Part One
The Physical Environment
• Chapter 2 Climate
• Chapter 3 The Aquatic Environment
• Chapter 4 The Terrestrial Environment
Chapter 2 Climate
氣候
本章重點
• 探討地球上地表氣候及影響氣候變化的的
因素。
• 探討的環境因子包括溫度、風、降雨等。
Weather（天氣）
• Weather is the combination of
temperature, humidity, precipitation,
wind, cloudiness, and other
atmospheric conditions occurring at a
specific place and time.
• 天氣是發生在某時某地的大氣狀況，
包括溫度、濕度、降雨、風、雲等
狀況。
Climate（氣候）
• Climate is the long-term average
pattern of weather and may be
local, regional, or global.
• 氣候是一地區、範圍或全球的的
長期天氣平均狀況。
婆羅洲 （Borneo) 熱帶雨林之晨
Gradients of vegetation in North America
from east to west and south to north.
2.1 Earth Intercepts Solar
Radiation
地球攔截太陽的輻射
黑體輻射：短波輻射（Shortwave radiation)
長波輻射（Longwave radiation)
史蒂芬-波茲曼定律：黑體輻射強度與其絕
對溫度的四次方成正比。
地球的能量收支情形
部分電磁波的光譜組成分類表
2.2 Intercepted Solar Radiation
Varies Seasonally
地表攔截太陽輻射的情形隨季節改變
陽光的入射角度與緯度的關係
地球季節變化的成因
季節變化的成因
地球上不同地區的年、季及日陽光輻射量的變化情形
地球上不同地區的年、季及日陽光輻射量的變化情形
地表平均溫度隨緯度及季節的變化情形
2.3 Air Temperature Decreases
with Altitude
氣溫隨著海拔高度降低
東非的吉力馬札羅山 (Mount. Kilimanjaro)
Air temperature decreases with altitude
• The decrease in air density with altitude
results in fewer collisions, thus generating
less heat.（因氣體密度降低導致碰撞減少，
導致產生的熱能減少）
• The decline in the “warming effect” of
Earth’s surface. (major reason) （地表的加
熱效應減低）
氣壓及氣體密度隨海拔高度的變化情形
Different regions in the
atmosphere:
•The troposphere （對流層）
•The stratosphere （平流層）
•The mesosphere （中氣層）
•The thermosphere （熱電離層）
Change in atmosphere temperature with altitude
above sea level（大氣溫度隨海拔高度的變化）
Adiabatic cooling（絕熱冷卻）
• The decrease in air temperature through
expansion, rather than through heat loss to
the surrounding atmosphere, is called
adiabatic cooling.
• 絕熱冷卻: 氣體溫度的降低是經由體積的
膨脹而不是由於與周圍環境有熱交換。
Adiabatic lapse rate
（絕熱流失速率）
• The rate of temperature change with
elevation is called the adiabatic lapse
rate.
• 隨著海拔變化的氣體溫度降低速率。
2.4 Air Masses Circulate
Globally
大氣以全球的尺度進行循環
地球在沒有自轉情形下的大氣循環狀況
科氏力( Coriolis force)對風向的影響
Belts and cells of air circulation about a rotating Earth
2.5 Solar Energy, Wind,
and Earth’s Rotation Create
Ocean Currents
太陽能量、風力及地球的自轉產生洋流
世界上的洋流
地表的洋流
2.6 Temperature Influence the
Moisture Content of Air
溫度影響空氣中的濕氣（水分）含量
物質三態
• 固相、液相及氣相。
• 固相：分子有固定的排列方式（晶格）
• 液相：分子沒有排列在固定的晶格，但
彼此間有作用力。
• 氣相：分子彼此間的束縛力最小。
Water vapor（水蒸氣）
•
•
•
•
•
•
•
Latent heat（潛熱）
Evaporation（蒸發）
Condensation（凝結）
Vapor pressure（蒸氣壓）
Saturation vapor pressure（飽和蒸氣壓）
Relative humidity（相對濕度）
Dew point temperature（露點溫度）
Saturation vapor pressure as a function of air temperature.
（飽和蒸汽壓是氣溫的函數）
2.7 Precipitation Has a
Distinctive Global Pattern
降雨具有特殊的全球模式
Intertropical convergence zone
熱帶輻合區
• The narrow region where the trade winds
(northeasterly trade winds and southeasterly
trade winds) meet is the intertropical
convergence zone (ITCZ), characterized by
high amounts of precipitation.
• 「東北貿易風」與「東南貿易風」二者相
遇的狹窄地帶為ITCZ，具有豐沛的降雨。
Intertropical convergence zone（ITCZ）的
位置變化產生雨季與乾季
Annual world precipitation.(世界的年降雨量)
Variation in mean annual precipitation with latitude.（
不同緯度的年平均降雨量變化）
Seasonal variations in precipitation at three
sites within the intertropical convergence zone.
Formation of a rain shadow.（雨影的形成）
Rain shadow（雨影）
• 氣團遇到山脈在上升的過程中水氣凝結
成雨滴，在山脈的迎風面形成降雨。當
氣團爬過山脈到達背風面時，因空氣中
已無水氣，故無法形成降雨。
• A dry region on the leeward side of a
mountain range resulting from a reduction
in rainfall.
Rain shadow on the mountains of Maui, Hawaiian Islands.
聖嬰現象
El Nino
The Galapagos penguin (Spheniscus mendiculus)
聖嬰現象與南方震盪
• 秘魯漁民將東太平洋表層水溫不正常的
升高現象稱為 El-Nino。
• 1920年英國氣象學家Walker發現南方震
盪現象。
• 1969年美國UCLA之Bjerknes發現二者之
關連。
Schematic of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO)
occurs off the western coast of South America.
Strong trade winds moves surfaces westward. The warmer
water of the western Pacific has abundant rainfall.
El Nino-Southern Oscillation
• El Nino（聖嬰現象）: 秘魯人對東太平洋
表層海水發生不正常的高溫時的稱呼。
• Southern Oscillation: An oscillation in the
surface atmosphere pressure between
southeastern tropical Pacific and the
Australian-Indonesian regions.
Under ENSO conditions, the trade winds slacken, reducing
the westward flow of the surface currents.
La Nina （女嬰現象）
• The injection of cold water becomes more
intense than usual, causing the surface of the
eastern Pacific to cool. This variation is
referred to as La Nina. It results in droughts
in Southern America and heavy rainfall, even
floods, in eastern Australian.
• 東太平洋湧升流更強，表層水溫更低，使
的南美洲西岸更乾燥，東澳洲降雨更多。
Record of El Nino-La Nina events.
(聖嬰及女嬰現象的事件記錄)
2.10 Most Organisms Live
in Microclimates
多數生物居住在微氣候的情況下
颱風
http://web1.nsc.gov.tw/public/Data/popsc/2007_22/9602-05-02.JPG
1963年葛樂禮颱風的行進路徑http://photino.cwb.gov.tw/tyweb/tyfnweb/htm/1963gloria.htm
1963年葛樂禮颱風的台灣各地總降雨量
http://photino.cwb.gov.tw/tyweb/tyfnweb/image/r-total/R1963gloria.gif
拉氏清溪蟹 Candidiopotamon rathbunae
Cardisoma rotundum (Gecarcinidae)
圓形圓軸蟹在特殊情況下採取從水外將幼蟲丟入水中
颱風
• 在氣象學上說颱風是一種劇烈的熱帶
氣旋，熱帶氣旋就是在熱帶海洋上發
生的低氣壓。
• 當近地面最大風速到達或超過每小時
62公里或每秒17.2公尺時，我們就稱它
為颱風。
颱風
• 自颱風中心向外一直到平均風速每小時
30浬（Kts）的地方（也就是平均風速每
秒十五公尺處，亦即相當於七級風處），
這一段距離叫作暴 風半徑，在這暴風半
徑以內的區域，叫作暴風範圍。
• 颱風的暴風半徑 平均約二、三百公里，
大者可達四、五百公里。
颱風
• 一般平均而言，颱風之垂直高度約在15
－20公里左右。
http://www.cwb.gov.tw/V5/education/knowledge/Data/typhoon/ch1/008.htm
西太平洋北緯10度至15度一帶是最容易形成颱風的區域
颱風強度
• 颱風的強度是以颱風中心附近平均最大
風速為準，劃分為三級。
近 中 心 最 大 風 速
颱 風 強 度
•
颱風的強度是以近中心附近平均最大風速為準，劃分為三級， 如表五。
每秒公尺
每 時 浬 相當風級
輕 度 颱 風 17.2 ～32.6 34～63 8～11
中 度 颱 風 32.7 ～50.9 64～99 12～15
強 烈 颱 風 51.0 以上
100以上 16以上
表五 颱風強度標準劃分表
颱風的行進模式
回家作業
• 何謂颱風？北半球的颱風為何為逆時針
之氣旋？颱風對台灣的生態體系及生物
有何影響？
• 考試。
1963年葛樂禮颱風的行進路徑http://photino.cwb.gov.tw/tyweb/tyfnweb/htm/1963gloria.htm