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開頭:水是生命之源,是萬物的源頭。

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基本上，雲的形成過程是地球上水文循環的一個環節。由於海洋、湖泊、河川、土壤及動植物均無時無刻將水分蒸發至空氣中，水汽凝結後，即成為微細的小水滴或冰晶，再凝聚浮懸於空中而成為肉眼可見的雲。
　　而雲隨著氣流的推移時聚時散，雲量過多水滴變大即以降雨、冰雹或下雪的方式回歸至地表之上，如此周而復始的循環，衍生出各種天氣變化，同時各種形態的雲也將天空襯托得變化莫測、多彩多姿。








地球上的水










　　水是地球生物賴以生存的重要資源之一。以整個地球系統而言，水所佔的質量相當的少。其中約有97%留在海洋中，其餘的3%大部份儲存於冰河與冰層之中( 75% )，地下水約佔24%，其餘的1%則分別存在於湖泊( 20% )，河流( 20% )，土壤( 38% )，大氣( 22% )。



　　若扣除冰層中的含水量，可供使用的最大淡水量不到總量的0.8%。整體而言，大氣所含水量只佔了可用水量的0.35%。但是這微小的量，卻是大氣中形成雲及降水的主要來源，而且對氣候變化有相當顯著的影響。



　　全球平均降水量為857公釐，如果將大氣中的所有水份平均分散在地球表面，也不過相當於25公釐的降水量。如此少量的水，如何能影響氣候？這是因為如此少量的水不斷的被循環利用。水的三相(固、液、氣)在水循環過程中，透過凝結、蒸發、昇華、凝華、融化等相變化，交替出現，進行能量交換，進一步驅動水循環及大氣環流，使之生生不息，成為可重覆利用的資源。



　　水的三相皆可存在地球表面大氣之中，是其他物質所欠缺的特性，水循環也因此比其他物質的循環更多變，更有趣。








水循環










　　水在海洋、大氣、陸地三大「儲存槽」之間移動。大氣中水汽的主要來源是地表土壤、水體的蒸發及植物的蒸散作用。在大氣中，水汽被大氣環流所傳送，凝結成液態或固態水形成雲，在適當狀況下，降至地面，成為降水，是大氣水汽含量的匯（sink）。


　　在降水過程中，大部分的水滴或冰晶，再度蒸發成為氣態水，只有少數較大的水滴或冰晶，降至地面。因此，許多水汽仍留在大氣中未被利用。降水則貯於湖泊、高山積雪、土壤之中，部份成為地下水，部份為生物吸收利用，剩餘則逕流入海。水之所以可以被永續利用， 完全拜水循環之賜。如果水循環中的任一環結有所變化，勢必影響整體水循環的運作。


　　平均而言，水循環每年輸送的總水量，如果平均分布於地表相當於1公尺深的水體，是大氣所含水量的40倍。據此大略估計，全球水循環每年大約完成40次，亦即每9天完成一個循環。海洋正是水循環的主要驅動者。


　　如果以年平均降水量( 85.7cm )為一百個單位，海洋藉由蒸發提供了84個單位的水汽量，其中77個單位形成海上降水，另7個單位則被傳送至陸地形成降水。此傳送量看似不大，事實上它相當於形成陸地降水所需水汽量的三分之一。如果沒有海洋提供水汽，地球的水循環也不會如此活躍，許多陸地也將處於乾旱狀態。


　　以上討論的水循環只考慮表層海水，因此時間尺度相當短。如果考慮深層海水，則水循環的時間尺度將以百年甚至千年為時間單位來計算。







水氣循環










　　太陽不但控制了大氣的結構和運動，同時也以大氣為仲介而驅動了水循環。地表的水在溫暖而乾燥的狀態下最容易蒸發，而所產生的水氣會很快地就被運送至高空，如此的蒸發作用最容易發生在暖季的白天。


　　蒸發到大氣中的水氣大部分來自於海洋，其他則是來自於陸地上的湖泊、河流、濕地以及植物等等。最後這種植物、土壤表面的水分蒸發過程叫做蒸散 ( evapotranspiration ) 。　　


　　　水分子能以蒸氣、液滴或冰晶的形式存在於大氣之中，而它濃度變化的幅度遠較其他氣體為高。在熱帶地區的低層大氣中，水分子的濃度可以達到大氣總分子數的幾個百分比，而在寒冷的低平流層內，它的濃度卻也可能低到只有幾個ppm (parts per million，百萬分之一)。　


　　水蒸氣在大氣中的生命期平均為十天左右，因此可以在凝結之前運行好幾千公里。這個長距離的運行是透過兩個主要的過程，跨越緯度的交換 (即經向的濕氣交換)，及海、陸之間的交換。　　


　　在經向的濕氣交換中，自副熱帶海洋所蒸發的水氣混入從高層沈降而來的乾空氣，然後被大範圍的低層風 (即哈得里環流) 運往赤道。在赤道附近，由南、北半球而來的低層風於此會合，引發濕空氣的強勁對流運動，並導致雲的形成和降水。