五南官網-圖解全球暖化之危機與轉機

圖解系列
理工-理科類-地球科學、大氣
圖解全球暖化之危機與轉機

作　　者：張泉湧
出版社別：五南
書　　系：圖解系列
出版日期：2023/01/01(1版1刷)
ＩＳＢＮ：978-626-343-584-1
E I S B N：9786263435780
書　　號：5U09
頁　　數：176
開　　數：20K
定　　價：250元
優惠價格：200元

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為讓讀者能迅速有效吸收，本書採用圖解方式，探討日益嚴峻的全球暖化，及其所導致之極端劇烈天氣，隨時隨地不斷發生之嚴峻課題，如風暴、洪水、熱浪、乾旱甚至複合型氣候災難等事件，無論窮國或富國人民，任何人甚至地球上生物都無法從氣候災難免疫。作者藉此拋磚引玉，希望將所學相關知識，提供給社會菁英尤其青年學子參考，期能對地球永續發展有所貢獻。
本書共分7章，第1章以大氣科學的角度敘述地球大氣結構；第2章講述地球能量來源；第3章描述地球環境被人類破壞情形；第4章探討地球氣候變化；第5章提供暖化跡證；第6章列舉氣候災難顯現之各種型態；最後第7章則提供一些將危機化為轉機之可行措施。本書雖共有7章68節，惟讀者若因太忙可以挑選喜好章節先閱讀，有空時再細讀全書，對全球暖化與氣候變遷課題必可深入了解，因而於所從事之工作、研究與日常生活獲得幫助，尤其對緩解地球危機構想與作為將有所助益。

張泉湧
學歷/
社頭初中第1屆、員林高中17屆
文化大學氣象學學士(6屆)及碩士(民國66年)
民國79年日本東京大學理學博士

考試/
民國63年民航局甄選考試及格
民國80年教育部審查合於副教授資格
民國91年考試院簡任升等考及格

經歷/
民國62年中華民國海軍預備軍官少尉氣象官一年
民用航空局飛航服務總台氣象觀測員、預報員、主任氣象員
交通部民用航空局供應組技正、簡任技正、副組長、組長
國立臺灣師範大學理學院地球科學系、國立台北教育大學自然科學教育學系、
實踐大學應用英文系及私立中國文化大學大氣系與地學研究所兼任副教授

專長/
大氣動力學、中尺度氣象學、數值模擬、氣候學

著作/
普通氣象學(國立編譯館出版)
中尺度氣象學(國立編譯館主編、鼎文書局總經銷)
豪雨與豪雪之氣象學(國立編譯館與五南圖書出版公司合作出版)
全球氣候變遷－危機與轉機(國家教育研究院主編、五南圖書出版公司發行)
圖解大氣科學(五南圖書出版公司發行)

1-1	地球大氣的組成特殊，含有氧氣和臭氧層
要了解全球氣候變遷，首要探討我們所居住的地球大氣，它實際已經歷過原始大氣、次生大氣和現在大氣等三代。現在大氣中大約有80%是氮氣，20%是氧氣，其他氣體的總和只占約1%，這些微量氣體包括：氬氣、二氧化碳、氖氣、臭氧、氫氣、水氣及不定數量的其他氣懸粒子。
二氧化碳在初始大氣中占有很大的分量，但由於光合作用的發展，碳大量的被用來構成生物體，部分則溶於海中，成為海洋生物發展的物質。當大氣中的二氧化碳較多時，溶解到海水體中的二氧化碳就相對增多。現在大氣中的主要成分為氮，但原始大氣或火山噴發中，氮成分並不多。氮的增多主要原因：1.氮的化學性質很不活躍，不太容易同其他物質化合，多呈游離狀態存在；2.氮在水中的溶解度很低，相當於二氧化碳的1/7，所以大多以游離狀態存在大氣中。
由於二氧化碳的減少，初始水汽又大部分變成液態水，成為今天的水圈，相對來說，氮和氧的比例就增多了，今天氮有這麼多，是和氮本身的特性有關。當然氮也進行著廻圈，一些根瘤菌可以吸收氮，使得一部分氮參加到生物迴圈裏去，這些物質在腐爛分解後，又放出游離的氮；也有一小部分氮進入地殼的硝酸鹽中。氮雖參加廻圈，但大部分呈游離狀態存在，相對來說，它的數量在增多，以致成為現在大氣中的主要成分。
水氣是天氣變化的主角，它飽和時會凝結成水滴或冰晶，造成雲、雨、雪等天氣現象。而大氣中的水氣、二氧化碳和甲烷等增加時，吸收地表紅外線輻射也會增加，長期累積後會使大氣溫度節節上升，造成今日全球暖化問題。
在地球大氣中，擁有由植物生成、而在金星與火星大氣中缺乏的氧氣，在約30～40公里的高空，氧氣與太陽紫外線反應產生臭氧並聚集形成臭氧層。在平流層內的臭氧層吸收陽光中99%的紫外線，並加熱高層大氣與對流層不同，在20公里以上高層，溫度是隨著高度而增加的，直到中氣層才又開始隨高度增加而遞減。而金星和火星99%都由二氧化碳所組成，沒有氧氣、更沒有臭氧層吸收紫外線加熱高層大氣，因此金星和火星的大氣溫度都隨著高度增加而遞減。
大氣中的各種成分在雷電作用和強烈的紫外線照射，海洋中逐漸產生簡單的有機物質（如胺基酸、核酸）後，逐漸合成複雜的有機物，海洋中乃開始有生命出現，接著有了構造複雜的蛋白質生命現象，簡單的生物出現以攝取海洋中現成的有機物為食物，稱為異營性生物，地球逐漸冷卻，雷電作用減少，水中的有機物質日漸減少，生物開始缺乏食物來源，於是自營性的綠色植物出現，進行光合作用，自行製造養分。行光合作用的綠色植物出現後，大氣中的氧氣漸增，二氧化碳漸少，終於形成現今以氮氣占78%和氧氣占21%為主的大氣。

1-2	地球大氣的垂直結構(1)：對流層頂不斷往上升平流層則變薄
地球大氣是最為我們所熟悉的，大氣圈覆蓋著地球，它不但提供我們所必須的空氣，並且影響太陽日照和氣溫、濕氣和空氣流動，從而決定天氣。因為地心吸力，空氣大多密集積聚於地表附近。離地面愈遠，空氣會愈少愈稀薄，因此氣壓愈低。簡單說，大氣圈的厚度約為1,000公里，由於不同因素，空氣的溫度並非隨高度不斷下降，而是呈現交替下降和上升，形成4個不同溫度層的大氣結構。依溫度變化，自下而上地球大氣可分成4層：1.大氣邊界層與對流層、2.平流層、3.中氣層及4.增溫層。
1.	大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）與對流層：在對流層下方離地面1.2～1.5公里範圍內的薄層大氣，稱為大氣邊界層或行星邊界層（Planetary boundary layer）。因貼近地面，空氣運動受地面摩擦作用影響，又稱摩擦層（friction layer）。從地面到10～18公里高度處，大氣對流旺盛，稱為對流層，是人類活動和賴以生存的主要空間，它蘊含著整個大氣層約75%的質量，以及幾乎所有的水蒸汽及氣溶膠。大氣溫度隨高度變化明顯，平均而言，地面附近的氣溫大約為15℃，往上逐漸降低，至10～18公里高度溫度降到－60～－80℃。對流層空氣密度最大，水氣含量豐，氣溫隨高度遞減（－6.5℃/km）。對流層的厚度，熱帶地區約17公里，中緯度地區約10公里，而極地地區則約7公里。地面氣溫平均約15℃，對流層頂氣溫平均約－55℃（在赤道約－75℃，極地約－45℃）。這種下暖上冷的溫度結構容易發生對流運動，因此離地十幾公里範圍內是風、雲及雪等天氣變化發生區，幾乎所有雲雨及風暴現象都限於對流層內，僅少數極強的雷暴可暫突破對流層頂。
2.	平流層（stratosphere）：對流層頂向上延伸到50公里高處為平流層，這一層由於臭氧吸收太陽輻射，大氣溫度隨高度增加而逐漸升高。平流層極少有雲，飛機通常在平流層飛行，以避開大氣對流的干擾，此層溫度起初略呈穩定，其後往上遞增，至氣溫達極大值，即平流層頂（stratopause）為止。平流層頂距地面約50公里，溫度約0℃。下冷上暖的溫度結構導致空氣對流不易發生，但水平運動所受影響較小，故稱為平流層。由於缺乏垂直運動及水氣，常為晴空偶爾有貝母雲雨出現。平流層的上部是臭氧濃度的集中區，平流層頂的相對高溫正是臭氧吸收太陽輻射的結果。
人類不斷排放大量溫室氣體正在改變大氣層結構，2021年加拿大多倫多大學發表利用探空氣球觀測研究，北半球自1980～2020年的數據顯示，對流層頂正不斷以每10年50～60公尺的速度上升，平均上升了200公尺；2021年《環境研究通訊》科學期刊發表研究，發現平流層自1980年代以來，已經變薄了400公尺，若人類沒有大規模減排，平流層在2080年時預計會再變薄1公里。很可能影響人造衛星、GPS導航與無線電通訊的運作。

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