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2021-05-31一下缺水一下暴雨暖化讓降雨更極端？ 618 期

Author 作者王嘉琪／文化大學大氣科學系教授，研究專長為熱帶動力、氣候診斷分析、氣候變遷。

我們常聽到暖化會造成極端降雨，講到「極端降雨」，可能每個人心中浮現的畫面都不太一樣。的確，極端降雨有許多種呈現方式，常見的包含降雨強度變大，也就是每單位時間內的降雨量增大，或強降雨發生的次數變多，弱降雨變少；另外則是季節上的乾濕季變得更分明，例如臺灣及中國南部的春雨有逐年減少的趨勢，加長了自冬天開始的乾季；還有一種是降雨面積變小、乾區變大，這類情況主要是指熱帶大範圍的降雨區，也就是間熱帶輻合區，經過長時間統計後的降雨氣候狀態改變。由此可知，暖化對不同尺度的降雨都有顯著影響。

接著大家可能會想問，為什麼會有這些影響？背後的機制是什麼？其實各種極端降雨的形式都有許多科學家在研究，可參考的資料很多，文獻中也都提出了明確的解釋機制。不同尺度及不同地區的降雨極端化，發生過程也都不盡相同。不過，理解這些機制需要建立在較為深入的大氣科學基礎上，不太容易在一篇文章內完整說明，因此本文僅針對暖化造成「降雨強度」改變的其中一種機制來說明。

這裡先提供一個違反直覺但卻真實的結果：暖化會提高大氣穩定度，讓對流更不容易發生，但是降雨強度卻會變大、強降雨發生的頻率也變高。這樣看似矛盾的結果該怎麼解釋？

產生對流的原因

大氣中是否會發生對流，與大氣穩定度有關。我們常用氣溫隨高度的變化率，也就是「溫度垂直遞減率」（lapse rate of temperature）來評估大氣的穩定度。用來測量大氣穩定度的那把尺就是「乾絕熱降溫率」及「濕絕熱降溫率」，這個判斷方法稱為「氣塊法」（parcel method）。

圖一判斷大氣穩定度的方法

圖中的橘線為乾絕熱降溫率，代表氣塊每上升1 公里下降10℃；綠線則為濕絕熱降溫率，代表氣塊每上升1 公里，溫度下降5.5 ～ 6.5℃；黑色實線代表不穩定的大氣的降溫率；黑色虛線代表含有水氣的大氣，處於條件性不穩定的狀態。簡單來說，當大氣中沒有水氣時，降溫率在橘線左側代表大氣不穩定；而降溫率若落在橘線右側，則代表大氣是穩定的。當大氣含有水氣時，則必須視大氣是否飽和，若未飽和須與乾絕熱降溫率比較；飽和時則與濕絕熱降溫率比較。

氣塊法的概念，讀者可以假想大氣中有一個氣塊，當這個氣塊垂直移動時，在上升的過程中會因為外界大氣壓力降低而膨脹，在這種狀況下氣塊會非常接近絕熱狀態，也就是沒有任何熱量進出氣塊，所以在膨脹的過程中氣塊溫度會下降，而溫度下降幅度可以由熱力學第一定律推導出來。還沒達到飽和的氣塊，是每上升1 公里下降10°C，稱為「乾絕熱降溫率」，以圖一中的橘線表示。如果氣塊含有水氣，隨著氣塊上升且膨脹降溫，空氣就有機會達到飽和，其中的水氣將會凝結成雲，這時因為有水氣凝結放出的潛熱來加熱氣塊，氣塊的降溫率會大幅減緩，變成每上升1公里下降5.5 ～ 6.5°C 左右，稱為「濕絕熱降溫率」，也就是圖一中的綠線，這個數字也是由熱力
學的理論推導而出。……【更多內容請閱讀科學月刊第618期】