氣象大解密:觀天象、談天氣,解惑常見的101個氣象問題

氣象大解密:觀天象、談天氣,解惑常見的101個氣象問題 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

西蒙.金
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具体描述

人們仰望天空,心中總有一百萬個為什麼。

  「天空為什麼是藍色的?」
  「雲朵怎能漂浮在天上?」
  「為什麼有些人能分辨暴雨前夕的天空?」

  氣象學家解答天氣如何改變我們的生活

  宏觀的氣象乃至於天氣,是自然科學中與人們生活密切相關的一環。

  我們都會在出門前查看一下天氣預報再決定今天的交通方式,抑或是否攜帶雨具出門;農夫能從雲的形狀分辨暴雨晴旱,為農作物提前作好防範措施。

  豔陽高照、烏雲密布、雷聲轟隆、狂風暴雨、午後彩虹……你我耳熟能詳的天氣元素日復一日在世界各地的每個角落、甚至宇宙上演,看似彼此獨立卻又互相牽引。

  顯而易見的是近年來話題高漲的聖嬰現象,因太平洋的海洋與大氣環流異常,為太平洋沿岸地區帶來極端氣候的震盪現象,全球性的降雨與氣溫也出現顯著變化。台灣位於太平洋西岸的亞太地區,近年來每隔幾年出現前所未見的寒冬與暖冬、異常的旱季都與聖嬰現象的震盪有關。聖嬰現象是如何形成?反聖嬰又是什麼?我們要如何看待與應對氣候異常的生活?都能在本書找到解答。

  每個人都能是一名氣象預報員,觀察且了解生活氣象也是人類的生存本能。

  天氣能夠滋養生命,也能夠危害生命,人類的生存常取決於其中微妙的平衡,因此我們觀察天空中種種的線索來幫助我們預測未來的天氣。漂移雲朵的顏色、陰影與捲曲的形狀等都能提供我們這些線索。更進一步地說,我們都曾見識過美不勝收的雪結晶,也不曾懷疑水的形狀是下垂的滴狀;然而,當它們形成我們腦海中的既定印象前,已經歷一段漫長又神奇曲折的生命歷程,且彷彿輪迴一般無限循環,讓「天氣」變得有跡可循。

  本書作者西蒙‧金(Simon King)與克萊爾‧納西爾(Clare Nasir)樂於探索天氣千變萬化的「原因」,並將氣象研究視為一生的志業,為對天氣現象感到好奇的讀者撰寫本書,期待能解答讀者們對氣象萬千的疑惑。

  讓我們一起來一趟精彩的氣候之旅吧!深入探究錯綜複雜卻美麗地令人崇敬的天氣世界。

本書特色

  1、與氣象觀測員來一場極富深度的氣象知識問答:從遠在太空的太陽到吹過你家樓下的那陣強風,你的心中一定有許多疑惑,本書以問答的方式,為讀者們解說生活中千奇百怪的氣象問題。

  2、不用害怕氣象專有名詞:東非噴流?紫外線等級?反聖嬰現象?對於單看字面意義似懂非懂的氣象專有名詞,作者們逐一列出並深入淺出地解說其意義,讓讀者們在日常生活中能正確理解你我周遭的氣候名詞。

  3、富含知識深度,讓你成為氣候小專家:從簡單的提問開始,作者們像剝洋蔥般從簡單地敘述因果,再進一步地剖析,知識廣度涵蓋物理面、化學面,以及地球科學,也指出與氣候相關的科技技術。無論是想輕鬆地理解天氣現象,抑或是想透過氣象問題增加自然科學知識,都能從本書獲得收穫。
气象前沿探索:从微观到宏观的深度解析 本书聚焦于现代气象学的前沿进展、复杂系统的建模与预测,以及气候变化背景下的极端天气事件的深入剖析。它旨在为对气象科学有深入了解,并渴望探究其理论基础、前沿技术及未来挑战的读者提供一个全面、详实的参考框架。 --- 第一部分:大气动力学的深化与重构 本部分将跳脱基础的科里奥利力和地转平衡概念,深入探讨行星尺度的动力学机制及其在数值模拟中的体现。 1. 涡旋动力学与非线性理论 本章将详细考察热带气旋、温带气旋以及中尺度涡旋(如龙卷风)的生命周期、能量转换机制及其结构维持的动力学条件。重点解析: 熵生成与耗散: 探讨非绝热过程(如潜热释放、辐射冷却)如何驱动大规模环流的持续演变,尤其是在暖核过程中的能量有效性评估。 拟位势浴度(P.V.)理论的现代应用: 深入剖析如何利用PV的断裂、反转和守恒特性来识别和追踪大气斜压性与正压性的能量交换,特别是对中纬度锋面系统的精细化追踪。 惯性稳定性与重力波: 分析在垂直风切变环境下,大气波导的形成及其对动量和热量在垂直方向上传输的效率影响,探讨重力波在与背景流相互作用中如何破碎并影响地表边界层。 2. 大气边界层(ABL)的复杂湍流模拟 本书将详尽阐述大气边界层内湍流混合的微观物理过程,超越传统的相似理论(Similarity Theory)。 大涡模拟(LES)与雷诺平均Navier-Stokes(RANS)的比较: 评估不同尺度的次网格尺度(Subgrid-scale, SGS)参数化方案在模拟稳定、中性和对流边界层中的表现差异与误差来源。 地表通量耦合: 探讨土壤水分、植被冠层(Canopy Layer)与大气之间的能量、水分、动量双向反馈机制。如何准确刻画地表能量平衡闭合在预测局地天气事件中的关键作用。 城市峡谷效应: 针对城市化对近地层气流结构和污染物输送的改变,分析城市热岛效应驱动下的局地环流模式,以及如何通过计算流体动力学(CFD)方法对其进行高分辨率模拟。 --- 第二部分:云物理学与微物理过程的精细化建模 本部分着重于大气中相变过程的复杂性,以及对降水形成效率的精确量化。 3. 冰相过程与混合相云的挑战 云的微物理过程是数值天气预报(NWP)中误差的主要来源之一。本书将重点探讨冰晶、霰粒、雪花等不同相态粒子之间的相互转化。 冰晶生成与生长机制: 详述冰核(Ice Nuclei, IN)的类型、浓度及其在不同温度和过冷水含量下的激活阈值。深入分析拜尔-贝吉隆(Bergeron-Findeisen)过程的现代修正模型。 混合相云中的凝结与冻结: 考察温度在$0^circ ext{C}$附近时,云滴如何同时具备液态和固态特征,以及这如何影响降水的类型(雨夹雪、湿雪)和强度。 复杂降水粒子的演化: 建立多参数(Two-moment或Three-moment)方案,不仅追踪水含量,还追踪粒子谱的演化,以期更准确地模拟冰雹、冻雨等灾害性降水。 4. 气溶胶-云相互作用(ACI) 本章将分析气溶胶对云的形成、演化乃至辐射特性的深刻影响。 气溶胶的辐射效应与云核效应: 区分气溶胶作为云凝结核(CCN)和冰核(IN)的作用,以及它们如何通过改变云滴谱(CDP)的谱宽和亮度,间接影响云的辐射平衡。 云的“漂白”与“增厚”效应: 探讨人为排放的气溶胶如何通过增加CCN数量,导致云滴变小但数量增多(云的增亮效应),进而减弱降水效率(云的漂白效应)或延长云的寿命。 --- 第三部分:数值模拟、数据同化与人工智能的融合 本部分关注现代气象预报系统的核心技术,特别是数据如何有效地融入复杂模型中,以及机器学习如何辅助传统方法。 5. 高分辨率数值模式的误差源与后处理 本书将剖析当前公里级、甚至亚公里级数值模型的局限性,并探讨如何通过高级后处理技术提高预报准确性。 模式分辨率与参数化选择的权衡: 讨论当模式分辨率足够高,可以显式解析对流时,对传统参数化方案(如积云参数化)的处理边界与冲突点。 集合预报系统的优化: 深入探讨扰动生成技术(如奇异向量、背景误差协方差估计),以及如何基于预报误差的动态演化来优化集合成员的权重分配。 统计后处理与降尺度: 介绍基于机器学习的预报校正方法,例如使用深度学习网络从模式输出中提取非线性偏差,实现对特定站点的精细化降尺度预报。 6. 气象数据的同化前沿技术 数据同化是连接观测与模式的桥梁。本章将聚焦于非线性和高维数据同化的最新进展。 变分同化(3D-Var/4D-Var)的极限: 讨论在非线性大气系统下,线性化假设带来的误差累积,以及如何通过弱约束或混合同化方法来缓解。 集合卡尔曼滤波(EnKF)的扩展: 探讨局部化技术(Localization)和混合先验(Hybrid EnKF-Var)方法,以应对高维状态空间中背景误差协方差矩阵的准确估计难题。 观测误差与系统性偏差处理: 详细分析卫星遥感产品、雷达探测数据在同化前必须进行的质量控制、偏差校正流程,以及如何将这些处理结果反馈到同化系统的误差协方差定义中。 --- 第四部分:气候系统反馈与可预测性极限 本书的最后一部分将视角拉至更大尺度,探讨气候系统的内部反馈机制,以及我们对未来天气的预测能力边界。 7. 气候敏感性与地球系统模式(ESM) 探讨气候变化研究中,对气候敏感性参数估计的不确定性来源,并解析地球系统模式的耦合结构。 云反馈的决定性作用: 详细分析云的垂直分布、光学特性和高度变化如何影响地球的净辐射收支,以及这是当前气候敏感性估计中最大的不确定因素。 碳循环与生物地球化学耦合: 探讨海洋碳汇、陆地植被吸收与释放CO2的速率如何受到气候变化的反作用,以及海洋环流(如大西洋经向翻转环流AMOC)的潜在突变。 8. 亚季节到季节(MJO/ENSO)的预测机理 本章聚焦于中短期气候变率现象及其对全球天气的远程影响。 增强型孟德尔-朱利安振荡(MJO)的动力学: 分析MJO如何通过其东传波和对流加热,驱动整个对流层和平流层的环流响应,以及如何利用其相位信息提升周际(2-6周)降水预测的准确性。 ENSO对局地气候的遥相关: 梳理海表温度异常(SST)通过激发大气开尔文波和罗斯贝波,对全球中高纬度环流(如北大西洋涛动、太平洋-北美模态)的影响路径,并分析预测ENSO事件本身的难度所在。 --- 总结: 本书不是一本入门读物,而是为气象专业人士、研究生及深度爱好者设计的进阶手册。它摒弃了对基本概念的重复阐述,转而深入现代气象科学中最具挑战性、最前沿的领域,特别是那些涉及多尺度耦合、非线性动力学以及尖端计算方法的课题。通过对上述复杂主题的系统梳理与深入剖析,读者将能掌握理解和参与下一代天气与气候预测研究所需的理论深度和技术视野。

著者信息

作者簡介

西蒙‧金 (Simon King)


  目前在英國廣播公司(BBC)電視新聞、廣播和線上節目中介紹天氣。他與克萊爾‧納西爾共同創作、製作和主持英國廣播公司(BBC)podcast節目「風雲下(Under the Weather)」。 西蒙以前是大都會辦公室的氣象專家,也是皇家空軍專業預報部門的一員。在接受英國皇家空軍預備役軍官的訓練後,他與軍隊一起被部署到中東行動,在那裡,他提供了關鍵的氣象數據和預報。他擁有氣象學的研究所及大學學位,並且自稱為天氣瘋子!

克萊爾‧納西爾 (Clare Nasir)

  受氣象局培訓的氣象學家,擁有數學理學學士學位和海洋學理學碩士學位。她目前是第5頻道新聞的天氣主播,還製作並介紹Met Office podcasts。克萊爾在天氣預報方面擁有20多年的經驗;並定期製作天氣和氣候的電視紀錄片。她為CBBC推出了備受讚譽的紀錄片系列《野性地球》(Fierce Earth),出版了4本兒童書籍。

譯者簡介

林心雅


  美國賓州州立大學環境社會學碩士,台大社會學系畢。曾任中研院民族所研究助理,台大地理系自然災害室研究助理,賓州州大人口研究中心助理。一九九七年成立個人工作室,專職寫作與自然生態攝影,用文字與影像替大自然說話。著有《地圖會說話十週年增訂版─不可不思議的GIS》《荒野天堂─生態重建的故事》《冰海一葉舟》《在海角天涯,相遇》等書。

李文堯

  美國賓州州立大學地理碩士,台大地理系畢。從事地理資訊系統GIS,應用與軟體研發工作近三十年,並擅於使用GIS 繪製三度空間地形圖。工作餘暇喜歡爬山與旅行,熱愛自然生態攝影及探訪世界各地奇岩地形景觀。著有《地圖會說話十週年增訂版─不可不思議的GIS》《荒野天堂─生態重建的故事》《冰海一葉舟》《在海角天涯,相遇》等書。

田昕旻

  專職譯者。熱愛在中英文轉換之際穿梭不同的世界,享受推敲文字的美麗與哀愁。譯書之餘亦喜歡閱讀、熱衷慢跑,家中育有兩貓。

  個人譯作有《跑步的科學與實務》《正面迎擊!難產的早期預防及處置》《科學大解密》等書。
 

图书目录



第一章:太陽
天空為什麼是藍的?
太陽對氣象與氣候的影響
地球為什麼會有四季
什麼是紫外線?
地球自轉如何影響天氣型態
太陽風及其對地球的影響
太陽黑子與太陽週期

第二章:天氣元素
風:地球上最具影響力的天氣元素

雨的形狀像什麼?


閃電

第三章:雲
雲從哪裡來?
雲的隊伍
什麼時候雲會開始降雨?
為什麼雲的底部看起來都在同一個高度?
雲在空中可以維持多久?
積雲
層雲
卷雲:變天的前兆
今晚會結霜嗎?
古人如何預測天氣?

第四章:宏觀的大氣現象
空氣如何在地球表面流動
什麼是聖嬰現象?
全球熱能與反照率
為什麼平流層的極地漩渦如此重要?
什麼是印度洋季風?
為什麼沙漠這麼重要?
熱帶雨林如何影響世界天氣
山區的天氣有什麼不同?
歡迎來到噴射氣流的世界
什麼是天氣炸彈?
赤道無風帶在何處?
南北半球的氣候不同嗎?

第五章:颱風、颶風與龍捲風
熱帶氣旋的生成:三大原料
颶風偏離軌道會怎麼樣?
為什麼會想朝颶風飛去?
什麼是風暴潮?
為什麼要為風暴命名?
龍捲風:地球上破壞力最強的天氣事件?
什麼天氣最有可能害我喪命?

第六章:天氣現象
彩虹
是雲抑或外星人入侵?
最罕見的雲
什麼是威烈威烈風?
北極光
水龍捲
布洛肯光
極致的日出與日落

第七章:氣象、空間與行星的影響
其他行星的天氣是什麼模樣?
地球的大氣層如何保護生物?
小行星是地球最大的威脅嗎?
引力如何影響地球?

第八章:氣候科技
應該只靠手機應用程式或網站知曉天氣預報嗎?
我們可以控制雨嗎?何謂種雲?
我們可以改變颶風的路徑嗎?
什麼是核子冬天的預報?
氣候改造可以拯救地球嗎?
要為了全人類進行氣候改造嗎?

第九章:戰爭與天氣
天氣預報與戰爭
軍事氣象專家
都在海上:氣象與海軍
天氣可以成為終極軍事武器嗎?
天氣曾經引發戰爭嗎?

第十章:氣候變遷
大自然不斷變化的氣候
人為造成的氣候變遷會影響我們的天氣型態嗎?
全球暖化

詞彙表
銘謝

图书序言

  • ISBN:9786267009055
  • 叢書系列:知的
  • 規格:平裝 / 272頁 / 16 x 22.5 x 1.8 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读



  每個人都是氣象預報員。

  我們多少都會關心一下今天或甚至下一小時的天氣。從古至今,觀察並了解天氣已經成了人類生存本能的一部分。

  天氣能夠滋養生命,也能夠危害生命,人類的生存常取決於其中微妙的平衡,因此我們觀察天空中種種的線索來幫助我們預測未來的天氣。飄移雲朵的顏色陰影與捲曲的形狀都能提供我們這些線索。從遠古看天吃飯的社會,到人類活動反過來造成氣候變遷的今日,人們和天氣的關係一直是密不可分的。我們適應天氣變化之餘,難免也有所期待,像是想要個下雪的耶誕節,或是晴朗的週末。但也有一群人把氣象當成了一生的志業。這本書是寫給那些對天氣現象感到好奇的讀者。

  本書兩位作者對氣象都有高度的熱忱,也都在氣象專業有數十年的工作經驗。1987年一場侵襲英格蘭的大風暴就讓西蒙以七歲稚齡對天氣開始着迷。克萊爾長年從事大氣與海洋形態的數學及物理分析。

  我們都是氣象專家,並在英國氣象局接受過廣泛的訓練,談天氣是我們專長。

  這本書提供了精彩的談天資料,解答了許多常見的氣象問題,也討論了一些比較罕見的天候現象。

  好吧,讓我們一起來一趟精彩的世界天氣之旅。

用户评价

评分

這本書的封面設計真是讓人眼睛一亮,那種用色大膽又帶點復古的風格,馬上就抓住我的注意力了。我最近常常在通勤的捷運上觀察窗外,看到雲層變化,心裡總會冒出好多「這是什麼?」的疑問。以往,我頂多是滑滑手機查個氣象局的App,但總覺得那些數據化的東西少了點人味,沒辦法真正解釋「為什麼」。這本書的書名光是「大解密」三個字,就充滿了懸疑感,讓我忍不住想一探究竟,看看作者是不是能把那些高深的氣象學,轉化成我們一般人也能輕鬆理解的科普知識。我希望它能像一位經驗豐富的氣象專家,用生動的口吻,帶領我們走進這個看似神秘,卻又與我們生活息息相關的自然現象世界。光是想像能跟朋友在戶外活動時,能夠準確判斷雲的種類和變化,那種「內行人」的感覺,就已經讓人很期待了。

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台灣的科普書市場其實蠻熱鬧的,但真正能把「專業」和「親切」拿捏得恰到好處的,並不算多見。很多書要嘛太過學術,讓人望之卻步;要嘛就是為了淺顯而過度簡化,反而失了真。從書名來看,作者似乎很有自信能涵蓋到「101個」問題,這數字本身就帶有一種完整的儀式感。我猜測這本書的結構安排一定很用心,可能從最基礎的大氣原理開始,逐步深入到極端天氣現象的探討。我最希望看到的,是作者在解釋現象時,能多用台灣在地化的例子,例如描述焚風的感受、或是不同山區的微氣候差異,這樣讀起來才會覺得特別「接地氣」,而不是一套放諸四海皆準的標準答案,畢竟我們生活的這片土地,有著獨特的氣候魅力。

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老實說,現在網路上資訊爆炸,關於天氣的說法更是五花八門,尤其在社群媒體上,常常會看到一些聳動的標題,什麼「超級颱風要來了!」、「百年大旱要來了!」,看完後心裡七上八下的。我一直很想找一本權威性高,但又不會寫得太學究氣的書,來建立自己對天氣的基本認知。這本書既然敢取名叫「解惑常見的101個氣象問題」,就代表它直接切入了我們日常生活中最常感到困惑的痛點。我想知道,像是「為什麼夏天午後常有雷陣雨?」、「霧跟霾到底有什麼不一樣?」這類的問題,作者會用什麼樣的比喻或圖表來解釋,畢竟,要真正「懂」一個概念,光是背誦定義是遠遠不夠的。如果能像聽一位很會說故事的老師上課那樣,邊聽邊點頭如搗蒜,那絕對是本好書。

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我對大自然的運行機制一直抱持著極大的敬畏之心,尤其台灣這個多變的氣候環境,更是讓人捉摸不定。我們這兒有颱風、有梅雨,冬天東北季風又特別強勁。我總覺得,如果能更了解這些氣象成因,不僅僅是為了出門穿什麼衣服方便,更深層次來說,是對生活環境的掌握度會更高。這本書的標題「觀天象、談天氣」,讓我聯想到古代的農民曆和老一輩的經驗傳承,但又結合了現代科學的分析。我非常好奇,作者是如何平衡這兩者的?是不是會提到一些民間流傳的看天氣小撇步,然後再用科學原理去驗證或推翻它?這種跨越古今、科學與生活的對話,才是真正有價值的知識傳遞。

评分

身為一個對生活品質有要求的人,我對於任何工具書或科普書,都會很在意它的「實用性」和「耐讀性」。一本好書,不應該是讀完一次就束之高閣,而是可以隨時拿起來翻閱,每次都能找到新的啟發。如果這本《氣象大解密》能夠做到將複雜的氣象學概念拆解成獨立的小單元,那麼我就可以在任何有空檔的時間,比如等人的時候,隨意翻到一頁,吸收一點新知。我更期待它在排版上能夠舒服、清爽,不要密密麻麻的文字堆砌,畢竟,要解密,就該用讓人感到輕鬆愉悅的方式呈現。希望它不只是提供答案,更能引導讀者提出更多、更深入的提問。

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