雨的科學：從雨滴的形成、積雨雲的組織到降雨量與氣候環境的解析

作者序

I. 地球降雨的微觀等級特徵
第一章 雨滴的形狀與大小
第二章 雨的強度與雨滴的大小分佈
第三章 會下雨的雲和不會下雨的雲
第四章 大部分的雨都是融化後的雪
第五章 降雨方式會因為人類活動而改變

II. 雲的組織化
第六章 積雨雲的生涯
第七章 宛如生物般的積雨雲
第八章 集中在一起的豪雨
第九章 透過人造衛星觀察到的雲群（雲簇 Cloud Cluster）
第十章 因地形效應所引起的降雨強度變化以及集中現象

III. 雨的氣候學
第十一章 氣候與雨量
第十二章 副熱帶地區的降雨
第十三章 雨的遙相關
第十四章 雨的年際變化
第十五章 海洋惑星的水問題

解說「抓住雲的研究」的研究者第一人 藤吉康志
參考文獻 & 索引

作者序

　　看著雲在空中蓬鬆輕柔地飄著，不斷地變化形狀的景象，日本人會將它用來比喻過於模糊不清，摸不著邊際，不知要從何開始進行的事情。用文字來形容的話，「就像是要用手去抓雲一樣」。另外還有一句諺語：「形成了雲，變成了雨」(譯註：為杜甫《貧交行》中「翻手作雲覆手雨」的日文翻譯)，是指原本晴空萬里的天空出現了黑雲，轉眼間覆蓋住整片天空，有時候也會下起大雨，這種激烈的天氣變化。

　　下雨是日常生活中司空見慣的現象。雖然會有太陽雨，每個人也都知道雨是從雲裡面降下來的，但是當被孩子們一臉認真地問：「為什麼雨會從天空降下來呢？」、「為什麼雨不會像瀑布一樣接二連三地降下來，而是變成水滴一滴一滴地降下來呢？ 」、「為什麼在炎熱的夏天，會發生下冰雹而不是下雨的情況呢？」或是「如果說雲是由水滴所匯聚而成的，那為什麼雲就不會掉下來呢？」等問題的時候，是否會疑惑該如何回答是好呢？

　　雲和雨是一種非常有趣的大自然現象，也為地球這顆水行星帶來獨特的景觀，只是對於生活在地球上的人而言，這種常見的現象不足為奇，多數人也不會對它產生疑問。反倒是從前的人會認為下雨這個現象有著各式各樣不可思議的事，即使他們沒有現代高科技的觀測儀器，也會仔細地觀察各種降雨現象。比如說，數十年前就已經出版的優秀書籍，像是《雨》（岡田武松著）、《降水的物理學》（高橋喜彥著）、《雨的科學》（礒野謙治）等等。這些書中，除了提到當時的雨的科學之外，還生動有趣地刻劃出從前的人對於降雨這種現象說不定也有這種想法的內容。

　　從書寫 這些書籍的年代至今，已經有不少科學技術問世，可以進一步幫助雨的科學研究，連降雨方式也都能被準確地預報。想要理解雨這個大自然的現象，當然就必須先了解雨降下來前存在的地方——雲。近年來的研究中，最大的變化應該就是前面所提到的「就像是要用手去抓雲一樣」的雲，現在已經可以調查出，從微觀等級到地球規模等級的現象有著密切的關聯性。尤其是，隨著感測器以及電腦的發展，現在可以像是「抓著雲」一樣，直接用雲原本的規模進行調查雲和雨了。

　　雲和雨的科學，其中一個特徵是發生在千分之1毫米左右大小的現象或是過程裡會產生非常大的作用 。人造雨以及人為改變氣象原本只是氣象學的一個夢想，但是在20世紀過半開始，雲和雨的微觀物理也發展了起來，而這也是人工降雨的科學基礎之一 。這部分的研究方式，主要是透過降雨過程相關的室內實驗，以及使用飛機在雲中進行觀測等。另一方面，各種激烈的天氣現象如大雨、集中豪雨、大雪、打雷、冰雹、龍捲風、陣風、突然出現的強風以及颱風等等，每年都在地球上各地區帶來相當大的災害。這些氣候現象都與非常發達的雲有關係。一部分雲和雨的科學，就是朝著提供這類型自然災害的預報和防止災害發生的大目標而發展至今。而對這些研究而言，最有助力的觀測手段就是稱為雷達的感測器 。

　　電腦的進步，讓雲和雨的科學有了飛躍性的發展 。當雲出現，接著變成雨降下來的現象，主要是由微觀物理以及氣流力學等錯綜複雜的科學所形成。要調查這種複雜的相互作用，且範圍擴及到全體的雲時，必須使用到可以高速演算大量數值的電腦，才能將不可能化為可能。也就是說，有了電腦來模擬雲的數值，才能讓「抓住雲的研究」 變成可進行的研究。

　　另一個顯著的進步，就是可以透過人造衛星來觀測雲及降雨的狀態。從前的氣象觀測大多是以自己為中心，觀測周圍的狀態。從可以透過人造衛星來觀測雲及降雨的狀態到現在，最多不過20年，就已經大幅度地改變雲的觀測方式了。會帶來集中豪雨的雲塊直徑尺寸會達到數百公里，利用從前的觀測方式無法掌握到全貌。但是只要使用人造衛星進行觀測，便可以在尚未降下集中豪雨，而且是初期就能觀察到雲塊的全貌。另外，即使雲位於距離自己所在位置非常遙遠的區域，也可以即時觀測到。藉此可以知道世界各地的雨，會隨著地區以及氣候的不同而出現各式各樣的樣貌，同時各個地區的生活方式、習慣也會有所不同。現在可以即時觀測並比較各個地區中，會帶來雨水的雲有著什麼樣的變化。換言之，現在已經到了一個任誰都可以自然地以全球視角來觀察整個地球氣候變化的時候。

　　要理解複雜的地球自然氣候變化時，通常會先拆解每個過程，透過拆解過程來理解過程中發生什麼事，最後再把這些過程組合起來，試圖從中解讀整個氣候的變化。但是，觀察完整的氣候現象並且要循序漸進地理解它，這一個出發點也是很重要的 。這個跟理解生物一樣，除了透過基因科學來理解生物之外，同時也要有著如動物行為學般能理解動物整體的行動才行。現在只要透過人造衛星，就能觀察到大範圍的雲，而且是觀察到雲最原本的樣貌。真的可以說是雲或雨的科學也能「觀察理解整個氣象現象」了。

　　現在，地球環境科學因為地球環境發生了問題而快速地發展起來，同時也知道了微生物以及大氣中微量的氣體成分對於維持地球規模的自然環境而言，扮演著非常重要的角色。 同樣的，雲和雨的微觀物理，在地球規模的現象中也是如此。

　　本書會先從微觀等級到地球規模的程度，透過各式各樣的空間規模來觀察雨，並加入新知識，指出對於地球自然環境非常重要的下雨現象以及有趣之處。非常重要的下雨現象以及有趣之處。本書目錄I.地球上降雨的微觀等級特徵、II.雲的組織化以及III.雨的氣候學，並非各自獨立的科學，而是有著互相緊密連接的關係，對於要理解地球上的雲與雨的變化，每一章節所講述的內容都非常重要。若是各位能透過本書，開始關注到地球上的降雨現象是件多麼有趣和重要的事，對筆者而言，將是莫大的榮幸與喜悅。