第一節 氣候與地表能量平衡
一、 天氣與氣候
天氣(weather)是指短時間(數小時到數天)內大氣變化的現象,例如降水(precipitation)、鋒面(fronts)、颱風等,都是屬於天氣現象(weather phenomena )。這些變化的現象,可以使用一些基本的物理量,例如溫度、氣壓、水(牽涉到相的變化以及能量的傳遞與轉換)、風(大氣的運動)來進行定義與說明。而氣候(climate)在通常被定義為「天氣的平均現象」(average weather),係指天氣在特定的地點,在特定的時間範圍內的平均(mean)以及變異(variability)之特性。氣候會隨著不同的時間尺度(如季、年、到數百萬、數千萬年)呈現不同的特徵與變化。
由於氣候在時間方面具有多重尺度的特性,因此描述氣候特性與變化的具有其複雜性。依照世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)的定義,是用30年作為描述氣候的時間範圍。依據目前世界氣象組織以及世界各研究單位,討論氣候統計與氣候變遷資料之定義,目前是西元1961年到1990年這三十年做為最新的全球氣候統計比較基準(定義為「正常Normal」)。自西元2020年開始,現有的1961-1990年基準將改為1991至2020年這30年資料做為比較基準。
歷史上,氣候的變化不斷影響人類歷史的發展。例如在西元600到1200年之間,是歷史上有名的「中世紀溫暖期」(Medieval Warm Period, MWP),北大西洋海冰銳減,呈現非常溫暖的情況,維京人(Vikings)得以殖民格陵蘭,發展先進的農業,並發展航海技術,稱霸歐洲。但是13世紀以後維持數百年之久的小冰河期(Little Ice Age),卻使整個區域溫度驟減,海冰再一次冰封北大西洋,截斷了北歐與格陵蘭之間的通道,也結束了維京人的霸業。居住在格陵蘭的維京人也因為氣候驟變,賴以生存的傳統農業崩潰,因為糧食不足,遭受饑荒之苦。
由於氣候的變化速度相對於天氣系統的變化緩慢許多,以人類有限的壽命,往往無法察覺氣候明顯的變化。人類對於日常生活當中,氣象現象變化的觀察與了解非常的早,不過對於氣候的了解以及其可能產生的變遷,卻遲至二十世紀開始才產生系統性的研究與歸納。