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地球科學領域開發高中教材及高中生研習活動 教育部「92-95基礎科學教育改進計畫」 九十二會計年度 主持人：許晃雄 協同主持人：吳清吉、林博雄 執行期限：自92年01月01日至95年12月31日止 參與科系所：國立台灣大學大氣科學系 　 影響氣候因子和近千年來的氣候變遷 天氣與氣候 天氣 -影響人類生活和活動的大氣狀態 -為大氣短時間(數分鐘至數天)變化 氣候 -大氣-水圈-陸面系統緩慢變化的形勢(aspects) -為每日或季節性天氣的長期間累積 氣侯與文明 氣候的定義 氣候為「長達數十年期間，大氣-海洋-陸地系統狀態的統計特性」- (Monin) 非任何時刻的確切狀態 氣候的特性 具有多重時間尺度 對於應取多長的時間來計算氣候特性，科學家有許多不同的看法 世界氣象組織( World Meteorology Organization)則將之定義為30年 氣候變遷的多重時間尺度 ˙地球自從在46億年前誕生以來，歷經了35次冰期 ˙過去8億年間，冷暖氣候多次地交替出現 預估未來海面變化 氣候的使者-大氣環流 大氣環流 -扮演氣候信差的角色 -負責傳送各地氣候變化的訊息 大氣運動所需的能量，源自太陽 輻射能量分布不均勻-產生大氣運動，重新分配能量 冷空氣吹向低緯度，暖空氣吹向高緯度 →降低南北溫差; 冷空氣下降，暖空氣上升 →調降垂直溫度遞減率 輻射能量 轉換成動能→為摩擦所耗損 轉換成潛熱、可感熱→改變氣溫分布 輻射能量重新分配的過程中，產生劇烈天氣，如颱風、龍捲風等 洋流 -能量往高緯度傳送，調節高緯度地區大氣溫度變化 大氣的南北運動 -將暖空氣往高緯度傳，冷空氣往低緯度傳，減少南北氣溫梯度 水氣隨大氣南北運動 -在中、高緯度地區低壓中心附近上升，冷卻凝結而釋放出能量，達到潛熱傳送效果 三胞垂直環流 地面氣壓分布 地表空氣輻合地區(低壓區) -赤道 -中緯度低壓帶--極鋒 地表空氣輻散地區(高壓區) -馬緯無風帶 較少劇烈的天氣現象發生，經常風平浪靜 水平環流 水平環流結構明顯地受到海陸分布的影響 -陸地、海洋特性的差異造成氣壓分布的海陸差異 影響氣候的因子 外在因素 大氣的運作對這些影響因子並無回饋作用，無交互作用 -如太陽輻射量改變、火山爆發、板塊飄移 內在因素 這些影響因子存在於地球本身，而且與大氣的運作發生交互作用 -如大氣與海洋、生物圈、陸地之間的交互作用 人類因素 外在因素 (i) 日-地關係 (ii) 太陽黑子 (iii) 板塊漂移，地形變化 (iv) 火山爆發 (i) 日-地關係 太陽與地球之間的距離 太陽輻射入射角的改變 →地球所吸收到的太陽輻射隨之而變 主要的影響因素有三種: 地球公轉軌道的偏心率變化(eccentricity) 黃、赤交角變化(obliquity) 歲差( 或攝動，precession ) 偏心率 --偏心率影響近日和遠日時，太陽入射地球輻射量差異的變化 --偏心率越大，輻射量差異越大 --反之亦然 --但是，變化相當小 比如，上述偏心率的變化，造成的變化為0.014% 到 -0.12%。 黃赤交角 黃赤交角的變動，不會影響地球攔截太陽輻射的總量 如果角度較大，則一年中太陽直射可達的緯度較高 →夏季太陽輻射量較大，冬季較小 →季節變化因此變大，四季更明顯 相反的，如果角度較小，則季節變化較小，四季較不明顯 攝動(歲差) 地球自轉軸路徑宛若一圓錐體，繞完一圈約22,000年 目前地球經過近日點為一月，經過遠日點為七月 約11,000年之後，地球經過近日點為七月，經過遠日點為一月 那時的七月，太陽直射北半球 米蘭科維奇(Milankovitch)日-地關係變化→造成冰期與間冰期交替出現主因 冰期形成主要原因 →夏季（不是冬季）的太陽輻射量變弱，不足以溶化上一冬季留下的冰雪 →冰雪覆蓋區域逐年往低緯度區擴展 →較廣的冰雪覆蓋區反射較多的太陽輻射，地表吸收的太陽輻射變少 →因此冰雪溶化量更形減少 『冰-反照率機制』產生的正回饋，使得冰雪覆蓋區逐年擴大 (ii) 太陽黑子 如果太陽活動的週期性變化對地球氣候有所影響 →我們只須監測太陽的活動即可預測氣候 太陽黑子數在19世紀之前隨時間的變化13世紀紀開始三個低值期恰好發生於小冰河期 從學理上，科學家無法理解太陽黑子如何影響氣候 太陽黑子活躍時，太陽輻射增強的部分都屬於極短的波段(如紫外線、X及α射線)，因此所增加的能量不多 這些輻射一進入大氣時，立即為高層大氣的氣體吸收，因此對地表氣候影響甚小 目前也無任何理論可以解釋高層大氣溫度的變化會影響到地表附近的氣候