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一張圖看懂相對濕度怎麼算—《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2017/03/15 ・394字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

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本圖節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 29 期(2017 年 02 月號)。

水汽是指空氣中以氣體形式存在的水分;濕度則是指空氣中的水汽含量。

如果你曾造訪過熱帶地區,那你可能體驗過那種讓人感到既悶熱又不舒服的濕熱氣候。這是因為周遭空氣中的水分已達飽和,無法再容納更多水汽,於是你皮膚上的汗水便無法藉由蒸發作用帶走熱能,因此你會感到悶熱。

即便在氣候涼爽的地區,濕度一樣會對你產生影響,因為空氣中的水汽會把低溫傳導至你的皮膚,讓你覺得更加寒冷。 最近接觸了一款任天堂上面的遊戲《 KIZI 》,深深覺得遊戲能做到這種程度已經不是厲害可以形容了,決定為文好好談談這款遊戲精巧在哪裡。


 

本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 30 期(2017 年 03 月號)

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知識大圖解_96
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天冷又沙啞了嗎?來看看氣候如何影響語言演化!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2024/12/21 ・2599字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 文/雅文基金會聽語科學研究中心 廖永賦 助理研究員

你也有這樣的經驗嗎?冬天,尤其是冷氣團來襲時,喉嚨特別容易乾癢。這種季節若在戶外運動,對喉嚨更是一大挑戰!每吸入一口氣,喉嚨就彷彿被餐巾紙抹過一次,愈發乾涸。此時若想開口說話,總得先吞吞口水、潤潤嗓子後才得以清晰表達。其實,天冷對喉嚨的影響不僅於此,甚至還可能影響語言演化的歷程!就讓我們來看看氣候環境能如何形塑語言吧!不過在此之前,我們先來科普一下溫度、濕度及乾喉嚨之間的關聯。

「冷」就一定「乾」?溼度與乾喉嚨的關聯

相信大家都有過雨天衣服晾不乾的經驗,也或許對午後雷陣雨前的悶熱難耐再熟悉不過。一般而言,環境中水分蒸散的速率取決於相對濕度:在相同溫度下,相對溼度越低,空氣擁有越多攜帶水蒸氣的「潛力」,因此能從物體表面帶走更多的水份。而雨天衣服晾不乾,就是因為相對溼度高 ( 接近或是等於 100% ) 所造成的。

聰明的讀者可能會馬上聯想到,那喉嚨容易乾,是否也直接受到相對濕度的影響?答案是……但情況會更加複雜一點,因為我們還需額外考量氣溫的改變。由於呼吸時,空氣會經過呼吸道而逐漸加溫(假設環境溫度低於體溫),此時空氣的「飽和蒸汽壓」(即空氣所能攜帶水氣的最大總量)會逐漸上升,因而能吸收更多水分。舉例來說,若目前溫度為 10°C,此時每立方公尺的空氣中最多 ( 當相對溼度為 100% 時 ) 可以帶有約 9 克的水氣 [1];再假設吸氣後所吐出的空氣增至 30°C,此時,這團空氣最多能夠攜帶31克/公尺3的水氣。換言之,經過一次呼吸之後,這團空氣多出了 22 克/公尺3以上的空間來吸納水氣。

因此,當我們考量到空氣吸入及吐出時的溫度差,便能清楚看出喉嚨乾燥與否其實主要是受絕對溼度而非相對溼度的影響——氣溫低時 ( 例如,10°C 以下 ) ,絕對溼度也一定低(小於 9 克/公尺3),我們因此較容易感到喉嚨乾燥。

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聲調語言與聲帶

所以喉嚨乾不乾到底跟語言有何關聯?其實,它跟台灣人最熟悉的幾種語言 (華語、台語、客語)關係非常密切喔!

台灣人在學習講英語或其他歐洲語言時,舌頭經常會感覺打結。與此同時,來自歐美的中文學習者,也經常難以準確地唸出中文的各種聲調。語言作為一套表達意義的系統,必需仰賴語音上的各種對比來區辨及表達意義。像是英語之所以對我們來說那麼難發音的緣故,是因為它們仰賴許多相近但不同的子音 (consonant) 來區辨及表達意義。舉例來說,/s/ (sand)、/ʃ/ (sheep) 及 /ʒ/ (genre) 這三種子音皆為類似的擦音 (fricative),但華語中僅有 /s/ 的音 ()。

相對而言,我們熟知的華語(北京官話)、台語、客語等,皆為聲調語言 (tonal language)。這類語言中的聲調系統透過母音音高 (pitch) 的變化來達到區辨語意的功能。例如,華語的「嗎」、「麻」、「馬」、「罵」這四個字音僅在聲調 (及時間長度) 上有所差異,其它影響語音的變項如舌位、唇位等則維持不變。

換言之,說話者僅能透過聲調的操弄來表達這四個字的差異,而要能精確操弄聲調,需仰賴的就是精細的聲帶控制——從下圖我們可以看到,要表達出這四種聲調的差異,控制聲帶的肌肉必須在 0.5~0.8 秒內非常精細地調控聲帶,以精確呈現出各種聲調音高的輪廓 (pitch contour )。因此,當聲帶因為濕度、氣溫或是感冒而變得乾燥時,發出母音本身已經很難了 [2],還需作出聲調變化更是難上加難。

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華語的四個聲調 ( 以「ㄇㄚ」為例 )。圖/根據 [3] 之發音資料由作者繪製。

氣候環境對於聲調語言演化的影響

根據上文的這些現象,Everett、Blasi 及 Roberts [4] 提出一個有趣的想法:既然絕對濕度對聲帶的生理有如此顯著的影響,這些影響會不會早已在上千上萬年的尺度上推動著語言聲調系統的演化?為了驗證這個想法,作者分析了 The World Atlas of Language Structures (WALS) [5] 與 World Phonotactics Database 這兩個資料庫的語言,並使用美國國家環境預測中心 ( National Centers for Environmental Prediction, NCEP ) 與國家大氣研究中心 ( National Center for Atmospheric Research, NCAR ) 的資料計算各語言起源地的平均絕對溼度與平均氣溫。

分析結果顯示,一地的平均絕對溼度與平均氣溫皆與該地之語言聲調系統的發展有著顯著的關聯,並且,溼度的與聲調的關聯最為強烈:氣候環境越為乾燥,該地發展出聲調語言的機率越低。當然,直接由地理分布去論證氣候環境對語言之演化影響是大有問題的,畢竟語言的分布同時也受到語族及語系 ( language family ) 的歷史影響。例如,兩種聲調語言在地理分布上皆位於潮濕的地區,或許並非受到氣候影響,而是由於它們恰巧有著共同的祖先,因而在地理分布上相當接近。

面對這種可能性,作者們嘗試分析單一語族「內」的語言(皆為聲調語言),發現「濕度與聲調」以及「溫度與聲調」之間的關係仍然穩定存在:潮濕地區所發展出的聲調語言,其聲調系統相較於起源地乾燥之聲調語言,通常更為複雜多樣、更需仰賴精細的聲調控制。綜上所述,作者認為除了社會與文化因素之外,氣候環境因子如濕度與氣溫,也很有可能是推動語言變遷與演化的因素之一。

聲調語言 ( 紅色 ) 與非聲調語言 ( 藍色 ) 的分布。從圖中可以看出聲調語言多集中分布於潮濕溫暖的地區;非聲調語言的分布則非常廣泛,在各種氣候環境皆可見其蹤影。圖/根據 WALS [5-6] 與 Leaflet [7] 繪製。

看似毫無關聯的「天氣」與「語言」,其實有著很深的淵源。從聲帶的細微震動到語言的地理分布,不知不覺中可能都受了環境左右。下次天氣轉涼時,這些有趣的研究或許能提醒我們,多圍圍巾、多喝溫水,對於呵護嗓子有多重要!

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  1. https://teaching.ch.ntu.edu.tw/gclab/wp-content/uploads/A10-飽和水蒸氣壓.pdf
  2. Leydon, C., Sivasankar, M., Falciglia, D. L., Atkins, C., & Fisher, K. V. (2009). Vocal fold surface hydration: A review. Journal of Voice, 23(6), 658–665. https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2008.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2008.03.010
  3. Ryu, Catherine, Mandarin Tone Perception & Production Team, and Michigan State University Libraries. Tone Perfect: Multimodal Database for Mandarin Chinese. Accessed 1 November 2024. https://tone.lib.msu.edu/
  4. Everett, C., Blasi, D. E., & Roberts, S. G. (2015). Climate, vocal folds, and tonal languages: Connecting the physiological and geographic dots. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(5), 1322–1327. https://doi.org/10.1073/pnas.1417413112
  5. Dryer, M. S., & Haspelmath, M. (2013). The World Atlas of Language Structures Online. https://doi.org/10.5281/zenodo.13950591
  6. Maddieson, I. (2013). Tone (v2020.4). In M. S. Dryer & M. Haspelmath (Eds.), The world atlas of language structures online. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.13950591
  7. Leaflet—An open-source JavaScript library for interactive maps. (n.d.). Retrieved November 5, 2024, from https://leafletjs.com/
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雅文兒童聽語文教基金會_96
60 篇文章 ・ 223 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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衣服速速乾——夏天曬衣中的科學!
Mia_96
・2022/06/10 ・1796字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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時值夏季,對於學生,夏天與暑假畫上等號,悠閒在家的日子總算到來;而對於上班族而言,夏天的假日可以到海邊避暑踏浪,享受烈日下的悠閒;對於主掌家事的父母或家庭主婦主夫而言,夏天,更是一個適合洗曬衣服的季節!

烈日炎炎的夏日,沙灘、陽光與海邊缺一不可!圖/Pixabay

相信大家一定有聽過,或是特別感受過,在夏天洗曬衣服時,常常晚上洗完衣服,到隔天早上衣服竟然已經乾了!但冬天洗曬衣服卻時常需要兩三天時間衣服摸起來才不會有潮濕的感受,為什麼夏天的衣服比冬天的衣服容易乾呢?

衣服速速乾底下的科學

國中理化時常學到的固態、液態、氣態三態變化,套用在水的身上,便是冰、水、水氣,而氣態的水氣與固態的水,正是影響著衣服會不會乾的主要因素!

人眼並無法看到水氣,換言之,平常在日常生或中所看到會被誤稱為水氣的東西,其實都是水滴,而非水氣。圖/Pixabay

科學家為了使「空氣」的概念具象化,會稱空氣為「空氣塊」,每一個空氣塊中皆可以包含一定含量的水氣,而不同溫度的空氣塊,所能包含的水氣量多寡皆不相同,當溫度越高時,空氣中所能包含的水氣量就越多,溫度越低時,空氣中所能包含的水氣量便越少。

空氣塊中可以包含的水氣量多寡,正是冬夏兩季衣服曬乾速度快慢的原因!

舉一個較簡單理解的例子,如果今天空氣塊是人,其當中可以包含的水氣量多寡便是人的「食量」,有些人的食量很大,有些人的食量很小,而判斷空氣塊食量大小的因素,便是溫度

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不同溫度下的空氣塊食量大小

在夏天溫度較高時,空氣中所能包含的水氣量較多,代表這時空氣的食量較大。高溫的空氣可以包含較多的水氣,當我們將濕衣服掛在陽台上時,衣服上的殘留的水蒸發成水氣,並且進入空氣塊當中,這時溫度較高的空氣塊,可以吃進肚子裡的水氣很多,所以衣服上的水不斷的蒸發成水氣,同時也不斷的進入還沒吃飽的空氣塊中。

但到了冬天溫度較低時,空氣所能包含的水氣量減少,食量降低。濕衣服上的水無法蒸發進入到空氣塊中(因為空氣溫度降低,所能吃進肚子裡的水氣減少了!),只能繼續留在衣服上,或是等到溫度升高或空氣塊可以再吃進水氣後,衣服才會慢慢變乾。

看似日常的曬衣底下其實也是滿滿的科學。圖/Pixabay

為什麼夏天的衣服較冬天的衣服容易乾?正是因為冬夏兩季的空氣塊食量大有不同。

但,其實夏天的衣服也並非每次都會比冬天的衣服快乾,若是夏天梅雨季節或是颱風的到來,造成空氣中本來水氣含量本就較多,食量再大、再可以包含較多水氣量的空氣塊也可能因為自身已經含有夠多的水氣,而無法再容納衣服所蒸發的水氣,這時,衣服晾乾的速度也會大幅下降!

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如何判讀空氣濕度

除了透過觀看今天天氣好不好、有沒有下雨來判斷適不適合曬衣服以外,其實也可以透過中央氣象局提供的數值來判斷今天適不適合曬衣服。

空氣塊中若「可以包含的水氣量」,與當中「實際包含的水氣量」相等時,代表著空氣塊已無法再包含更多的水氣,也就是他已經吃飽了!此時,我們便會稱空氣塊的相對濕度為 100%,當相對濕度到達 100% 或接近 100% 時,通常代表著外面的天氣正在下著毛毛細雨或是大小雨。

相對濕度的公式=(實際包含水氣量/空氣塊可以包含的水氣量)*100%,上圖為2022/5/25時各地的相對濕度,當天因鋒面抵達臺灣,所以各地的相對濕度皆很高,也幾乎各地都是下雨的天氣。圖/中央氣象局

當相對濕度越低,代表空氣中實際所含有的水氣量與空氣中可以包含的水氣量還有一段差距,此時便是適合曬衣服的時間點。如果下次猶豫著該不該洗曬衣服時,點進中央氣象局的網站查一下相對濕度,或許會對於你的決定有所幫助哦!

  1. 中央氣象局:https://www.cwb.gov.tw/V8/C/W/OBS_Map.html
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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師

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天天戴口罩臉皮狂冒痘?——淺談「口罩肌」的生成與預防方式
艾晞娜_96
・2021/11/11 ・2683字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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從新冠肺炎爆發以來,隨著口罩的配戴時間增長,許多人的皮膚開始哀號。但你是否想過,傳說中的「口罩肌」究竟如何發生呢?(廢話!當然是戴口罩造成的阿)從「戴口罩」到可能「痘痘長出來」或「毛孔變大」,中間究竟發生了什麼樣的故事? 

自疫情爆發後,長時間配戴口罩成為生活中的日常。圖/Pixabay

戴口罩6小時後,皮膚水分散失明顯提高!

韓國的LG公司做了相關研究[1]。他們徵求了20位志願者(11位男性,9位女性),檢測戴口罩前後,以及每日配戴口罩6小時,連續一、兩週後,口罩遮罩處皮膚的溫度、泛紅程度、毛孔大小、皮膚質地、彈性、經皮水分散失、皮脂量、酸鹼值,以及大家最在意的粉刺面皰。

這些指標如何測得?以下針對我們可能較不熟悉的部分簡要說明:皮膚的泛紅程度是以色度計進行分析,毛孔大小與皮膚質地則是利用一台名為 Antera 3D 的肌膚檢測儀來量測(皮膚質地如何量化的分析細節稍嫌複雜,也許有機會再專文分享),皮膚彈性是利用德國一台皮膚彈性測試儀 MPA580 來檢測,粉刺面皰則由3位受過訓練的審核員目測評估。

結果發現:在戴了 6 小時的口罩以後,皮膚的溫度、泛紅程度,以及經皮水分散失都明顯升高了。毛孔大小、皮膚粗糙程度和彈性沒有什麼變化。

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溫度的變化不難料想。畢竟長時間配戴口罩後,毋需溫度計,我們都能感受到口罩內漸次溫暖。皮膚的泛紅程度則與肌膚接觸口罩產生的物理壓力有關,並且溫度升高也會引起泛紅。經皮水分散失亦可能會隨著溫度升高而增加。事實上,先前已有研究指出:當肌膚溫度上升 7 至 8 °C 時,經皮水分散失會倍增[2]。當然隨著溫度升高造成的出汗,也會影響經皮水分散失的量。

口罩戴了 6 小時後的皮脂量雖有明顯升高,未戴口罩的對照組皮脂量其實也明顯增加了,畢竟兩組都累積了 6 小時的皮脂持續分泌。由於戴口罩組的皮脂量還是稍高於未戴口罩組(雖未達到顯著差異),研究者推測:皮脂量還是會隨皮膚溫度升高而增加,戴口罩對於皮脂的分泌量還是有些微影響。此外,表示酸鹼值的pH值在戴口罩 6 小時以後少許降低,意即皮膚有略微變酸,推測是皮脂的脂肪酸與汗液中的乳酸造成。

每天戴口罩6小時持續2週後,肌膚彈性驟降!

接著,在連續一週的每日配戴 6 小時以後,肌膚的彈性明顯變差了。口罩配戴兩星期後,則發覺毛孔明顯變大、肌膚彈性明顯變差,粉刺面皰也變多了。

口罩內的肌膚多半是處在高溫高濕的狀態。研究發現[3]在高溫及高濕度下,皮膚的彈性會增加,因此很顯然,戴了口罩後的皮膚彈性變差,非由溫度濕度造成。推測是因著持續性的物理刺激及長期與外界阻絕,造成皮膚疲勞,因而降低了肌膚彈性。毛孔變大應當是長期暴露於高溫及高濕度下的結果。畢竟也曾有研究指出皮膚的毛孔在冬天會比較小,在夏天則較大。粉刺面皰也隨著毛孔變大而變多了。

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女性臉皮薄,「口罩肌」機率高得多!

口罩對肌膚的影響也有男女差異。戴了 6 小時的口罩以後,男性受測者的皮膚彈性變化大約 0.03%,女性受測者的彈性變化則高達 6.62%。戴了 2 星期的口罩以後,女性受測者的皮膚泛紅程度增加了8.59%,男性則減少了0.97%。男性肌膚的粗糙程度增加了6.32%,女性則減少了2.39%。

肌膚結構原本在男女間就有差異。研究指出一般男性的皮膚厚度較女性高,且無論哪個年齡層,男性肌膚中膠原蛋白的含量也較女性為高。這或許可解釋男女性肌膚彈性變化的差異。另外,也有研究發現平均而言,女性肌膚較男性敏感。可藉此說明何以女性皮膚泛紅程度增加較多。而一般男性的皮脂腺分泌較旺,或許造成長時間配戴口罩後,男性毛孔變化較多,也導致了肌膚粗糙程度增加。

就口罩對膚質的影響背後的機轉而言,這篇研究的探討其實稍嫌粗糙。整體而言,幾乎膚質的所有變化皆被歸疚於溫度或濕度,惟有難以解釋的彈性變化以「皮膚疲勞」帶過。然而,究竟什麼叫皮膚疲勞,造成皮膚疲勞的原因,皮膚疲勞會帶來的影響,當能深入挖掘。而男女性肌膚受口罩影響的程度差異,中間的機轉也值得探討。

口罩對肌膚的影響也有男女差異。戴了 6 小時的口罩以後,男性受測者的皮膚彈性變化大約 0.03%,女性受測者的彈性變化則高達 6.62%。圖/Pexels

與外界隔離,是造成肌膚微生物失衡的關鍵

此外,儘管該研究提及口罩帶來的溫度濕度變化,卻似乎未考慮溫度濕度還可能帶進皮膚上菌叢的變化(肌膚的質地、粉刺面皰等問題,菌叢的影響也無法全然排除)。我們來參考 1978 年的一篇研究[4]。研究者於受測者手臂上包了三層塑膠薄膜,探討一段時間後,皮膚整體狀況的改變。

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發現在封鎖狀態下,皮膚的經皮水分散失量上升,二氧化碳排放率上升,酸鹼值則隨封鎖時間愈長,從偏酸性逐漸驅向中性。最重要的是,經過一天的「封鎖」後,微生物群的量即以幾何級數成長,微生物群的菌種生態也隨著封鎖呈現不同的分佈。

當然比起戴口罩,這項研究直接以塑膠膜封住肌膚,似是略為極端。但確實讓我們看見肌膚經歷「封鎖」以後,皮膚上菌叢可能會有的變化。

「口罩肌」怎麼解?每戴 2 小時休息 15 分鐘

無論如何,如此長期、長時間的配戴口罩,確實會對我們的膚質造成影響。然而,在疫情還未徹底解除以前,又不可能不戴口罩。再怎麼說,除了目前在台灣出門不戴口罩仍是違法的,為了保持膚質完善而甘冒罹病風險,也未免不值得。那麼,要怎麼在必須配戴口罩的同時,仍然保養肌膚,盡力減少肌膚受損程度呢?有醫師建議[5]:在每天早晨與一日將盡之時,以不含香料,質地溫和的清潔劑把臉洗乾淨。口罩每戴 2 小時,可以找個遠離人群,不致有傳染之虞的地方脫下口罩休息 15 分鐘。

總而言之,想要保養肌膚,無論是否配戴口罩,最基礎的清潔工作還是要做好。至於其他保養品的使用習慣,就得依照個人體質、膚質,慣用的保養品去做調整了。

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圖/GIPHY
  1. Kim J, Yoo S, Kwon OS, et al. Influence of quarantine mask use on skin characteristics: One of the changes in our life caused by the COVID‐19 pandemic. Skin Res Technol. 2021; 27(4): 599–606.
  2. Grice K, Sattar H, Sharratt M, et al. Skin temperature and transepidermal water loss. J Invest Dermatol. 1971;57:108‐110.
  3. Engebretsen K, Johansen J, Kezic S, et al. The effect of environmental humidity and temperature on skin barrier function and dermatitis. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2016;30:223‐249. 
  4. Aly R, Shirley C, Cunico B, et al. Effect of prolonged occlusion on the microbial flora, pH, carbon dioxide and transepidermal water loss on human skin. J Invest Dermatol. 1978;71:378‐381.
  5. Desai SR, Kovarik C, Brod B, et al. COVID‐19 and personal protective equipment: treatment and prevention of skin conditions related to the occupational use of personal protective equipment. J Am Acad Dermatol. 2020;83:675‐677.
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艾晞娜_96
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閱讀雜食者。高雄醫學大學生理學研究所畢。 以好奇看待平淡生活裡的一切未知,持續探討那些涉及難以理解的物事,如果可以,我想用詩意的語言,一一向你述說。 聽說文藝女青年這種病,生個孩子就好了,但我至今尚未痊癒。有個部落格Miraculous Normality (https://minormality.blogspot.com/)