氣候

**氣候**係指長期嘅平均天氣狀況，通常計喺30年嘅時間範圍度。 啲常見嘅氣象變數包括空氣溫度、相對濕度、大氣壓力、風同埋降水量。廣義嚟講，氣候仲包括咗地球系統嘅其他成分，好似海洋同冰層咁。 影響每個地區氣候嘅因素有緯度、地形、海拔高度，以及附近嘅水體同佢哋嘅洋流。簡單啲講，一個地區嘅「氣候」就係佢而家嘅氣候系統狀態。

氣候可以根據唔同變數嘅平均值同範圍嚟分類，通常係溫度同降水量。柯本氣候分類法曾經係最常用嘅系統。1948年提出嘅桑氏分類系統加入咗蒸發散量嘅數據， 用嚟研究生物多樣性同氣候變化對佢嘅影響。貝熱龍系統同協同空間分類系統就主要睇決定每個地區氣候嘅氣團嘅來源。

氣候學係研究特定國家、緯度同海拔高度嘅氣候同大氣現象嘅科學。佢研究氣候嘅成因、組成元素、喺地球表面嘅分佈，以及對生物嘅影響。氣候學用長時間（30-35年）嘅氣象觀測數據，計算平均值、極值、周期性變化同大氣現象嘅頻率。然後用呢啲數據整地圖、圖表同圖解，反映特定地方嘅氣候狀況。

古氣候學係研究喺發明氣象觀測儀器之前嘅氣候。因為喺19世紀之前冇乜直接嘅氣候觀測，所以古氣候係靠一啲指標嚟重建，包括地質證據，好似湖泊沉積物同冰芯咁，同生物證據，好似樹木年輪同珊瑚咁。氣候模型係過去、而家同將來氣候嘅數學模型。氣候可以因為唔同因素喺短期或長期內發生變化。全球變暖導致氣候重新分佈。舉個例，「年平均溫度變化3°C相當於等溫線喺緯度上移動大約300-400公里（喺溫帶區域），或者喺海拔上升500米。因此，預計物種會因應呢啲氣候區嘅變化而向更高海拔或極地遷移。」

## 定義

縮圖|upright=2.1|全球溫度概況圖，簡單嘅冷熱差別
縮圖|upright=2.1|同一幅圖，三個溫度級別

「氣候」呢個字嚟自古希臘文嘅 κλίμα (klima)，即係「傾斜」嘅意思。通常定義為長期天氣狀況嘅平均。標準觀測期係30年，不過視乎目的，都可以用其他期間。氣候仲包括唔係平均值嘅統計數據，好似日與日或年與年之間嘅變化幅度咁。政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 嘅第三次評估報告有咁樣定義：

世界氣象組織 (WMO) 咁樣形容氣候正常值：「係氣候學家用嚟比較而家同過去氣候趨勢，或者所謂『正常』嘅參考點。正常值定義為30年期間氣候要素（例如溫度）嘅算術平均值。用30年係因為夠長可以過濾年際變化同異常，又夠短可以顯示較長嘅氣候趨勢。」 WMO係由國際氣象組織演變而嚟，後者喺1929年成立咗氣候學技術委員會。喺1934年德國威斯巴登開會嗰陣，技術委員會將1901年到1930年嘅30年定為標準氣候正常值嘅參考期。1982年，WMO同意更新正常值，用1961年1月1日到1990年12月31日嘅數據。

英國氣候學家Mike Hulme將氣候同天氣嘅分別總結為一句流行嘅說話：「氣候係你預期嘅，天氣係你得到嘅。」有啲變量喺歷史上幾乎唔變，決定咗氣候，包括緯度、海拔、陸地同水嘅比例，同埋同海洋同山嘅距離。呢啲地理變量要用幾百萬年先至會通過板塊構造咁嘅過程改變。其他影響氣候嘅因素就比較有變化，例如海洋嘅溫鹽環流，將北大西洋捂暖咗5°C，同其他海盆比較。 其他海流就喺更細嘅範圍內將熱量喺陸地同水之間重新分配。植被嘅密度同類型會影響太陽熱嘅吸收，仲有區域性嘅水分保留同降水。大氣中溫室氣體嘅數量變化決定咗地球保留幾多太陽能量，所以會導致全球暖化或者降溫。決定氣候嘅變量好多，而且互相影響好複雜，但至少喺決定歷史氣候變化嘅因素方面，大致嘅原理已經搞清楚咗。

## 基本概念

地球個大氣圈唔係靜止嘅，而佢嘅郁動支配咗天氣同氣候。嚟自太陽嘅能量將地表同上面嘅對流層入面嘅氣體加熱，空氣一受熱就會膨脹，跟手就因為密度下降而向上升，四周圍凍啲、密度高啲嘅氣體會過嚟填補，於是乎啲空氣就係噉郁嚟郁去－就係所謂嘅大氣環流（Atmospheric circulation）。主要嘅大氣環流帶有緯度 30° 以下赤道地區嘅信風（Trade winds）同緯度 30° 至 60° 之間嘅中緯度西風帶（Westerlies）。呢啲環流令到地球嘅熱能重新分佈，仲產生咗各種嘅天氣現象同氣候條件。

大氣圈同水循環好有啦掕，而佢哋之間嘅互動亦都影響到天氣同氣候。由地表嗰度蒸發走嘅水蒸氣跟手就會俾大氣環流吹嚟吹去。如果大氣環境啱嘅話，又暖又濕立立嘅空氣會上升，跟住佢入面嘅水汽會凝結，形成降水（包括咗落雨同落雪等嘅現象）跌返落地面。降水大部分都會通過河流系統流去啲低海拔嘅地區，通常會返去海或者聚集喺湖嗰度。呢種水循環係地球有得維持生命嘅主要原因之一。佢仲會侵蝕地表，令到地表喺長遠嚟睇會慢慢噉走樣。

地球各地嘅降水量因為大氣環流、地貌特徵、同埋氣溫差異等嘅因素所以好唔一致，由年年幾千毫米到一年唔夠一毫米嘅都有。

大氣圈喺各個緯度嘅分佈同厚度都唔同。噉都會左右到天氣同氣候。愈係喺高緯度（近兩極）嘅地區，太陽照落地面嘅角度就會愈細，於是喺嗰啲地區陽光要通過嘅大氣層就會厚啲，所以嗰啲地區冇噉好日頭，平均氣溫都會低啲。緯度每高 1 度，海平面嘅年平均氣溫就降低大約 0.4°C （0.7°F）。地球表面有得分做氣候大致相似嘅好多個緯度帶，由赤道到兩極跟次序係熱帶（Tropical）、亞熱帶（Subtropical）、溫帶（Temperate）、同極地（Arctic）氣候。氣候分區亦都可以跟氣溫同降水量嘅異同嚟整，喺呢度常用嘅柯本氣候分類法（Köppen climate classification）將全球嘅氣候分做五大類：A類熱帶氣候、B類乾旱氣候、C類溫帶氣候、D類冷溫帶氣候、E類極地氣候、同高山氣候。

1913年喺美國加利福尼亞州死亡谷國家公園嘅爐溪谷地測到嘅56.7°C（134.1°F）係地球上目前測到嘅最高氣溫；1983 年喺南極洲沃斯托克站測到嘅−89.2°C（−128.6°F）係地球上有紀錄嘅最低氣溫之一，而遙感衛星曾經喺南極洲東部測到低到−94.7°C（−138.5°F）嘅溫度，係有紀錄而嚟嘅地球最低温。呢啲氣溫只不過係由廿世紀以嚟用現代儀器度到嘅，可能未完整體現到地球氣溫嘅範圍。

## 決定氣候嘅因素

氣候系統係決定一個星球氣候嘅相互作用嘅總和。喺地球上面，有幾個因素可以影響**氣候**，分為內部同外部因素。內部因素包括緯度、大氣層嘅化學成分、海拔高度，同埋距離海洋或者海嘅距離。外部因素就係到達地球嘅太陽輻射量。

### 緯度
[縮圖|[地球嘅地理天文區]]
地理緯度決定咗太陽光線嘅傾斜度同埋日夜長短嘅差異。太陽光線越直接，地面升溫就越多。所以，越靠近地理極嘅地方氣候就越凍，相比之下靠近赤道嘅地方就暖啲。呢個因素咁重要，以至於將地球表面嘅氣候分為幾個氣候帶或者地理天文區，呢啲區域係根據主要緯線劃分嘅地理區域。

緯度嘅變化實際上係因為地球自轉軸嘅傾斜度造成嘅。太陽光線嘅入射角喺夏天同冬天唔一樣，呢個就係造成季節差異嘅原因。

太陽光線嘅傾斜度越大，佢就要穿過更多嘅地球大氣層，比起垂直入射嘅情況，光線會減弱得更多。另一方面，傾斜度越大，輻射強度嘅水平分量就越大。用三角函數可以睇到：*<big>I (入射) = I (總) · cosθ</big>*。

### 海拔
縮圖|呢張相可以睇到溫度逆轉嘅邊界層。上面冇雲。
一個地方嘅海拔高度決定咗佢嘅溫度同濕度。高嘅地方通常氣候較凍，而且降水較多。大概每上升100米，溫度就會下降0.6攝氏度。所以高地比低地凍，除非出現溫度逆轉嘅情況。而且，喺一定範圍內，海拔越高，降水量就越多，山區嘅雨水比平原多。某程度上嚟講，就溫度而言，海拔升高就好似緯度升高一樣。

### 距離海洋嘅遠近
縮圖|顯示全年每個月溫度變化嘅動畫
靠近海洋會影響溫度，同時令濕度增加。海岸地區產生嘅海風會緩和唔同季節嘅溫度。即係話冬天有暖風，夏天有涼風。所以，靠近海岸嘅地區受到海洋嘅影響，溫度會比較溫和。冬天冇咁凍，夏天冇咁熱，同內陸地區比較。

相反，高大陸性會加劇溫差。會導致冬天又凍又乾，夏天又熱又乾。

大陸性係因為水嘅比熱容高，可以喺夏天保持較低嘅溫度，冬天保持較高嘅溫度。換句話講，就係水有好大嘅熱慣性。因此，水體係最重要嘅氣候調節因素。講到每日溫度波動，溫差越大，日夜溫度差異就越大。

### 方位
地質地形對風同日照嘅作用有重大影響，呢啲都會影響氣候。

### 人為因素
縮圖|城市地區嘅熱島效應
城市區域或者高度工業化嘅地區有特殊嘅氣候，表現得好似熱島一樣，降水量較多，空氣較乾燥，輻射較少。人為造成嘅全球變暖亦都令到地球唔同地方嘅局部氣候發生變化。

### 太陽輻射
氣候取決於太陽輻射能量喺大氣層同地球表面嘅分配方式。到達地表嘅能量越多嘅地方，氣候就越暖和；相反，能量越少嘅地方，氣候就越寒冷。

## 氣候系統
alt=圖表：氣候系統嘅相互作用。Keihl同Trenberth (1997)|縮圖|圖表：氣候系統嘅相互作用。Keihl同Trenberth (1997)
氣候系統喺1975年由世界氣象組織嘅GARP（全球大氣研究計劃）嘅文件中定義為由大氣層、水圈、冰雪圈、岩石圈同生物圈組成嘅系統。之後，喺1992年喺里約熱內盧簽署嘅《聯合國氣候變化框架公約》將氣候系統定義為大氣圈、水圈、生物圈同地圈，以及佢哋之間嘅相互作用。雖然呢兩個定義好似，但係後者更加強調相互作用，呢個係氣候系統最突出嘅特徵之一。大氣、土壤、海洋、水面、冰雪覆蓋嘅表面，以及海洋同土壤中嘅植被同其他生物，都緊密相連。正係呢種連接令到我哋好難明白系統嘅運作方式，亦都令到建模變得困難。

### 組成部分同相互作用
大氣層係系統中最唔穩定同最多變化嘅組成部分。佢嘅組成喺地球歷史上改變過好多次。大氣層主要由氮氣（78.1%）同氧氣（20.9%）組成。呢啲氣體同入射嘅太陽輻射嘅相互作用有限，亦都唔會同地球發出嘅紅外線輻射相互作用。不過，大氣中有啲氣體會同呢啲光相互作用，特別係二氧化碳（CO₂）同甲烷（CH₄），呢啲氣體就叫做溫室氣體。

冰雪圈通過佢嘅反照率（反射能力）、低熱傳導率，同埋最重要嘅係佢喺深海洋環流中嘅關鍵作用，影響住氣候系統。另外，地球上嘅冰雪地區儲存咗大量嘅水，佢哋體積嘅變化會令到平均海平面上升。

氣候系統嘅組成部分之間有好多相互作用，因為佢哋全部都係開放系統，可以同時交換質量同熱量。一個相互作用嘅例子就係海洋-大氣系統，呢個系統緊密相連，通過蒸發交換水蒸氣同熱量。呢個係水文循環嘅一部分，導致凝結、雲嘅形成同降水，同時為系統提供能量。海洋-大氣系統仲會交換氣體，好似二氧化碳，海洋喺呢度扮演住一個大型碳匯嘅角色。

### 地球能量平衡
氣候系統由太陽輻射驅動，大約49%被地球表面吸收，20%被大氣層吸收（Kiehl同Trenberth 1997 ）。呢啲能量令到地球升溫，但係升溫亦都令到地球開始向太空輻射能量。總之，地球嘅溫度就係吸收嘅能量同失去嘅能量平衡嘅溫度。

## 睇埋
*熱力學
*複雜系統
*自然規律

## 註

## 攷