霧的主要成因）。 見圖示

18. 小百科　圖二 資料來源：徐仁修，1995：福爾摩莎—野之頌，遠流出版，p. 42。

19. 造成空氣上升運動的主要原因 • 地面加熱作用 • (1)空氣受熱膨脹變輕而上升。 • (2)夏季午後氣溫高，形成對流雲而造成午後 雷陣雨。 • 地形抬升作用 • (1)氣流受地形阻礙而爬升。 • (2)臺灣冬季東北季風在迎風面（基隆、宜蘭） 造成降雨。 • 暖空氣受冷空氣推擠而上升 • 鋒面附近就是此種情形而有大量的雲伴隨。 見圖示

20. 圖4－5

21. 雲的分類 • 雲和天氣變化有關，氣象局天氣預報「晴」、「多雲」或「陰」，是以雲量多寡作為依據。 • 根據雲底的高度和雲的主要發展方向（垂直向或水平向）為分類基礎，共分成四族十屬。 • 高雲族：卷雲、卷層雲、卷積雲 • 中雲族：高層雲、高積雲 • 低雲族：層雲、層積雲、雨層雲 • 直展雲族：積雲、積雨雲 • 特殊雲類：波狀雲、莢狀雲、雲瀑、凝結尾、漏斗雲 見圖示

22. 小百科　圖四

23. 卷雲 資料來源：葉鴻興攝。

24. 卷層雲 資料來源：陳正平攝。

25. 卷積雲 資料來源：陳正平攝。

26. 高層雲 資料來源：陳正平攝。

27. 高積雲 資料來源：陳正平攝。

28. 層雲 資料來源：葉鴻興攝。

29. 層積雲 資料來源：陳正平攝。

30. 雨層雲 資料來源：陳正平攝。

31. 晴天積雲 下一頁 資料來源：陳正平攝。

32. 濃積雲 資料來源：陳正平攝。

33. 積雨雲 資料來源：陳正平攝。

34. 波狀雲 資料來源：陳正平攝。

35. 莢狀雲 資料來源：葉鴻興攝。

36. 雲瀑 資料來源：楊秀生攝。

37. 凝結尾 資料來源：陳正平攝。

38. 漏斗雲 資料來源：陳正平攝。

39. 4－3 細看雲與降水 • 雲由液態的雲滴和固態的冰晶所組成，若粒子長得較大會造成降水。 • 理論上，雲滴受重力吸引會向下掉落， • 但是受到空氣阻力和雲內上升氣流的抬 • 升，使雲滴並不容易落至地面；會掉到 • 地面的水滴通常必須大於100微米。 • 降水粒子包括雨滴、雪或雹等型式。 下一頁

40. 細看雲與降水 • 雲滴和雨滴 • 冰晶和雪團 • 冰雹

41. 雲滴和雨滴 • 雲滴：空氣上升因膨脹冷卻逐漸達到飽和狀態，如果有氣懸粒子充當凝結核，水氣便可凝結成水滴。 • 雨滴：由雲內的雲滴碰撞合併形成。 • (1)雲滴碰撞結合而逐漸長大，而長得愈大時 下落速度愈快，收集其他雲滴的能力就愈 強。 • (2)雨滴也可以經由雪或雹掉落途中融化而形 成。 見圖示

42. 圖4－6 資料來源：陳正平，1997：為什麼會下雨。地球科學園地，地球科學文教基金會，第3期，p. 22-30，Fig. 8。

43. 小百科　圖三

44. 冰晶和雪團 • 冰晶：除了靠水滴結冰形成外，也可由水氣凝附在冰核上產生；主要可分成碟狀與柱狀冰晶。 • 雪團：大量冰晶聚結形成 • (1)雪團的結構鬆散，落下速度很低，因此我 們能夠看見雪緩緩飄下的情景。 • (2)冰核也是一種氣懸粒子，但其組成通常為 不溶性物質，如沙粒。 見圖示

45. 圖4－7 資料來源：Schaefer, V.J.， and J. A. Day，1981：A Field Guide to the Atmosphere。Houghton Mifflin，p. 359。 見圖示

46. 小百科　圖五

47. 冰雹 • 冰雹：冰晶下落途中合併過冷雲滴，形成近似球狀而不透明的冰晶，直徑達1公分以上者，稱為冰雹。 • (1)過冷雲滴碰到冰晶，會迅速凍結在冰 晶的表面，造成冰晶的快速成長，當 週遭雲滴充裕時，凍結的雲滴終會遮 蓋住冰晶的原貌。 • (2)通常在對流很強烈的積雨雲內形成。

48. 4－4 雲與劇烈天氣 • 梅雨、午後雷陣雨、颱風和龍捲風等天氣伴隨的災害，大多是由積雨雲所造成。 • 積雨雲除了會帶來豪雨外，還可能引起雷電、雹暴、微爆流和龍捲風等災害。

49. 雷電 • 積雨雲內的冰雹、冰晶和水滴彼此碰撞，造成粒子帶電。 • (1)較小的粒子通常會帶正電，並被強烈上升氣 流帶到雲的上方；較大的粒子則帶負電，因 重力作用聚集在雲的下方。 • (2)地面被雲底感應而帶正電。 • 當雲內或雲與地面之間的電場強度超過了空氣的絕緣度，產生放電現象就是閃電。閃電的高溫會使空氣迅速膨脹，產生相當大的壓力造成巨大的聲響，這就是雷鳴。 見圖示

50. 圖4－8 見圖示