大氣對流引發的天氣現象有哪些？
人常說太陽是地球上的萬物之源，事實的確如此，連地球上變化莫測的氣象景觀也是由太陽引起的。地球每時每刻都接受著來自太陽的熱量與輻射，這些熱輻射在地球表面及大氣層中的不均勻活動造成了豐富多彩的氣象變化。
地球在白天吸收來自太陽的可見光和紫外光並漸漸升溫，整個地球接收到來自太陽的平均能量為340瓦每平米，其中三分之一的能量被雲層和地表面的冰直接散射回太空，剩下的則被地面和大氣層所吸收。這部分被吸收的能量總和相當於將地球表面按每隔2米安置一個散熱器鋪滿並同時運行它們所需的總能量。
然而，地球表面及大氣層接受到的輻射值其實是不均勻的。首先，由於地球是一個球體，每天只能有一半球體處於白天，剩下一半的區域會處在接受不到太陽熱能與輻射的黑夜中。其次，同處於白天的不同緯度地區接受到的輻射值也不同，升溫的程度也不同。平均而言，靠近赤道的熱帶地區的大氣層和地面可以吸收超過300瓦每平米的能量（太陽光幾乎直射地面，與地表角度近90°，地表受熱面積大），中低緯度區域的升溫也更為強烈，但極地地區卻只能吸收到不足100瓦每平米的能量（太陽光與地面呈大角度，地表受熱面積小），溫度變化不大。與此同時，地球也持續不斷地向不同方向發射著與吸收量幾乎持平的紅外輻射。
在大氣層和廣袤的海洋的保護下，地球吸收的不均勻熱能得以由高熱能區傳輸到低熱能區，不會出現過於極端的溫度變化（地球上赤道及高緯度地區的溫差通常在50℃以內，遠小於月球等沒有大氣層的星球）。地球大氣層可傳輸的最大熱能值可以達到5拍瓦（PW，5×1015瓦），而人類至今發明的最大核電站的容量僅為8吉瓦（GW，8×109瓦），人類有史以來消耗的能量總和也不過18太瓦（1.8×1013瓦），還不到大氣層可傳輸熱能的1/250。
這些發生在大氣層和海洋中的熱能傳輸運動受到太陽輻射的影響而變化，也形成了地球上不同溫度區域間的空氣流動。在這樣的空氣流動過程中，熱量被轉化成許多其他形式的能量，影響著地球上的氣象變化。此外，地球的自轉也對氣候產生了深遠的影響（尤其是在中緯度地區），自轉使大氣與海洋間的主要熱輸送方式由縱向對稱（以赤道為界兩邊對稱）變為橫向波動，造成了人們熟知的高壓和低壓天氣。下面就讓我們一起去看看七種由大氣對流引發的氣候現象吧。
噴射氣流（Jet streams）
噴射氣流是圍繞著地球快速移動的窄帶狀（只有幾公里深，寬度可達上百公里）空氣，形成於距地面約1萬米的高空中，也是暖空氣與冷空氣的邊界。在噴射氣流的中心處，風速可達到200公里每小時，1967年甚至出現過656公里每小時的超高風速記錄（在蘇格蘭的外赫布里底群島）。
北極上空的噴射氣流對氣候的影響最大，這些氣流從北極出發，路線不斷變化，從而操縱著整個地球天氣變化，有時甚至會引起風暴和洪水。當噴射氣流的曲線向南，則說明極地冷空氣將要南下；當曲線向北，則更可能帶來暖空氣和穩定的天氣。總的來說，這種氣流的不規則變化很容易引起極寒或酷暑。除此之外，這種氣流的位置對於飛機航線的規劃是至關重要，從西向東的順氣流飛行可以更加節省時間。
熱帶氣旋（Tropical cyclones）
這種氣候現象出現在美國時被稱為"颶風（hurricanes）"，出現在遠東地區（如中、日、韓以及東南亞附近）則稱為「颱風（typhoons）」，常見於低緯度區域的夏末秋初。熱帶氣旋通常由一種弱的低氣壓氣旋漸漸演變成具有大規模破壞性的氣旋，加之溫暖海水的蒸騰作用，氣旋在不斷增強的過程中受到水蒸氣的驅動而形成高空風暴雲。
據記載，這種氣旋形成的風暴中心的最高風速可達200公里每小時，並伴隨強降雨（風眼附近雲層兩個小時的降雨可超過英國全年的平均降水量），可能會誘使海平面增高和洪水泛濫。1970年，造成孟加拉國和印度西孟加拉邦50萬人死亡的颶風"波拉（Bhola）"被認為是史上最嚴重的自然災害之一，但波拉颶風的強度僅有3級。人類目前勘測到的最高颶風級別為5級，2005年的「卡特里娜（Katrina）」颶風就屬於5級颶風，其中心風速超過280公里每小時，對美國路易斯安那州、密西西比州及阿拉巴馬州造成了災難性的破壞。而遠東地區常見的颱風分級與颶風不同，自強到弱分為超強颱風、強颱風、颱風、強熱帶風暴、熱帶風暴、熱帶低壓六個等級，2015年9月底對我國台灣東北部、大陸福建、浙江等地區造成嚴重破壞和影響的颱風「杜鵑」的最高颱風風級可達15級，風速可達48-50米/秒（約為170-180公里/小時），屬於強颱風。
龍捲風（Tornadoes）
龍捲風是一種相對小但猛烈的旋風，多在積雨雲下強烈的垂直對流區域形成。龍捲風在發展過程中會在漩渦中心形成漏斗雲，極端風速達到500公里每小時，並伴隨著其周圍蔓延很遠的強風，使所經之處遭到極大的破壞。
1925年3月，席捲了美國密西西比河流域三個州的龍捲風是有記錄的路徑最長的龍捲風，行程超過350公里，共導致747人死亡。而1989年4月，孟加拉國發生的Daulatpur-Saturia龍捲風雖然範圍不大，卻造成了超過1300人死亡，使8萬人無家可歸。
沙塵暴（Dust storms）
沙塵暴對於生活在天朝（尤其是身處帝都）的國人來說是一種親身經歷過並且十分熟悉的天氣現象了，這種大型風暴可以將沙子和細的礦物顆粒從一個地方搬運到另一個地方，世界各地乃至宇宙中都出現過這樣的氣象。在北非，大型的沙塵暴也被稱為「哈布沙暴（haboobs）」，通常伴有狂風和雷雨。沙暴中揚塵可高達1000米以上，風暴範圍覆蓋數千平方公里，並持續幾個小時。與此同時，揚在空中的塵埃又會透過光照吸熱，加速空氣的升溫，在風暴的邊緣強化風力。類似的沙塵暴也會發生在美洲和亞洲的乾旱地區。
地球上的水氣使得沙塵暴揚起的細小灰塵顆粒可以被包裹進水滴中，漸漸消除，而在火星等乾燥的星球上，沙塵暴有時能夠席捲整個星球。
塵捲風（Dust devils）
這是一種小型的氣流旋轉對流運動，能夠揚起地面的灰塵。當較冷的大氣與較暖的地面接觸使，塵捲風就容易受到熱能的推動而產生。因此，塵捲風更多見於沙漠地區，但一些溫帶氣候區域也有過塵捲風的記錄。
與沙塵暴一樣，塵捲風也可能出現在其他星球上，而且規模更大，火星上觀測到的塵捲風高達2萬米，直徑範圍約200米。
閃電（Lightning）
閃電是發生在地球大氣層中的一種普遍現象，通常出現在強烈的垂直對流區域。閃電發生時，天空中將時刻活躍著大約2000個雷暴點，而狹窄的閃電閃光中心空氣能夠瞬間達到3萬攝氏度，相當於太陽表面溫度的五倍，並由於劇烈的熱空氣膨脹發出震耳的雷聲。不幸被閃電擊中的樹木通常會被炸得四分五裂，接觸閃電的水也會瞬間沸騰。
冰雹（Hail）
冰雹通常與雷暴相伴而生，也是一種強對流天氣現象。從名字看冰雹似乎應該發生在冬季，但其實春末和夏天才是冰雹真正出現的時間。強烈的上升氣流會使冰雹的尺寸變大，有時單顆冰雹的大小甚至可以達到直徑20厘米，重達1公斤。大型的冰雹災害是致命的，世界各地都曾出現過冰雹災害致人死亡的消息，農作物和畜牧業也容易受到冰雹的影響而遭受損失。
相關文獻：
[1] Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, and Jeffrey Kiehl | Earth"s Global Energy Budget | American Meteorological Society | 311-323, Volume 90, Issue 3, March 2009
[2] Met Office | The Recent Storms and Floods in the UK | http://www.metoffice.gov.uk/media/pdf/n/i/Recent_Storms_Briefing_Final_07023.pdf
[3] Global Heat Balance: Introduction to Heat Fluxes
http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7j.html
[4] Incoming Sunlight.
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/EnergyBalance/page2.php
[5] Types of Damage Due to Hurricane Winds
http://www.nhc.noaa.gov/aboutsshws.php
[6] Tri-State Tornado Facts and Information
http://www.tornadofacts.net/tri-state-tornado-facts.php
[7] The Polar Jet Stream
https://svs.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/details.cgi?aid=3864
[8] The Perfect Dust Storm Strikes Mars
http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast11oct_2/
[9] Tornados in Bangladesh and East India
http://www.bangladeshtornadoes.org/climo/btorcli0.htm
[10] Met office | Global circulation patterns
http://www.metoffice.gov.uk/learning/learn-about-the-weather/how-weather-works/global-circulation-patterns
[11] A Monster Dust Devil Stalks the Martian Landscape
http://www.uahirise.org/ESP_026394_2160
[12] Vivian Hail Stone July 23, 2010
http://www1.ncdc.noaa.gov/pub/data/extremeevents/specialreports/Vivian-Hail-Stone-July232010.pdf
（科學之家，譯審/編輯：ZH Cello）
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