科學：小學教師指南/天氣、季節和氣候
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天氣是指某個地點和時間的溫度、乾燥度、陽光、風和雨等大氣狀況。天氣僅僅是指任何時間的大氣狀態，包括溫度、降水、氣壓和雲量等。日變化是由風和風暴引起的。季節變化是地球繞太陽公轉引起的。天氣變化的迴圈就是季節。天氣飛機在某些地理區域的某些高度收集資料，它們通常用於追蹤各種風暴。透過一些簡單的近距離觀察，收集了重要的資料，幫助科學家瞭解下一場風暴可能襲擊哪裡，以及它實際上在做什麼。
天氣 地球周圍有一層叫做大氣的空氣層。有時空氣變熱，有時變冷。這種空氣變化被稱為天氣。天氣日復一日地變化，有時甚至一小時一小時地變化。生物氣象學是研究天氣如何影響生物的科學。
雲根據形狀和高度被賦予不同的名稱。有些雲靠近地面。有些雲幾乎和噴氣式飛機飛行的高度一樣高。有些雲像棉花一樣蓬鬆。另一些雲是灰色的，並且是均勻的。大氣中最高的雲是捲雲、卷層雲和卷積雲。積雨雲也可以長得非常高。中層雲包括高積雲和高層雲。大氣中最低的雲是層雲、積雲和層積雲。 https://scied.ucar.edu/sites/default/files/images/long-content-page/%3Cem%3EEdit%20Long%20Content%20Page%3C/em%3E%20Clouds%20Types/cloudchart.gif
高雲：捲雲 - 形態為白色、纖細絲狀的孤立雲，多為白色斑塊或狹窄帶。它們可能具有纖維（毛髮狀）和/或絲綢般的光澤外觀。捲雲總是由冰晶組成，它們的透明度取決於晶體的分離程度。卷層雲 - 透明的、白色的面紗雲，具有纖維（毛髮狀）或光滑的外觀。一片非常廣闊的卷層雲，幾乎總是最終覆蓋整個天空。與外觀類似的卷層雲相比，乳白色的薄霧（或薄層雲）區別在於，太陽或月亮幾乎總是在卷層雲層中產生暈現象。卷積雲 - 薄的、白色的斑塊、薄片或分層雲，無陰影。它們由非常小的元素組成，形式為或多或少規則排列的顆粒或波紋。通常，卷積雲代表捲雲和卷層雲的退化狀態，它們都可能轉變為卷積雲，並且是一種不常見的雲。它們將與捲雲或卷層雲相連，並將顯示出冰晶雲的一些特徵。
Mid-Clouds:
高層雲 - 灰色或藍色雲層或條紋或纖維狀雲層，完全或部分覆蓋天空。它們足夠薄，可以讓太陽像透過磨砂玻璃一樣照射進來。高層雲不會產生暈現象，地面的物體也不會出現陰影。高積雲 - 白色和/或灰色斑塊、薄片或分層雲，通常由薄片（板）、圓形團塊或卷軸組成。它們可能部分是纖維狀或彌散狀的。當高積雲的邊緣或薄的半透明斑塊經過太陽或月亮時，會出現光環。這個彩色環在外部是紅色的，在內部是藍色的，發生在離太陽或月亮幾度的範圍內。最常見的中層雲，同一時間經常會出現多層高積雲。許多時候，高積雲會與其他雲型別一起出現。雨層雲 - 持續性降雨雲。由高層雲增厚而成，這是一層深灰色的雲層，由於降雨或降雪而擴散。它足夠厚實，可以遮蔽陽光。隨著降水持續，雲底下降到低層雲。此外，低層的不規則雲經常出現在該雲的下方，有時會與它的底部融合。
低雲：積雲 - 分離的、通常是緻密的雲，輪廓分明，以上升的土堆、穹頂或塔狀的形式垂直髮展，其膨脹的頂部經常類似於花椰菜。這些雲的陽光照射部分大多是明亮的白色，而它們的底部則相對較暗且水平。層雲 - 一層通常是灰色的雲層，具有均勻的底座，如果足夠厚，可以產生毛毛雨、冰稜或雪粒。當太陽透過這層雲時，它的輪廓清晰可見。當層雲層分解和消散時，經常可以看到藍天。積雨雲：雷暴雲，這是一種形狀像山脈或巨大塔樓的沉重而緻密的雲。上部通常是光滑的、纖維狀或條紋狀的，幾乎總是扁平的，呈砧狀或巨大的羽狀。在這片通常非常黑暗的雲的底部下方，經常會有低矮的不規則雲，這些雲可能與底部融合也可能不融合。它們產生降水，有時以雨幡的形式出現。積雨雲還會產生冰雹和龍捲風。層積雲 - 灰色或白色的斑塊、薄片或分層雲，幾乎總是具有深色的方格狀（蜂窩狀外觀）、圓形團塊或卷軸。除了雨幡外，它們是非纖維狀的，可能融合也可能不融合。它們還具有規則排列的小元素，其明顯寬度超過五度（伸直手臂時的三個手指）。
- 冷鋒：一個厚重的冷空氣團推動一個暖空氣團。
- 暖鋒：一個暖空氣團追趕一個後退的冷空氣團。
季節 天氣（大氣狀態）鋒面是分離兩個密度不同的空氣團的邊界，是氣象現象的主要原因。在地面天氣分析中，鋒面使用各種顏色的三角形和半圓形來描繪，具體取決於鋒面的型別。
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溫室效應是使地球表面變暖的自然過程。當太陽能到達地球大氣層時，一些能量被反射回太空，其餘的能量被溫室氣體吸收並重新輻射。
溫室氣體包括以下幾種：
- 水
- 蒸汽
- 二氧化碳
- 甲烷
- 氧化亞氮
- 臭氧
- 人工化學物質，如氯氟烴 (CFCs)。
根據其對溫室效應的貢獻對氣候進行排名
水蒸氣，貢獻率為 34–70%；二氧化碳，貢獻率為 9–26%；甲烷，貢獻率為 4–9%；臭氧，貢獻率為 3–8%。
被吸收的能量使大氣和地球表面變暖。這個過程將地球的溫度保持在比沒有溫室效應時高約 33 攝氏度的水平，使地球上的生命得以生存。
溫室效應。
- 步驟 1：太陽輻射到達地球大氣層。
- 步驟 2：其餘的太陽能被陸地和海洋吸收，使地球變暖。
- 步驟 3：熱量從地球輻射到太空。
- 步驟 4：大氣中的溫室氣體捕獲了部分熱量，使地球保持足夠溫暖以維持生命。
- 步驟 5：人類活動，如燃燒化石燃料、農業和土地清理，正在增加排放到大氣中的溫室氣體量。
- 步驟 6：這會導致更多的熱量被捕獲，並導致地球溫度升高。
全球變暖和氣候變化是指地球氣候系統平均溫度的世紀尺度上升及其相關影響。多方面的科學證據表明，氣候系統正在變暖。
全球變暖是指地球大氣層總體溫度的逐漸升高，通常歸因於二氧化碳、氯氟烴和其他汙染物濃度增加引起的溫室效應。最近，由於大氣中某些氣體（如二氧化碳）的增加，世界氣溫有所上升，據信這是全球變暖的原因。
Global warming is the current increase in temperature of the Earth's surface (both land and water) as well as it's atmosphere. Average temperatures around the world have risen by 0.75°C (1.4°F) over the last 100 years about two thirds of this increase has occurred since 1975. In the past, when the Earth experienced increases in temperature it was the result of natural causes but today it is being caused by the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere produced by human activities.
我們人類也對全球變暖問題負有責任。我們必須更加謹慎地對待自己的行為，並意識到其後果，因為我們的行為也會破壞地球。全球變暖是一個影響我們所有人的問題，因為我們也會受到它的影響。此外，動物也受到影響，現在正在滅絕，因此我們需要意識到自己的行為，並好好照顧我們的地球。
通常，一切都是從太陽輻射開始的，太陽輻射在地球表面以不同的方式被消耗。地球表面因雲層覆蓋、山谷、水體、山脈和沙漠等情況而產生不同的溫度。
由於這種不均勻的加熱，地球表面的溫度必然會有很大差異。溫度較高的表面上的空氣會因為更輕而上升。當空氣上升時，它會產生低氣壓。溫度較低的表面上的空氣會下沉。
- 靜風：通常感覺像是微風。這種風力不足以讓羽毛風箏飛起來。它也被稱為微風，風速約為 1 公里/小時。從煙囪中垂直升起的煙霧可以表明存在靜風。它們的風力等級為 0 級。
- 微風：風速約為 12-20 公里/小時，在美國被稱為輕微至中等風力。
- 中等風力：中等風力風速約為 20-38 公里/小時。它們足以讓風箏飛起來，並讓風箏越飛越高。它們可以導致海面上出現中等浪高和白浪，並使樹木發出哨聲。
- 大風：風速約為 75 公里/小時或更高。它們可能具有很大的破壞性，會折斷許多樹木的枝幹。它們會產生高潮和波濤洶湧的海面。它們還會掀翻建築物的屋頂。
地方性風
地方性風是由植被、山脈或水體等地形地貌引起的。通常，它們變化很快，我們每天都能在電視上的天氣預報中聽到有關這種氣候變化的訊息。它們可以在幾個小時內從微風變成狂風。海風和陸風，以及山風和穀風是地方性風的一些典型例子。地方性風覆蓋的距離很短。
全球性風
全球性風是規模很大的氣團，其形成主要是由地球自轉、地球形狀和太陽的加熱能力造成的。
- 赤道無風帶：這是赤道附近低氣壓帶，盛行風最平靜的地方。這種低氣壓帶是由太陽的持續加熱造成的。該帶延伸到赤道以北和以南約 5 度。
- 馬緯度：這是赤道以北和以南約 30 度的緯度，空氣冷卻到足以下沉到地球表面，形成下降的高氣壓帶。
- 信風：這是從亞熱帶高氣壓帶（北緯 30 度和南緯 30 度）吹向赤道低氣壓帶的非常穩定的風。這些風本來應該從北半球吹向南半球，從南半球吹向北半球，但由於科里奧利效應和費雷爾定律，它們在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。
- 西風：這些風從亞熱帶高氣壓帶吹向副極地低氣壓帶。
- 急流：狹窄的高空高速風帶位於北半球和南半球的盛行西風帶中。
- 季風：這些風是季節性風，指的是風系具有明顯的季節性方向反轉。
- 陸風：夜晚，由於快速輻射，陸地比海洋冷卻得快，導致陸地上氣壓高，海面上氣壓低。
生活中最可怕、破壞性最大的事件，通常是由惡劣天氣引起的，而惡劣天氣通常以颶風、龍捲風、雷暴或它們的組合形式出現。颶風是全球對人類生命最大的自然威脅。
颶風（在西太平洋被稱為颱風，在印度被稱為氣旋）是指在熱帶海洋上形成的低氣壓或氣旋。6 月至 11 月被稱為“颶風季節”，因為幾乎所有颶風都在這幾個月裡形成，尤其是在 8 月、9 月和 10 月。在一年中的這段時間裡，熱帶地區從太陽那裡獲得了巨大的能量，導致大量海水蒸發。溫暖潮溼的空氣流入，在海洋表面之上形成。大量較冷、較重的空氣流入，迫使溫暖潮溼的空氣向上運動，形成劇烈、旋轉的空氣運動，螺旋式地向風暴中心移動。風速為每小時 64 公里至 120 公里。
當風速低於 74 英里/小時時，被稱為熱帶風暴。當風速達到 74 英里/小時或更高時，則被視為颶風。颶風的中心被稱為“眼”，非常平靜，幾乎沒有風。
颶風桑迪是一場後熱帶氣旋，於 2012 年 10 月橫掃加勒比海，並襲擊了美國東海岸。颶風始於加勒比海的熱帶波，僅在 6 個小時內迅速轉變為熱帶風暴。當它達到 74 英里/小時的風速時，於 10 月 24 日升級為颶風。美國國家颶風中心表示，熱帶風暴風速最寬處達到 820 英里。桑迪的純動能風暴潮和海浪破壞潛力在國家海洋和大氣管理局的量級上達到了 5.8 分（滿分 6 分）。總死亡人數達到 285 人，其中包括美國至少 125 人死亡。
颶風的寬度約為 480 公里，最強的風位於中心向外延伸約 40 公里的狹窄環形區域內。在北半球，颶風以西北方向移動，最終轉向東北方向。颶風造成的最大破壞是由它們產生的海浪造成的。海浪高度可能比正常海平面高出 4.5 米或更高。
龍捲風，也稱為漏斗雲或旋風，是最小、最猛烈、持續時間最短的風暴。它們幾乎只發生在美國。雖然它們可以在任何平坦的陸地區域發生，並且所有 48 個相連的州都經歷過它們，但最容易受到龍捲風影響的地區似乎從德克薩斯州開始，然後向東和向北延伸到一個稱為“龍捲風帶”的路徑。通常，寒冷、沉重的空氣會推擠到溫暖的空氣團下面。然而，有時一層寒冷、乾燥的空氣會被推擠到一層溫暖、潮溼的空氣之上。當這種情況發生時，溫暖、潮溼的空氣可以快速以螺旋狀方式向上穿過冷空氣層，形成龍捲風。龍捲風的通道可能到達地面也可能不到達地面，有時它在一個點觸地，抬起一段時間，然後在短距離外再次觸地。它以大約每小時 40 到 64 公里的速度在蜿蜒的路徑上移動。這個強大的上升氣流中的旋轉風速可達每小時 800 公里。龍捲風可以用 F 標度從 F0 到 F5 進行評級，其中 F0 最小，F5 最大。F5 龍捲風的風速可達每小時 200 英里或更高。
當不同溫度和溼度相遇時，龍捲風就會形成。空氣的旋轉在它收集到足夠的灰塵使其形狀可見之前是看不見的。龍捲風可以撕毀建築物的屋頂，有時風會把整個建築物帶走。
積雲通常是晴天雲，但它們可以響應不穩定的大氣條件，長得又高又黑，變成積雨雲，也就是雷暴雲。雷暴來自積雨雲，並伴有閃電、雷鳴、強陣風、暴雨，有時還有冰雹。雷暴與溫暖潮溼的空氣強烈的上升氣流和同樣迅速的冷空氣下降氣流有關。雷暴雲中的水積聚可達 500,000 或更多。
天氣預報
- 氣象學=天氣研究
- 氣象學家：研究和預測天氣的人
天氣預報所需的儀器
- 溫度計用於溫度=測量氣團的儀器
- 氣壓計用於氣壓
- 風向標用於風向
- 風速計用於風速
- 溼度計用於相對溼度
- 雨量計用於降雨量
- 測量尺用於降雪量
3,500 個地面站貢獻天氣資料。
- 無線電探空儀和投放探空儀
> 無線電探空儀
- 由氣球升到高空大氣中以記錄資料。
- 在 90,000 英尺處，氣球爆裂，無線電探空儀用降落傘降落到地球上以備再次使用。
- 每天在世界各地同時釋放數百個。
> 投放探空儀
- 從飛機上投放，用於獲取特定地點的天氣資料
- 氣象衛星
> 極地軌道
> 地球同步
- 雷達不受雲層遮擋。
> 多普勒雷達在氣象部門的實施中相對較新，它還可以確定風暴的速度和方向。
什麼是季節？這指的是一年中天氣變化的規律性重複模式，這就是我們談論我們大多數人所熟悉 的四個季節的時候：夏季、冬季、秋季和春季。即使氣溫和降雨量逐年變化，但可以肯定地說，季節模式明顯一致。地球上並非所有地區都受到相同的影響，有些地方可能全年都很冷，而另一些地方可能全年都很熱，但這並不意味著它只是冷或熱，有一些地方確實經歷了冷暖季節，但這意味著人們必須適應氣候或季節變化。就大多數時間而言，地球經歷變化的原因主要是因為地球面對太陽的方式。
季節是一年中[1]的劃分，以天氣、生態和日照時間的變化為標誌。季節是由地球繞太陽執行的年度軌道以及地球自轉軸相對於軌道平面的傾斜[2][3]造成的。在溫帶和極地地區，季節以到達地球表面的陽光強度變化為標誌，這些變化可能會導致動物冬眠或遷徙，以及植物休眠。
地球季節
春季、秋季、夏季、冬季
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氣候是通常以 30 年為時間段計算的特定區域和時間段的平均天氣。氣候與天氣不同，而是特定區域天氣的平均模式。天氣描述了大氣的短期狀態。我們的氣候系統是什麼？
大氣-大氣覆蓋著地球。它是混合氣體的薄層，構成了我們呼吸的空氣。這層薄薄的氣層還有助於地球避免變得太熱或太冷。
海洋-海洋覆蓋了地球表面的約 70%。它們巨大的規模和熱特性使它們能夠儲存大量的熱量。
陸地-陸地覆蓋了地球表面的 27%，陸地地形影響天氣模式。
冰-冰是世界上最大的淡水供應源。它覆蓋了地球表面的剩餘 3%，包括南極洲和格陵蘭島的大部分地區。冰在調節氣候方面發揮著重要作用，因為它具有高度的反射性。
生物圈-生物圈是地球大氣、陸地和海洋中支援任何活植物、動物或生物的部分。它是植物和動物（包括人類）居住的地方。
海洋影響地球的天氣和氣候模式。
氣候變化指標
全球溫室氣體排放-全球範圍內，人類活動產生的溫室氣體排放量從 1990 年到 2010 年增加了 35%。二氧化碳排放量佔總排放量的四分之三，在此期間增加了 42%。
溫室氣體的大氣濃度-自工業時代開始以來，大氣中二氧化碳和更多溫室氣體的濃度一直在上升。幾乎所有這些增長都是由人類活動造成的。從 1990 年到 2015 年，人類向地球大氣中新增的溫室氣體造成的總變暖效應增加了 37%。
氣候強迫-氣候強迫指的是地球能量平衡的變化，隨著時間的推移造成變暖或降溫效應。大氣中溫室氣體濃度的升高會造成正氣候強迫或變暖效應。
地球氣候系統
氣候是特定區域的長期大氣狀況
地球氣候包括以下方面的相互作用：大氣、水圈、岩石圈、生物圈、冰凍圈
氣候系統是這些圈層之間能量和水分的交換
研究大氣特徵的科學家，決定氣候的兩個主要因素是平均氣溫和平均年降水量。
研究氣候的人稱為氣候學家。氣候學家使用氣溫和降水記錄來定義一個地方的“正常”氣候狀況。他們透過平均 30 年的氣溫和降水記錄來做到這一點。他們還透過為城市和地區製作氣候圖來跟蹤這些資訊。
示例氣候圖 氣候圖是顯示一個地方每月平均氣溫和降水的圖表。左邊的圖表是伊利諾伊州芝加哥的氣候圖示例。綠色條表示每個月的降水量，紅色線表示每個月的平均氣溫。檢視更多美國城市和世界各地城市的 氣候圖。
氣候學家還可以檢視多年的記錄，以確定某個特定城市或區域發生乾旱的頻率。請記住，乾旱可能發生在任何地方，但它在某些地區可能比其他地區更常見！
雨量計有助於我們跟蹤我們得到的降雨量，但跟蹤乾旱並不那麼簡單。氣候學家使用許多不同的指標來監測 (觀察) 乾旱何時開始和結束，以及乾旱的嚴重程度。溫度和降雨是指標，但河流、溪流和湖泊的水位、土壤中的水分含量以及山區積雪量也是指標。
氣候學家將這些資訊與該地區的“正常”情況進行比較，以確定乾旱是否正在開始或結束，甚至乾旱的嚴重程度。例如，醫生計算出人的正常體溫是 98.6 華氏度。如果你感覺不舒服，醫生或你的父母會給你量體溫。體溫比正常溫度 (98.6°F) 高或低多少可以表明你可能病得多嚴重。氣候學家也會做同樣的事情，讓人們知道是否發生了乾旱以及乾旱的嚴重程度。
溫室效應是指通常會以紅外線形式反射回太空的能量停留在大氣中。二氧化碳等某些氣體吸收了這種能量，並阻止輻射能量進入太空。地表吸收陽光。陽光反射回太空，這被稱為紅外輻射。溫室效應吸收了部分能量，使大氣變暖。人類正在向大氣中排放更多二氧化碳。溫室效應使地球的第一個大氣層變暖，從而保持地球的溫度。如果沒有溫室效應，地球可能會變得更冷。如果空氣變得太熱，食物鏈可能會受到威脅。如果食物鏈受到威脅，可能會在全球範圍內造成更大的問題。這些額外的氣體會影響地球大氣的溫度，更高的溫度會影響地球上的生物。
地球大氣和地表熱量逐漸增加的影響被稱為全球變暖。全球變暖的主要原因是溫室效應和溫室氣體增加。全球變暖的不利影響將是極端氣候條件、海平面上升等。
大氣溫室效應
全球變暖——地球全球氣溫升高
溫室效應——使地球表面適宜居住
傳入的熱能波長較短
較長波長——部分被捕獲，部分逃逸，淨增溫效應
科里奧利效應——是一種重要的氣象力，用於預測風暴的路徑，並解釋了為什麼如果地球自轉沒有被考慮在內，彈丸將不會擊中遠處的目標。
季風是夏季和冬季海洋和陸地熱量差異產生的季節性風。
陸地在白天比水升溫更快，在夜間比水降溫更快。
水蒸發是指水從液體變成無形氣體的過程。分子不斷運動，速度較快的分子到達表面並脫離進入空氣，變成水蒸氣分子。
蒸發是指水從液體變成氣體或蒸氣的過程。蒸發是水從液態回到水迴圈中變成大氣水蒸氣的主要途徑。研究表明，海洋、海灣、湖泊和河流透過蒸發提供大氣中近 90% 的水分，剩餘的 10% 則由植物蒸騰貢獻。
少量的水蒸氣透過昇華進入大氣，昇華是指水從固態（冰或雪）直接變成氣態，跳過液態。這種情況經常發生在落基山脈，因為乾燥溫暖的欽努克風在冬末和早春從太平洋吹來。當欽努克風來襲時，當地的氣溫會在幾個小時內急劇上升。當乾燥的空氣遇到雪時，它會直接將雪變成水蒸氣，跳過液態。昇華是乾旱地區雪迅速消失的一種常見方式。（來源：華盛頓山天文臺）
溼度是指空氣中的水分，而比溼是指實際存在的水蒸氣的量。相對溼度是衡量空氣中實際存在的水分量與其在該溫度下所能容納的最大水分量之間的比例。
降水是指從大氣中落下的水分形式，包括雪、雨、雨夾雪和冰雹。
水蒸氣在大氣中凝結形成微小的水滴，最輕微的氣流足以使它們不會落到地面。
當氣溫低於冰點時，水蒸氣會以冰晶的形式凝結。
當雨滴從雲層落下時，它們穿過較冷的空氣，在到達地面之前凍結，被稱為雨夾雪，也就是凍雨。
當夏季雷暴期間，雷雨雲中存在強烈的上升氣流時，形成冰雹，雨滴形成並被帶到非常冷的空氣層中，雨滴凍結。 冰雹可以形成各種尺寸。它們可以像彈珠一樣小，也可以像棒球一樣大。