大氣

金星與土衛泰坦的大氣
國立臺灣大學大氣科學系陳穎霖

地球大氣充滿許多有趣的天氣現象，皆肇因自水的相態變化。不禁讓人想問，在我們的太陽系中，是否也有其他的星體擁有類似的特性（能夠成雲降水，或是有其他物質相態的變化）？

一、金星──硫酸雨

金星(Venus)這個以美神維納斯命名的行星，是太陽系所有類地行星中質量大小最接近地球的，可以說和地球是孿生關係，同時也是所有行星中最亮的，肉眼亮度可至負四等。由於金星相當鄰近地球，所以科學家對其大氣瞭解較多，金星擁有比地球大氣更濃密、厚重的大氣，主要的氣體組成為二氧化碳、氮氣及二氧化硫，其表面大氣壓更高達92大氣壓，相當於地球海面下910公尺處的壓力；由於她濃密的二氧化碳大氣，導致失控（逃逸）的溫室效應，表面溫度可以高達攝氏470度。

目前認為金星的大氣有風、有雲也有降「水」，甚至觀測到劇烈的閃電現象。金星表面極高的溫度及壓力，使得表面的二氧化碳不再以二氧化碳氣體形式出現，而是超臨界流體，密度極高的流體，也讓極小的風速(通常0.3~1.0m/s)擁有能夠搬動表面沙塵、岩石碎屑的「風力」。金星高層大氣的成雲現象主要是由二氧化碳、二氧化硫、水蒸氣因光化學反應而形成大量的硫酸。

這濃密的「硫酸」雲層，甚至還會產生毛毛雨呢！不過從其大氣垂直溫度分布可推測(如圖一)，這些降水並不會真的落到表面，而是從高層大氣落下後在距地表25公里處便再蒸發了，所以金星上的雲比較接近地球上所觀測到的幡狀雲，而表面是相當乾燥。

圖一Wikipedia金星大氣圖

二、土衛泰坦──甲烷

泰坦一直是科學家抱持濃烈興趣的研究對象，因為他具有濃密的大氣，大氣成分主要是氮氣以及可能孕育生命的甲烷。泰坦是太陽系第五顆行星─土星的衛星，更是僅次於木衛三太陽系第二大的衛星。泰坦因為被土星潮汐鎖定，公轉和自轉期相同，接近十六天，表面溫度僅有攝氏-178度，表面底下有冰層，冰層下約有直徑3400公里的固體核心，由於壓力效應，內部仍保持炙熱狀態。

泰坦是太陽系除了地球以外唯一擁有濃厚氮氣大氣層的星球，其大氣層的自轉速度和金星一樣遠大於自轉速度。他的大氣層比地球更濃厚，表面氣壓約地球的1.45倍，在2、300公里高的地方，由光化學反應造成不透明的霾層阻擋了陽光的入射，使得泰坦大氣在大部分的波段下是不透明的，直到2004年卡西尼任務才首度獲得其表面直接的影像。

未來氣候推估的不確定性 
國立臺灣大學大氣科學研究所博士生王啟芸

氣候變遷是目前各國非常關心的議題，根據政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在2007年所出版的第四次「氣候變遷評估報告（AR4）」，未來全球經濟與人口快速發展的情境下，地表溫度將上升1.4至6.4度，這個數字是怎樣被計算出來的？可信度又有多少呢？

對於未來氣候變遷的推估，目前多以全球氣候耦合模式的模擬結果當作依據，所謂全球氣候耦合模式，是將影響大氣、海洋、陸地、冰等變化的過程，用基本的物理、動力、熱力和化學定律組成的數學方程式加以解析。目前各國已有許多氣候模式，包括像美國大氣研究中心發展的Community Earth System Model (CESM)，德國Max-Plank研究所的The MPI-M Earth System Model (MPI-ESM)等，可以模擬各組成包括大氣、陸地、海洋、陸冰和海冰隨時間的變化，從而推估未來氣候狀況。每個氣候模式都會有誤差，因此用氣候模式來推估未來氣候之前，必需要先能將過去及現在的氣候狀況合理的模擬出來，通過科學家們的種種測試之後，才能說服科學家們將其應用在未來氣候的模擬。除此之外，氣候模式一個網格大約數十到數百公里不等，但地球上發生的各物理過程（例如一朵積雲的發展）也許只有數公里，在氣候模式裡為了將這些較小尺度的現象表現出來，必須使用各種參數法加以簡化，甚至直接將小尺度現象忽略，這些也都是氣候模式的不確定性。而各家氣候模式架構不同，百家爭鳴的情況下，不可能只看單一模式的結果，所以IPCC報告撰寫以及各國制定環境政策時，通常採用多模式模擬和系集模擬(ensemble simulation)的方式。

「浮」爾摩「沙」-臺灣空氣中的沙塵
國立臺灣大學大氣科學系傅譯鋒

新聞報導中漫天飛舞的黃沙，鋪天蓋地席捲而來的沙塵暴畫面，令人感受到大自然的力量。這樣的場景通常出現在富有沙漠或是廣大旱地的國家，在臺灣要出現那樣戲劇性的畫面是微乎其微，但這就代表臺灣不受沙塵暴的影響嗎？

圖一 99/12/3及102/9/12從臺灣大學往101方向拍攝，兩圖皆攝於下午1點20分左右，可發現 兩者能見度差異甚大。

圖一是在不同日子，從臺灣大學拍臺北101的照片，兩張照片拍攝時間都在下午1:20左右，但可發現兩者能見度差異甚大，左圖中大臺北地區正受到東亞沙塵的影響，(粒徑的粒子)濃度超過200 ，北海岸迎風面的萬里測站，甚至高達252 ，約平常的10倍左右。

沙塵事件發生有幾項條件。氣象條件方面，需要高風速以及不穩定的大氣邊界層，以利沙塵由地面揚起。而沙源條件方面，主要是植被稀疏或乾燥的地表，因為植被除了可固定土壤，也是粗糙度的主要因子；植被覆蓋密度大可更有效吸收風的動量，不易造成揚沙。由於沙塵粒子有大小之分，大粒子被風揚起後一下子就沉降了，而小粒子可被風帶離地表較高處，並隨著中高層盛行風場擴散到遠方。

各國人造雨現況
國立臺灣大學大氣科學系趙汝穎

降雨的時間與空間分布不均，造成水資源的匱乏，這現象不只發生在臺灣，也是世界各國煩惱的問題，除了興建水壩、水庫外，科學家們不斷地尋求方法，試圖使老天降下更多的雨，以解此燃眉之急。

圖1：美國ICE地面焰劑燃燒裝置

根據Lelieveld（1996）的估算，雲的降水效率約在11%至19%之間，也就是80%以上的雲水在還沒降到地表就已經消散，人造雨（artificial rainfall），或是技術上來說稱為人工增雨的技術行之有年，就是要想辦法提升雲的降水效率，常見的方式為種雲（cloud seeding），種雲就是在雲中添加適當大小與數量的粒子，促進雲中水滴或冰晶的成長，以增加雲水降至地表的機會，依雲種類型分為冷雲種雲與暖雲種雲，冷雲種雲適合雲頂高度較高而溫度較低的雲種，方法有潑灑乾冰、碘化銀；暖雲種雲則沒有明顯限制但通常以0^oC以上的雲為目標，方法有噴灑水滴、吸水性粒子，其有效程度與環境中凝結核狀態有關，以下介紹幾種現代人造雨方式。

要將粒子從地面傳送到高空，最為便利的方法是在地面燃燒焰劑，將種雲粒子如碘化銀（冰核）、氯化鈉（吸水性粒子），加入焰劑中，燃燒後粒子隨空氣上升，傳送至雲中達到增雨效果，但此方法難以掌握粒子擴散方向與高度，成效有限，優點是成本低廉，故世界各國廣泛使用。