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2020-11-01天與地的相接處─大氣邊界層
611 期
Author 作者
張淳皓／EASY天文地科團隊成員，臺大大氣系，閒著沒事就會看看天空。特長是說爛笑話、騎貢丸上學。
當秋冬季節來臨，臺灣的空氣汙染會加劇，尤其在南部區域更為明顯。而大氣邊界層是空汙變嚴重的原因之一。大氣邊界層是靠近地表處的空氣，形成的原因來自對流層的空氣攪動，其中對流層中的紊流主導著邊界層的形成。而秋冬時節因大氣邊界層的高度較低，使空氣的懸浮微粒濃度提高，再加上季風與工業區林立等因素，進而造成臺灣南部嚴重的空汙問題。
秋冬時節的臺灣氣候宜人，常常吸引大批的人們出外郊遊，但同時也伴隨著一個惱人的問題──空氣汙染。而談論到空氣汙染，就不得不提到「大氣邊界層（atmospheric boundary layer）」。大氣邊界層一詞你也許曾經聽過，但它到底是什麼？為什麼它對空氣汙染很重要呢？
大氣邊界層是什麼？
「邊界（boundary）」是在流體力學中一個很重要的概念，指的是流體與其他物質（同相態或不同相態）之間的交界面，例如我們腳踩的地板就可以視為一種大氣層的邊界。在邊界附近會有一部分的流體因為受到該區的物理、化學特性影響，而呈現出與流體本身不同的性質，稱為邊界層（boundary layer）。因此我們可以定義大氣邊界層為「對流層中直接受到地表影響，並在數小時的時間尺度內針對地表而改變性質的部分」。關於地表如何影響大氣，可以分成幾個不同的面向進行探討。
邊界層的形成原因
當大氣中的對流層底部受到攪動，產生垂直混合（vertical mixing），最終將在地表附近形成性質較為特殊的一層空氣，稱為均勻混合（well-mixed）邊界層。在此邊界層中，水氣與汙染物等物質的濃度並不會隨高度產生明顯變化；當邊界層內空氣未達飽和時，溫度會以乾絕熱垂直遞減率（dry adiabatic lapse rate，約9.8°C/km）下降。當位溫（potential temperature）開始隨著高度上升而增加時，就代表到達邊界層的上界。至於為什麼好端端的空氣會被攪動呢？這就與大氣中的風有關了。
風與波動
我們可以透過觀測取得邊界層中的各種氣象條件，如溫度、溼度及風速等。……【更多內容請閱讀科學月刊第611期】