圖解大氣科學
活動訊息
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內容簡介
輕鬆理解大氣科學的發展與相關理論
以簡潔扼要的方式，清楚說明、重點整理
配合圖表輔助，加深學習記憶
本書採圖解方式，探討浩瀚無窮的大氣科學，使讀者迅速理解全球氣候異常原因，並掌握先機。
第1章描述宇宙誕生及地球大氣的形成；第2至第5章敘述地球大氣的結構、運動與大氣現象，如熱帶風暴、龍捲風及聖嬰現象等。第6章介紹大氣觀測系統與氣象要素之觀測。第7章簡述如何分析與預報天氣，包括數值天氣預報，讓讀者了解近代大氣科學作業的整體輪廓。
接著第8章從大氣化學著手，探討人為對環境的破壞，包括化學煙霧與臭氧層減弱的傷害；第9至第10章從認識氣候學到探討氣候異常情形與發生原因；最後在第11章介紹大氣科學應用，如航空運輸、太空科學與軍事氣象之應用等，是大氣科學研究和經濟建設的重要組成。讀者瞭解大氣科學的特性後，即可發現它的多樣性，依照興趣都能在大氣科學中找到適合自己才能的研究方向，讓自己在這個充滿挑戰的領域中發光發熱。
目錄
第1章 藍色地球與地球大氣的誕生
1-1 宇宙的誕生
1-2 太陽星雲假說
1-3 太陽系的誕生
1-4 太陽系行星的誕生
1-5 地球的形成與地球結構
1-6 地球內部層圈的形成
1-7 地球形成旋轉橢圓體
1-8 地球的運轉
1-9 地球進動與歲差運動
1-10 海洋的形成
1-11 海洋分布與海底地形
1-12 地球大氣的形成
1-13 原始大氣及氧氣濃度的增加
1-14 臭氧層的形成與大氣的進化
1-15 火山活動與次生大氣的形成
1-16 藍色地球是宇宙中唯一的綠洲
第2章 地球大氣概述
2-1 地球大氣的組成
2-2 大氣的垂直結構--對流層與平流層
2-3 大氣的垂直結構--中氣層與增溫層
2-4 高層大氣與磁層
2-5 臭氧層與紫外線的吸收
2-6 地球大氣能量來源
2-7 大氣及地表能量收支
2-8 入射太陽輻射緯度分布
2-9 大氣及地球輻射
2-10 溫室氣體與溫室效應
2-11 輻射平衡溫度
第3章 大氣運動
3-1 氣壓與等壓線
3-2 等壓面
3-3 氣壓場
3-4 低壓槽
3-5 大氣運動
3-6 氣壓梯度
3-7 科氏力及摩擦力
3-8 地轉風及近地面風
3-9 離心力與向心力
3-10 大氣環流系統
3-11 三胞環流/三圈熱力環流
3-12 行星風系
3-13 大氣環流的季節變化
3-14 區域環流
3-15 焚風
3-16 綜觀尺度大氣運動
3-17 東風波/熱帶波
第4章 大氣現象
4-1 霧的形成與分類（一）
4-2 霧的形成與分類（二）
4-3 雲的形成與分類
4-4 雲的種類（一）
4-5 雲的種類（二）
4-6 雲的種類（三）
4-7 雲的種類（四）
4-8 雲的種類（五）
4-9 雨的形成與種類
4-10 地形雨
4-11 雷暴
4-12 多胞型雷暴
4-13 氣旋雨
4-14 熱帶風暴結構與強度
4-15 熱帶風暴的移動
4-16 熱帶風暴命名
4-17 溫帶低壓與鋒面降水
4-18 冷鋒及暖鋒
4-19 囚錮鋒
4-20 龍捲風
4-21 沙塵暴
第5章 海洋氣象
5-1 海洋與大氣的關係
5-2 大氣與海洋交互作用
5-3 熱塔效應
5-4 海洋沿岸的風與流
5-5 潮汐
5-6 暴潮
5-7 洋流系統
5-8 溫鹽環流
5-9 聖嬰及反聖嬰現象
5-10 聖嬰現象的效應和影響
5-11 冰山與航運安全
第6章 大氣現象觀測
6-1 全球對地觀測綜合系統
6-2 氣象觀測網分類
6-3 氣象觀測系統地面氣象觀測
6-4 氣壓及風向風速觀測
6-5 降水量及溫濕度觀測
6-6 雲的觀測
6-7 雲量和雲高觀測
6-8 農業氣象觀測
6-9 海洋氣象觀測
6-10 航空氣象觀測
6-11 航空氣象觀測設備
6-12 微爆氣流與陣風鋒面影響飛安與觀測
6-13 高層氣象觀測
6-14 氣象雷達觀測
6-15 氣象飛機觀測
6-16 下投式探空儀
6-17 氣象衛星觀測
6-18 繞極氣象衛星
6-19 紅外線衛星雲圖
第7章 天氣分析與預測
7-1 天氣學的演進
7-2 天氣現象的尺度與壽命
7-3 天氣圖分析
7-4 高空天氣圖與厚度圖
7-5 天氣分析輔助圖
7-6 天氣預報
7-7 數值天氣預報
7-8 短期天氣預報
7-9 降雨機率預報
7-10 長期預報
7-11 颱風預報
7-12 影響侵臺颱風因素
7-13 藤原效應
7-14 颱風路徑預報
7-15 颱風強度預報
7-16 颱風降雨預報
7-17 數值模擬
第8章 大氣化學
8-1 大氣的化學組成
8-2 大氣化學研究對象
8-3 懸浮微粒或氣膠
8-4 氣膠化學
8-5 衛星觀測氣膠
8-6 環境破壞與大氣汙染
8-7 主要空氣汙染物
8-8 化學煙霧
8-9 酸雨
8-10 酸雨的採樣與監控
8-11 平流層化學
8-12 臭氧層減弱的傷害
8-13 大氣放射性物質化學
8-14 電離輻射的危害
8-15 公眾年曝露劑量
8-16 放射性物質的輻射性汙染
第9章 氣候學
9-1 地球的氣候系統
9-2 氣候學研究領域
9-3 氣候形成因素
9-4 氣候分類法
9-5 地球能量的收支平衡
9-6 輻射平衡溫度與溫室效應
9-7 影響氣候變化的自然因素
9-8 歲差
9-9 太陽黑子
9-10 板塊漂移與地形變化
9-11 火山噴發
9-12 火山噴出物
9-13 大氣氣體成分的變化
9-14 地表狀態的變化
9-15 海洋與氣候
9-16 聖嬰/南方震盪
9-17 雲與氣候
9-18 大氣內部動力與氣候
第10章 氣候異常與氣候災害
10-1 我們所居住的地球發出哀嚎
10-2
試閱
大爆炸宇宙論 (The Big-Bang theory)
在地球及其大氣誕生前實際上宇宙就已存在了，宇宙中有地球形成後再歷經46億年的演化，終於才誕生了生命。在浩瀚的宇宙中，目前只知地球為唯一有水及氧氣可供人類居住生存的星球，如同宇宙中惟一的綠洲。地球與地球上的大氣究竟是怎麼形成的？對地球大氣科學有興趣的讀者，能夠大略了解宇宙起源及宇宙科學的最新進展應是必要的。
1927年，比利時牧師與宇宙論者喬治勒梅特(Georges Henri Joseph Éduard Lemaître)提出「宇宙的膨脹源自於火球的膨脹」，並建議天文觀測者可以觀察遠方星系的紅位移現象，來證實宇宙膨脹的論點。
1929年，天文科學家艾雲哈柏（Edwin P. Hubble）依據早期星系種類分類的研究工作經驗證實喬治勒梅特的宇宙膨脹論點。哈柏指出銀河中看似微弱的星雲其實是位在距離我們有幾百萬光年的其它星系中。哈柏發現遠方星系遠離我們的速度 v 和與我們的距離d成正比(即v = H0d)，式中比例常數H0稱為「哈柏常數(Hubble constant)」，H0數值大小可以用來計算宇宙年齡。
1930年喬治伽莫夫 (George Gamow)與同事拉爾夫阿爾菲(Ralph Alpher)闡述宇宙的由來是起源於一次的「大爆炸宇宙論」。1949年，喬治伽莫夫進一步依據理論推導，宇宙會有隨膨脹展開，約有絕對溫度50K的殘餘能量，散佈在整個宇宙空間。由於質能互換原理，大爆炸所產生的能量最後乃轉爲物質。
大爆炸宇宙論建立在3個主要基礎：(1)由數學上證明廣義相對論只容許唯一的解，這個數學解是在時間原點時，整個宇宙的大小只是一個點，因大爆炸而炸開一個3度空間。由於空間以固定速率不斷向外膨脹，整個空間瞬間的大小可由時間形成指標和定義。(2)美國天文學家哈伯證實宇宙確實是在膨脹中，並且越遠的星系膨脹的速度越快，與相對論的數學解大致吻合。(3)1965年阿默彭齊亞斯(Amo Penzias)和羅伯特威爾森(Robert Wilson)發現約2.70K的「宇宙背景輻射(Cosmic Background Radiation)」，這是最具關鍵性的基礎，因而宇宙起源於大爆炸宇宙論得以廣被接受。
2014年3月17日美國BICEP(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization)第2代計畫團隊(BICEP2)宣布，他們已在南極用太空望遠鏡首次監測到宇宙約140億年前大爆炸後，散發於宇宙空間的重力波，因此能夠支持大爆炸後在千萬億分之1秒的瞬間，宇宙迅速膨脹的直接證據。1.2太陽星雲假說 (Nebular hypothesis)
1734年，瑞典科學家兼哲學家伊曼紐斯威登堡(Emanuel Swedenborg)提出星雲假說，認為大爆炸後約經過1億年，因氫氣與氦氣互相結合而形成星際物質(Interstellar Medium )，造成無數龐大的雲，部分則陸續形成恆星與銀河群。1755年，德國哲學家伊曼努爾康德(Immanuel Kant)進一步提出太陽系起源的星雲假說，他認為經過星際雲慢慢的旋轉後，由於引力的作用，雲氣逐漸坍塌和漸漸變得扁平，最後形成恆星和行星。1796年，法國數學家皮埃爾拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)提出類似概念，一致認為在太陽系形成之前，有一體積極其龐大，混雜著塵埃微粒的星際雲，稱為「原始太陽星雲」，這些可以被認為是早期的宇宙論。
大約在50億年前，原始太陽星雲的星際塵雲，開始因重力而潰縮，體積越縮越小，核心的溫度也越來越高，密度也越來越大。當體積縮小百萬倍後，成為一顆原始恆星，核心區域溫度也升高而趨近於1,000萬℃左右。當這個原始恆星或胎星的核心區域溫度高逹1,000萬℃時，觸發了氫融合反應，也就是氫彈爆炸的反應，此時，一顆叫太陽的恆星就此誕生了。
太陽系與銀河(galaxy)
萬有引力使得星際物質中的微粒互相靠近，大微粒吸引小微粒而逐漸凝聚，引力最強的中心部份吸引的物質最多，最後就形成了太陽。銀河系的迴轉力，就是產生這種星際雲的原動力。依照星雲假說，當太陽形成後，原始星際雲的其它部份，也會因冷卻、收縮而產生自轉，在逐漸加快旋轉下變得扁平，形成一圓盤面，當此扁平狀旋轉盤內的氣體與塵埃彼此凝聚成越來越大的物體時，就會因引力作用而成為不穩定，最後分裂成許多所謂的「小行星」。這些小行星由於數量極多，在彼此撞擊下，有的碎裂成殘塊，這就是今天佈滿整個太陽系內流星體的來源，但也有在多次互相撞擊後逐漸聚集在一起，最後就結合成體積較大、引力較強的行星。
銀河呈漩渦狀，並從其中心部分伸出許多類似動物觸手的漩渦狀伸長物，這些漩渦狀觸手所及的空間加上中心部分，就構成巨大的圓盤。包括核心在內的整個圓盤面，稱為「銀河面(galactic plane)」，數千個直徑約10光年，由恆星聚集而成的星團及新星，都被納入在此圓盤中。我們的太陽和8大行星，幾乎在同一時期從星際雲中誕生；星際雲由飄浮在銀河系的氣體和微塵組成，氣體有92%是氫，7.8%是氦，微塵的主要成分是矽酸鹽。哈伯太空望遠鏡最近觀測結果，宇宙中大概有5,000億個星雲；太陽系所在的銀河系，稱作「本銀河系(The Milky Way)」，與宇宙中的大多數銀河一樣，為一碟形的旋渦狀星雲。
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