氣象學:氣候變遷與災變天氣(第三版)

重量：0.95kg 　頁數：448    裝訂：平裝 　開數：16K 　印刷：彩色

新書簡介
　　近年來，氣候變遷及全球暖化已成為人類討論的話題，全世界屢屢出現極端氣候，再再顯示問題的嚴重性。因此如何促進國際氣象合作，加強世界天氣監測網與氣象觀測，充實氣象研究，實為當務之急。第三版「氣象學」延續前版之架構，除了更新資料外，更加強本國資料的例證。此外，在第九章氣候變遷與災變天氣也因應國家考試作了ㄧ些補充，冀望能提供讀者更完整的氣象科學習內容，也更加豐富了氣象專業知識。本書適合做為氣象或相關科系之教材使用，亦是讀者應試參考複習的最佳寶典。

自序
　　風雲雷電、雨露霜雪、冷熱陰晴、霧霾燥濕等發生在大氣圈 (Atmosphere) 內的一切自然現象都叫做氣象。某一時刻的氣象情況稱為天氣 (Weather)，天氣的平均情況稱為氣候 (Climate)。天氣是暫時的氣象情況，氣候是經常的氣象狀況。氣象學 (Meteorology) 就是研究大氣中一切自然現象的科學，也可以說氣象學就是研究大氣的科學 (Atmospheric Science)，應用於人類生活與各行各業是為氣象學的應用或應用氣象學 (Applied Meteorology)。
　　大氣廣漠，氣象萬千，隨時變化，異地不同，影響人生重大，俗稱「天有不測風雲」是也。多變的天氣現象，不僅影響日常生活、食衣住行、無形中移風易俗，直接或間接改變生活方式，甚至改變歷史。軍事的勝敗、經濟的榮枯、政治的興廢，脫離不了氣象的關係，所謂「風調雨順」自然「國泰民安」。時代越進步，文化越發達，氣象知識越深入我們的生活，人類不但需要認識大氣中的自然現象，還要根據過去和現在的氣象知識來預報未來的氣象情況；利用已有的氣象研究，作適應、改造或開發氣象環境的嘗試，來充實我們的生活，創造我們的歷史。
大氣和海洋一樣，是人類重要的資源，善加利用可以樂利人生，適應不當也可釀成巨災。雖然氣象變化、炎涼冷暖、風雨晴陰，瞬息各異，移步換形。但萬變不離其宗的規律，仍有其基本的物理原則，例如大氣是氣體也是流體，就必須遵守氣體方程式及流體的各種物理定律。氣象學就是研究這廣大氣海中一切自然現象的性質、形成和演變。
　　在文化發軔初期，諸多偉大而神奇的大氣現象不能得到合理的解釋，一切只能歸之於神明的主宰，風伯雨師，雷公電母因而生現，不僅中國如此，西洋亦有類似傳說。逐漸因為經驗的累積，氣象諺語醞運而生，中國古書堯典歷象、淮南子明則訓、禮記月令、逸周時訓解等均有記載，埃及巴比倫也有類似氣象古諺的描述。西元前三百四十年希臘先哲亞里斯多德 (Aristotle, 384-322 B.C.) 根據他本人的觀測經驗，寫出了人類第一本氣象學 (Meteorologia) 是為氣象早期的具體代表。十七世紀氣象觀測儀器的發明，大氣經常現象的發現，諸如大氣環流、渦動、熱能輸送等學說的發展；大氣物理性質的輻射、凝結、降水的各種理論、種雲、造雨、破霧、去雹、解颱等實驗工作。十九世紀時期地面測候網的建立和天氣預報技術的發明，例如挪威氣象學家皮堅尼 (V. Bjerknes) 的鋒面學說就是經典代表，二十世紀電子計算機的發明、衛星氣象的發射、高空測候網的設置、數值預報技術的建立等，氣象研究從主觀到客觀、從定性到定量、氣象科技更是一日千里。
　　氣象的國際合作是必然的趨勢，具有七十三年歷史的國際氣象組織 (International Meteorological Organization, IMO) 於一九五一年四月擴大改組為世界氣象組織 (World Meteorological Organization, WMO) 隸屬於聯合國國際暨社會理事會之下，分六個區域協會及八個技術委員會，從事聯繫、劃一、改進全世界氣象工作，並且鼓勵各國間氣象情報的交換，增進氣象學術的研究、訓練及應用。未來將繼續建立全球氣候觀測系統 (GCOS)、自然災害保護或減緩計畫等，為改善人類生活品質、永續經濟成長、促進水資源經營及加強環境保護而努力。
　　本書以作者多年在大學氣象相關科系教材為基礎，除了參考氣象西文書籍、學報、雜誌外，並引用台灣本土氣象研究數據為例，可做成氣象或相關科系入門書籍，於每章末附有重點精要，可供讀者參考應用。全書共十章，第一章為概論，第二章至第八章為氣象的基礎理論，第九章氣候變遷與災變天氣，分述與台灣氣象密切相關的聖嬰現象、臭氣層破壞、土石流、酸雨及沙塵暴，第十章以空氣污染與擴散、防火救災之應用及陸海空交通之影響來說明氣象學之應用。本書雖經多次修改補充，但誤漏之處恐亦難免，敬請各界方家，不吝指正。最後要感謝周和平教授、崔延紘教授、林彬教授、洪秀雄教授、林忠仁教授、劉千豪先生等之指導、鼓勵與協助，沒有他們就沒有本書的完成。

中華民國九十三年三月　鄭師中　謹識
於國立台灣海洋大學海運研究中心


第一版序
　　因為人口快速成長與都市化 (Urbanization)，溫室效應與地球暖化日見顯著，天氣變化的異常與頻繁，衝擊了人類的正常作息，更威脅生命財產的安全。2005年9月7日至15日世界氣象組織歐洲區域協會在德國海德堡 (Heidelberg) 召開「應對極度惡劣天氣」研討會，法國籍的秘書長Michel Jarraud提出各國建立監測天氣變化，聯繫科學家進行研究和分析，以應對越來越多惡劣天氣的挑戰。2005年8月29日颶風Katrina襲捲美國中南部，重創南部第一大港New Orleans幾成廢墟，墨西哥灣區的煉油設備受到波及，進而刺激油價，進一步影響全球經濟，可見氣象科技的研究與國際合作是必需且必要的課題。
　　溯自中國的堯典曆象乃至希臘Aristotle的Meteorological，匯集了當時已有的天氣學和氣候學，同時還涉及了天文學、地理和化學，諸如雲、雨、雪、風、電、雷雨及颶風等均涵括在內，人類對氣象的了解其見諸文字可謂久遠，但是到了二十一世紀的今天，氣象研究者對於能量交換平衡、水汽凝結、蒸發與潛熱釋放量、輻射熱量吸收與放出值、氣象觀測資料與參數化、地球影響作用主導大氣運動的自然定律，乃至於非線性微分方程只能求得近似值而已，這些都是未來努力的重點。2003年開始擔任WMO主席的俄籍水文及環境學家Alexander Bedritsky博士，繼續積極結合全世界的氣象學家致力於全球天氣守視計畫 (WWWP)、全球氣候計畫 (WCP)、大氣研究與環境監測 (AREP)、應用氣象研究 (AMP)、水文及水資源研究 (HWRP)、天然災害與減災計畫 (DPM) 等都是具體的行動。
　　再版的基本架構並無改變，但加強了資料的更新與補充，諸如中國大陸氣象組織編制，蒸發量與能見度，各雲屬現象，梅雨天氣，中央氣象局各種觀測及天氣特報與預報，同時新增航海氣象，提供海上船舶航行的氣象應用知識，並提供歷年世界氣象日主題、兩岸氣象單位組織架構、標準大氣資料、蒲福風級表、雲圖集、颱風中文音譯及國際命名對照表、氣象電碼格式及天氣圖集等附錄，供讀者參考應用。本次修訂再版雖經多次修改補充及校訂，難免有誤漏之處，敬請各界專家多賜指正，同時要感謝林忠仁教授諸多寶貴意見、陳福來先生提供雲圖資料，謹此致謝。最後要感謝吾妻陳碧霞女士鼓勵支持才能順利完成修訂再版工作。

中華民國九十五年一月　鄭師中　謹識
於國立台灣海洋大學海運研究中心


第二版序
　　氣象科學是日新月異的，氣象工作必須是國際合作的，早在第一個地球物理極年 (International Polar Year, IPY, 1882~1883)，透過12個國家合作分別在北極和南極建立了15個觀測站，從事地磁學、天電、海洋學、冰川學和空氣樣品採集等工作。WMO延續了這種精神，例如Global Atmospheric Research Programme (GARP)、World Weather Watch (WWW)、Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) 等均為全球觀測計劃的代表。WMO秘書長Michel Jarraud在2008年世界氣象日更指出：WMO將迎接永續發展需求，減少與天氣、氣候和水相關的自然災害所造成人類生命財產損失，以及現在及後代人類保護環境和全球氣候所衝擊的挑戰。目前大氣科學研究委員會 (Commission for Atmospheric Sciences) 進行中的重要計畫有The World Climate Research Programme (WCRP) 和他的子計畫GEWEC、CLIVAR、SPARC；The World Weather Research Programme (WWRP) 及The Global Atmosphere Watch Programme on Air Chemistry (GAW) 等。2009年世界氣象日的主題：Weather, Climate and the Air We Breathe，以及2009年8月31日至9月4日在瑞士Geneva所舉行的第三次世界氣候會議主題：Better Climate Information for a Better Future，均顯示氣象工作者於增進全體人類生活環境的維護與努力。
本次修訂再版，除了資料更新外，更補充了日本及香港氣象單位介紹、常用大氣運動方程（梯度風、旋轉風）、氣象電碼內容、測站填圖作業、天氣圖分析、預報方程式、天氣預報中的降雨機率及舒適度指數、台灣重要大型觀測實驗計畫：台灣地區中尺度實驗計畫 (TAMEX)、追風計畫 (DOTSTAR)、西南氣流實驗計畫 (SoWMEX)、氣象傳真圖中的圖名標題說明、及全球暖化等。冀望能提供讀者更完整的氣象科學習內容，也更加豐富了氣象專業知識，雖經校訂及修改補充，難免仍有誤漏之處，敬請各界專家不吝指正；同時要感謝林忠仁先生、王天胤先生、鄭月娥女士、謝明昌先生、丘堯先生協助資料的蒐集，謹此致謝。

中華民國九十八年二月　鄭師中　謹識
於國立台灣海洋大學海運研究中心


第三版序
　　2012年11月26日至12月8日在Doha, Qatar所舉行的UNFCCC/COP18; CMP8在大會主席Abdullahbin Hamad al-Attiyah主持下完成杜哈氣候途徑 (Doha Climate Gateway) 的協議，延長Tokyo Procotol (1997~2012) 效期至2020年。預期在2015年5月提出新的取代方案，持續有效控制各國溫室氣體的排放。
溯自1980年代，氣候變遷及全球暖化成為人類討論的話題，因此世界氣候會議 (World Climate Conference, WCC) 在日內瓦 (Geneva) 共開了三次大會 (1979, 1990, 2009)。WCC-1的主題是氣候預測和提供未來訊息 (Climate Prediction and Information for Precision-Making)，在當時已有越來越多證據氣候的變化 (Varibility) 與變遷 (Change)造成廣泛的影響，呼籲各國共同推動因應目前 (Current) 與未來 (Future) 可能發生劇烈的變化。成立四個工作小組，分別是氣候資料 (Climate Data)；氣候鑑定 (Identification of Climate Topics)；綜合影響 (Integrated Impact Studies) 與氣候變化與變遷。1988年由UNEP與WMO共同組成IPCC是WCC-1的另一項重要成果。WCC-2重點之一是審查IPCC/1AR (1990) 所提出的第一次氣候變遷評估報告，依據相關資料證明，許多科學家認為氣候變遷的風險將嚴重影響地球環境，因而發表了措辭強烈的聲明與部長宣言 (Ministerial Declaration)。也因此有了UNFCCC (1992)；Kyoto Protocol (1997)；全球氣候觀測系統 (Global Climate Observing System, GCOS) 等。WCC-3 (2009) 以Better Climate Information for Better Future為主題，成立了兵庫行動架構以減少災害風險 (Hyogo Framework for Action on Disaster Risk Reduction) 持續推動國際氣候合作；氣候調適基金 (Adaptation Fcund)；碳關稅 (Carbon Tariff) 以及啟動全球氣候服務架構 (Glofal Framework for Climate Service, GFCS/2012) 等。
　　2012年3月23日的世界氣象日主題Power Our Future With Water, Climate and Water，WMO秘書長Michel Jarrand指出2011年的第16次氣候大會建議將減災風險 (Disaster Risk Reduction)；水 (Water)；健康 (Health) 與糧食安全 (Food Security) 列為GFCS四大優先重點。事實上回顧過去50年，百分之九十的災害都與天氣、氣候和水有關，這也是WMO長期關注的焦點。WMO也關懷低開發國家 (Least-Developed Countries)；小島嶼地區 (Small Island Developing States) 和其他脆弱國家 (Vulnerable Developing Countries)。為了因應全球暖化，節能減碳，一些綠技術 (Green Technologies)，例如風能、太陽能和水力發電的推廣。以風力發電為例，至2010年底發電功率已達200 Gigawatts，相當於全球電力需求的2.5%。WMO設立於Davos, Switzer land的世界輻射中心 (World Radiation Centre, WRC) 與Saint Petersburg的世界輻射資料中心 (World Radiation Data Centre, WRDC) 等都是重要的基礎研究中心。儘管如此努力，氣候變遷依舊，自1997年以來已出現13個暖年 (Warmest Years)，其中2011年全球氣溫更高於以往任何一個具有降溫作用 (Cooling Influence) 的反聖嬰年 (La Nina)，導致2011年達到歷史最高的氣溫紀錄，是年夏天北極海冰覆蓋紀錄是倒數第二，海冰總量則是最低，極端氣候（天氣）屢屢出現，再再顯示問題的嚴重性。此外WMO於1963年推動全球天氣守視計畫 (World Weather Watch Programme, WWWP) 以及1970年以後GOS、GTS、GDPFS、WWWDM、OIS、IMOP、ERA、WMOAA等相關計畫，一直持續到今日，其重點即在促進國際氣象合作，加強世界天氣監測網與氣象觀測，充實氣象研究的基礎。
　　修訂三版除了資料更新外，更加強本國資料的例證。第九章災變天氣與氣候變遷也因應國際趨勢及國家考試做了一些補充，特別是台灣地區的氣候變遷與災變天氣也有一些描述，期望對讀者有所協助。感謝周和平教授、張哲明教授、王天胤教授、許勝程教授、林忠仁先生、謝明昌先生、劉玉龍先生、丘堯先生、鄭月娥女士等指導與協助。最後，本書疏漏之處難免，尚祈方家賜教。

　鄭師中　謹識
Mar. 2013於國立台灣海洋大學海運研究中心


目　錄
作者簡介　iii
自序　v
第一版序　vii
第二版序　ix
第三版序　xi
目錄　xiii　
表目錄　xxi
圖目錄　xxii
第一章  氣象學概論  1
    1-1 概述    1
    1-2 氣象組織    2
1. 世界氣象組織 2
2. 中央氣象局   5
3. 中國氣象局   7
4. 日本氣象廳與香港天文台   10
    1-3 大氣的組成  12
    1-4 大氣的分層  14
1. 對流層   15
2. 平流層   16
3. 中氣層   17
4. 增溫層   18
5. 外氣層   18
　   ■ 重點精要    19
第二章  氣象因子與大氣能源  23
    2-1 氣象觀測    23
1. 氣象觀測的種類   23
2. 氣象觀測站的分類 23
3. 世界標準時與地方標準時   24
4. 觀測時間與次數   24
5. 氣象要素的單位   25
6. 垂直距離之量度   25
7. 觀測坪   26
8. 地面觀測 28
9. 高空觀測 32
10. 雷達觀測    33
11. 衛星觀測    36
12. 海象觀測    39
    2-2 氣象因子    42
1. 氣壓 42
2. 氣溫 43
3. 降水量   48
4. 濕度 50
5. 風   52
6. 蒸發量   54
7. 日射 54
8. 日照時數 56
9. 能見度   57
    2-3 能量守恆    58
    2-4 太陽輻射與溫度變化  60
　   ■ 重點精要    66
第三章  大氣的水分  71
    3-1 水循環  71
    3-2 降水    73
1. 降水過程 73
2. 降水分類與形式   74
    3-3 雲  75
1. 卷雲 79
2. 卷層雲   79
3. 卷積雲   79
4. 高層雲   79
5. 高積雲   80
6. 層雲 80
7. 層積雲   80
8. 雨層雲   80
9. 積雲 81
10. 積雨雲  81
    3-4 霧  82
1. 輻射霧   82
2. 平流霧   83
3. 平流輻射霧   84
4. 鋒面霧   84
5. 上坡霧   85
6. 蒸氣霧   85
    3-5 露與霜  86
1. 露   86
2. 霜   86
　   ■ 重點精要    88
第四章  大氣的水平運動－風  91
    4-1 大氣的穩定度    92
    4-2 大氣的水平運動  94
1. 地球自轉偏向力   95
2. 大氣運動水平方向的平衡力 96
    4-3 地轉風  97
    4-4 梯度風  99
    4-5 旋轉風  100
    4-6 熱力風  100
    4-7 大氣的垂直運動  100
    4-8 常用的運動方程  101
1. 基本方程 101
2. 導衍方程 104
3. 計算範例 106
　   ■ 重點精要    109
第五章  大氣環流    113
    5-1 大氣環流形成的機制  113
1. 太陽輻射作用 113
2. 地球自轉作用 113
3. 地表性質作用 114
    5-2 單胞環流模型    114
    5-3 三胞環流模型    115
    5-4 大氣環流的變化  117
1. 冬季 118
2. 夏季 118
    5-5 季風環流    118
    5-6 氣團    119
1. 氣團的特性與變性 119
2. 氣團的分類   120
3. 遠東地區的主要氣團   122
    5-7 鋒面    123
    5-8 梅雨    129
    5-9 海陸風  130
  5-10  山谷風  132
  5-11  下坡風  133
  5-12  焚風    134
  5-13  海市蜃樓    135
  5-14  龍捲風  136
  5-15  雷暴    141
　   ■ 重點精要    147
第六章  熱帶氣旋    155
    6-1 概述    155
1. 名稱 155
2. 強度區分 155
3. 颱風生成的氣象特徵   156
4. 源地 157
5. 畫眉颱風 158
6. 颱風命名 159
    6-2 颱風的生成與發展    161
1. 颱風成因 161
2. 第二類條件性不穩定   162
3. 生命史   163
    6-3 颱風結構    164
1. 垂直結構 164
2. 水平風場 164
3. 颱風眼   165
4. 雲雨分布 165
5. 颱風來襲前之預兆 165
    6-4 海上颱風推判及避航  167
1. 颱風動態與船位的關係 167
2. 危險半圓及可航半圓之決定 168
3. 颱風暴風圈內船舶的避航方法   169
    6-5 颱風預測與警報  170
1. 主要路徑 170
2. 路徑預報 171
3. 颱風預報與警報發布作業   173
4. 颱風警報發布內容 175
5. 颱風警報解除 175
6. 追風計畫 177
    6-6 侵台颱風的影響  177
1. 前述 177
2. 路徑變化 179
3. 環流特微 179
4. 侵台路徑與風力及降雨關係 181
5. 西北颱   183
6. 藤原效應 183
7. 颱風災害 184
　   ■ 重點精要    187
第七章  天氣分析與預報    195
    7-1 資料收集及氣象電碼  195
1. 地面天氣報告電碼 197
2. 高空風報告電碼   197
3. 高空氣壓、溫度、濕度及風報告電碼 197
    7-2 填繪圖  198
1. 解碼檢定 198
2. 填圖 199
3. 繪圖 203
    7-3 天氣分析    206
1. 地面天氣圖分析   207
2. 高空天氣圖分析   208
3. 台灣常見天氣型態天氣圖   208
    7-4 天氣預報    210
1. 短期天氣預報 215
2. 中期天氣預報 216
3. 長期天氣預報 216
4. 突變天氣特報 216
5. 海象預報 217
6. 紫外線指數預報   218
    7-5 重要的大型觀測實驗計畫  219
1. 台灣地區中尺度實驗計畫 (TAMEX)   219
2. 追風計畫 (DOTSTAR)   219
3. 西南氣流實驗計畫 (SoWMEX)    220
　   ■ 重點精要    221
第八章  航海氣象    229
    8-1 海水溫度    229
    8-2 波浪    230
1. 湧浪 231
2. 風浪 231
3. 內波 231
4. 海嘯 232
5. 潮波 232
    8-3 洋流    233
    8-4 海冰    235
1. 海冰的種類   235
2. 全世界海冰的分布 236
    8-5 潮汐    237
1. 半日潮   238
2. 全日潮   238
3. 混合潮   238
    8-6 海霧    241
1. 西北太平洋   242
2. 中國海域 242
3. 紐芬蘭區 242
4. 加利福尼亞   243
5. 秘魯 243
6. 南美洲東岸   243
7. 夏季極區 243
    8-7 氣象導航    244
    8-8 氣象傳真圖  247
1. 地面傳真天氣圖   249
2. 高空傳真天氣圖   252
3. 衛星雲圖 254
4. 波浪傳真圖   257
5. 海流傳真圖   259
6. 海冰傳真圖   260
7. 熱帶氣旋警報圖   260
　   ■ 重點精要    263
第九章  氣候變遷與災變天氣  269
    9-1 全球暖化    269
    9-2 台灣氣候變遷    275
1. 台灣氣候概述 275
2. 台灣氣候變遷 277
    9-3 台灣的災變天氣  283
1. 乾旱 283
2. 寒潮 283
3. 颱風 284
4. 豪雨 284
    9-4 聖嬰現象    290
    9-5 臭氧層破壞  293
    9-6 土石流  301
    9-7 酸雨    310
1. 酸雨的組成   311
2. 酸雨的危害   311
3. 台灣地區雨水pH值    313
4. 台灣酸雨與季節的關係 315
5. 酸性物質的輸送   315
    9-8 沙塵暴  316
1. 沙塵暴發生原因   317
2. 東亞沙塵暴發生源區與時間分布 318
3. 沙塵暴影響   319
4. 環保署對於沙塵暴的監測及因應 321
　   ■ 重點精要    323
第十章  氣象學之應用    331
  10-1  空氣污染與擴散  331
1. 空氣污染指標 332
2. 空氣污染的來源   332
3. 空氣品質測定與污染防制   334
4. 空氣污染與氣象   334
  10-2  火災救災的應用  340
1. 氣象對火勢的影響 340
2. 撲救火災考慮的氣象條件   342
  10-3  陸海空交通的影響    345
1. 陸上交通與天氣條件   345
2. 海上交通與天氣條件   346
3. 空中交通與天氣條件   348
  10-4  海象資訊支援海上搜救作業    352
　   ■ 重點精要    354
參考文獻    363
附錄    365
附錄一：歷年世界氣象日主題  365
附錄二：氣象機構的組織編制  367
附錄三：標準大氣資料    371
附錄四：蒲福風級表  373
附錄五：雲圖集  375
附錄六：颱風中文音譯及國際命名對照表    377
附錄七：氣象電碼格式    379
附錄八：寒潮、梅雨及颱風個案天氣圖集      393
附錄九：氣候變遷大事紀年表  411
附錄十：我國，日本及美國災害防救體系    413
附錄十一：台灣各鄉鎮潛勢溪流數及警戒值  415