歡迎來到大氣過程！
大家好！準備好一起探索每日塑造我們世界的無形力量了嗎？這一章，我們會深入了解大氣過程——即是驅動天氣與氣候的引擎。我們會探討三大關鍵元素：熱力（能量）、運動（風）與水分（水）。
為何這如此重要？因為理解這些過程，可以幫助我們弄清楚由香港為何會有颱風，到沙漠為何會於特定地方出現等等所有事情。雖然看起來可能很複雜，但我們會將它們拆解成易於明白的部分。一起開始吧！
第一部分：大氣的引擎——熱力與能量
將太陽想像成我們地球的終極能量來源。地球如何接收與運用這些能量，就是所有天氣現象的起點。
地球能量收支：一場平衡大戲
正如銀行戶口一樣，地球也有它的能量收支。地球需要平衡由太陽獲得的能量，與它散發回太空的能量。如果收入多過支出，地球就會變暖。如果支出多過收入，就會變冷。
- 收入：主要的能量「收入」是太陽入射輻射（英文INcoming SOLar radiATION的縮寫，即是insolation）。這些是由太陽到達地球的能量，屬於一種短波輻射。
- 支出：地球會將熱力輻射回太空。這叫做地表輻射，屬於一種長波輻射。
為了讓地球保持穩定的溫度，能量收支必須平衡：太陽入射輻射 = 地表輻射。
影響溫度的因素
為何北極那麼冷，但香港又熱又濕？因為不同地方接收與保存熱力的方式都不同。以下是主要原因：
1. 緯度（最主要的！）
這是最重要的因素。關鍵在於太陽的入射角。
比喻：想像你拿著手電筒。如果你垂直照射（好似在赤道那樣），光線會集中在一個細小、光亮的圓形範圍。但如果你斜角照射（好似在兩極那樣），同樣的光線會分散在一個大很多的範圍，所以強度會減弱。
- 赤道附近（低緯度地區）：太陽在天空高處。太陽能集中。結果？溫度更高。
- 兩極附近（高緯度地區）：太陽在天空低處。太陽能分散。結果？溫度更低。
2. 海拔
有沒有留意到，即使在熱帶國家，山頂都是冷冰冰？這就是海拔的影響。
- 海拔越高，溫度就越低。原因是因為高海拔地區空氣稀薄（密度較低），所以難以保存熱力。大氣層主要是由地表輻射從地面向上加熱，所以你離地面越遠，溫度就越低。
3. 距離海洋的遠近（大陸性）
說到溫度變化，水的反應真的很慢。
- 水加熱與冷卻都很慢。
- 陸地加熱與冷卻都很快。
這意味著：
- 沿海地區（好似香港）有溫和的氣溫。夏天比內陸地區涼爽，冬天比內陸地區溫暖。這叫做海洋影響。
- 內陸地區（好似中國內陸）有極端的氣溫。夏天非常熱，冬天非常冷。這叫做大陸性。
4. 雲量
雲扮演雙重角色，好似遮陽傘又好似棉被。
- 日間：雲會將陽光反射回太空，讓地面天氣涼爽些。
- 夜間：雲會困住由地球散發出來的長波輻射，好似棉被那樣，讓天氣溫暖些。
你知道嗎？這就是為何冬天晴朗無雲的夜晚會比多雲的夜晚冷很多！所有熱力都直接散發去太空。
熱力與能量的重點提要
- 能量收支：地球平衡接收到的短波輻射（太陽入射輻射）與散發出的長波輻射。
- 緯度是關鍵：赤道因為陽光集中而炎熱；兩極因為陽光分散而寒冷。
- 高處較冷：溫度隨著海拔增加而降低。
- 陸地與海洋：沿海地區氣溫溫和；內陸地區氣溫極端。
第二部分：萬物移動——大氣運動
熱力是燃料，但現在我們需要引擎。這個引擎由氣壓差異驅動，而氣壓差異就會產生風。風就是空氣由高壓區流向低壓區的簡單運動。
什麼是氣壓？
它就是你上方空氣柱的重量向下壓。你感受不到它，因為它由四面八方壓著你，但它一直都在！
- 高氣壓（H）：由寒冷、下沉的空氣形成。這些空氣密度高，比較重。通常會帶來晴朗與穩定的天氣。
- 低氣壓（L）：由溫暖、上升的空氣形成。這些空氣較輕。當它上升時，會冷卻並形成雲。通常會帶來多雲、有雨與不穩定的天氣（好似颱風那樣！）。
記憶小貼士：「H」字頭的「Happy」（開心），代表晴朗天氣；「L」字頭的「Lousy」（惡劣），代表下雨天氣。
三圈環流模式：全球風力機器
不用驚，如果一開始覺得有些難懂都沒關係！這是一個簡化的模型，展示了空氣如何在全球以巨大的「環流圈」或者「環流」形式循環。它解釋了為何我們會在某些緯度有沙漠，而在其他緯度有熱帶雨林。
每個半球有三個環流圈：
- 經圈環流（哈得萊環流）（0° 至 30°）：最簡單與最強大的環流圈。
步驟一：在赤道（0°），強烈的加熱讓溫暖、潮濕的空氣上升。這產生一個有大量降雨的低氣壓帶（嘿，熱帶雨林就是這樣來的！）。
步驟二：空氣在大氣層高處向兩極移動，然後冷卻，並在南北緯30°附近下沉。
步驟三：下沉空氣形成一個乾燥的高氣壓帶（嘿，全球的沙漠就是這樣來的！）。然後空氣以地面風的形式流回向赤道。 - 極地環流（60° 至 90°）：極地的迷你版哈得萊環流。
步驟一：在兩極（90°），非常寒冷、濃密的空氣下沉，形成高氣壓。
步驟二：這些空氣以地面風的形式流向赤道。
步驟三：在南北緯60°附近，這些寒冷的極地空氣遇到來自南方較暖的空氣，迫使較暖空氣上升。這產生一個低氣壓帶。 - 費雷爾環流（30° 至 60°）：中間的「齒輪」。它並不是直接由溫度驅動，而是由經圈環流與極地環流的運動所驅動。它完成了整個循環模式。
行星風系
這些環流圈中空氣的運動產生了我們主要的全球風。由於地球自轉，風並不是由高氣壓直接吹向低氣壓；它們會彎曲。這叫做科里奧利效應。
- 信風：由副熱帶高氣壓帶（30°）吹向赤道低氣壓帶（0°）。水手以前會利用這些風進行貿易航線。
- 西風：由副熱帶高氣壓帶（30°）吹向副極地低氣壓帶（60°）。這些風影響了大部分歐洲與北美洲。
- 極地東風：由極地高氣壓帶（90°）吹向副極地低氣壓帶（60°）。
大氣運動的重點提要
- 高至低：風是空氣由高氣壓流向低氣壓的運動。
- 上升與下沉：溫暖、上升空氣 = 低氣壓（有雨）。寒冷、下沉空氣 = 高氣壓（乾燥）。
- 三圈環流模式：解釋了全球氣壓與風的模式，每個半球有三個環流圈（經圈環流、費雷爾環流、極地環流）。
- 全球風：這個模式讓我們認識到信風、西風與極地東風。
第三部分：大氣的水源——水分
現在來到最後一個元素：水。水如何進入空氣？更重要的是，它又如何以雨的形式離開空氣？
濕度與凝結：基礎知識
- 濕度：空氣中水蒸氣（氣態水）的含量。
比喻：將空氣想像成一塊海綿。一塊溫暖的海綿可以比寒冷的海綿吸納更多水。同樣地，溫暖的空氣可以比寒冷的空氣容納更多水蒸氣。
- 飽和與露點：當空氣這塊「海綿」完全充滿水蒸氣時，我們就說它達到飽和狀態。發生這種情況的溫度叫做露點溫度。
- 凝結：如果飽和空氣再進一步冷卻，它就無法容納所有水蒸氣。多餘的水蒸氣會變回微小的液態水滴。這個過程叫做凝結。雲與露水就是這樣形成的！
快速複習：雲的形成要素
1. 含有水蒸氣的空氣必須冷卻到它的露點。
2. 空氣中必須有微小的粒子（塵埃、花粉、鹽粒）作為水凝結的依附點。這些叫做凝結核。
降水類型（雨的形成方式）
要下雨，大量空氣就需要上升、冷卻與凝結。主要有三種方式讓空氣上升：
1. 對流雨
這就是你經典的夏季雷暴雨。
步驟一：太陽強烈加熱地面。
步驟二：地面直接加熱其上方的空氣。
步驟三：這團熱空氣變得比周圍空氣輕，並迅速上升，好似熱氣球那樣。
步驟四：當它上升時，會冷卻，凝結形成又大又高的積雨雲，導致大雨、雷暴與閃電。
在哪裡出現？常見於熱帶地區（好似新加坡）的下午，以及香港的夏季。
2. 地形雨
這發生在風遇到山脈或山丘的時候。
步驟一：來自海洋的潮濕空氣到達山脈時，被迫上升。
步驟二：當空氣沿山坡上升時，會冷卻、凝結並形成雲。
步驟三：在迎風坡（面向風的一邊）會下大雨。
步驟四：當空氣越過山脈時，它已經失去大部分水分。然後它會在另一邊下沉並變暖。這會在背風坡形成一個乾燥區域，叫做雨影區。
在哪裡出現？香港山脈的迎風坡（好似大帽山）會接收到更多降雨。
3. 鋒面雨
這發生在兩個不同溫度的大氣團相遇的時候。這個交界點叫做鋒面。
步驟一：一個溫暖、輕的氣團遇到一個寒冷、濃密的氣團。
步驟二：溫暖的空氣無法推開沉重的寒冷空氣，所以被迫向上爬升，越過寒冷空氣之上。
步驟三：當溫暖空氣上升時，會冷卻，並在鋒面沿線形成廣泛的雲與雨。
在哪裡出現？這與冷鋒與颱風等天氣系統有關，這些在香港的天氣裡面非常重要。
水分的重點提要
- 下雨的條件：空氣必須上升、冷卻與凝結。
- 對流雨：由炎熱地面加熱空氣，導致空氣上升氣流而引起。
- 地形雨：由空氣被迫越過山脈而引起，形成濕潤的迎風坡與乾燥的背風坡（雨影區）。
- 鋒面雨：由暖空氣被迫上升到冷空氣之上而引起。
融會貫通：全球氣候帶
當你將全球的熱力（溫度）、運動（氣壓與風）與水分（降水）模式結合起來，你就會得到世界上主要的氣候帶！
- 赤道區全年炎熱潮濕，因為有直接陽光（熱力）以及在赤道低氣壓帶的上升氣流（運動與水分）。
- 熱帶沙漠區（南北緯30°附近）炎熱乾燥，因為在副熱帶高氣壓帶有下沉的乾燥空氣（運動）。
- 極地地區極度寒冷乾燥，因為太陽入射輻射微弱（熱力）以及在極地高氣壓帶有下沉空氣（運動）。
就是這樣了！你現在已經明白了形成地球多樣天氣與氣候的基本過程。做得很好！