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半夜起床尿尿,全身冷吱吱!為什麼有的清晨超冷,白天又會突然回暖?

Mia_96
・2021/02/23 ・2523字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 496 ・六年級

2021 年初,一連下來了多次的強烈冷空氣,跨年時的寒流、一月二月不斷南下的冷氣團,造成各大超商、藥局暖暖包缺貨,出門時都希望把棉被直接裹住身體踏入刺骨的寒風中,也都在寒流中希望著迎接白天的暖陽。

可惜的是,當太陽還沒出現前,卻時常聽聞清晨會出現「最強輻射冷卻現象」,許多地方的地表溫度下降到 5 度甚至是更低溫,等到太陽升起後,才讓各地溫度逐漸回升。

新聞中提到的「輻射冷卻現象」究竟是什麼?溫度又為何會急遽下降呢?

1 月 13 日的臺灣就像是一顆冷番薯!圖/中央氣象局

輻射是什麼?細數傳遞熱能的 3 種方式!

所謂的「輻射」,其實是傳遞熱能的方式之一,而日常生活中常見的熱能傳遞方式主要有三種,除了輻射,還有傳導以及對流。

首先,「傳導」為熱經由物體,從較高溫的物體將熱傳遞至較低溫的物體,其為固體熱量傳輸的主要方式,而「對流」為熱藉由氣體或液體的流動,當氣體或液體受熱,體積膨脹、密度減小而上升,並由周圍溫度、密度較低的氣體或液體補充,形成不斷循環的現象,即稱對流。

熱傳遞有 3 種方式:熱傳導、熱對流、熱輻射。圖/Pixabay

傳導與對流皆需要介質的存在才能傳遞熱量,但輻射與上述的傳導與對流不一樣,但輻射傳遞的熱量不需經由任何介質,就可以直接由熱源傳遞到各處!

生活中最常見的輻射方式,即是太陽將其熱能利用輻射的方式傳遞到地表。

太陽是地球的主要熱量來源,太陽所發出的電磁波主要以可見光與較短波段為主,以短波輻射的紫外線給予地表熱量時,當太陽能量被地表吸收後,地表會將吸收的能量轉為長波輻射的紅外線放出,也因此,雖然地表在白天時一直受到太陽短波輻射的照射,卻也不會無止盡的造成地表溫度上升過熱。

那「輻射冷卻現象」又是怎麼一回事?

白天時,太陽以短波形式進入地表的能量大於地表以長波形式放出的能量,所以地表溫度逐漸上升,到了晚上,當太陽下山後,此時地球缺少太陽進入地表的能量,但地表卻仍不停地以長波輻射放出能量,因此使得地表溫度開始逐漸下降。

這個狀況會持續到太陽再度升起並提供地表能量時,不斷下降的溫度才會有所轉變。

當太陽下山後,一般而言,地球夜晚與清晨的溫度都會持續下降,直到太陽重新升起。圖/Pixabay

由此可知,太陽還沒升起前的清晨是地表逸散最多能量的時刻,而透過此機制讓地表形成低溫的現象,就是我們所稱的「輻射冷卻現象」。

看到這裡,也許你會疑惑:為什麼沒有每天清晨都出現強烈的輻射冷卻現象呢?事實上,大氣中有許多不同的因素,都會影響輻射冷卻效應的強弱!

沒有太陽會冷,但地球也擁有自己的暖被

其中一個影響因素是「雲層的厚薄」。

當天空雲層較厚時,雲層和水氣會吸收地表所發散的能量,將地表向上散失的能量再次傳回地表,使熱量不會完全的逸散,因此,若是當天的雲層比較厚,熱量就更容易被保留在地表與大氣中,此時的輻射冷卻效應便不會那麼強烈,也較不會使清晨各地產生低溫。

雲層的厚薄就如同我們平常在睡覺所蓋的被子,如果今天你睡到半夜突然想起電視的插頭沒有拔,翻開被子去拔完插頭後,原本溫暖的被子因為被你翻開,所以在被子中的熱散失,你的被子便變的冷冰冰的,需要再次依靠你自身所發出的熱溫暖被子。

雲層與水氣就像是地球的冬被一樣,可以為我們保留暖呼呼的熱氣。圖/Pixabay

反之,如若你離開被子時有將被子蓋回去,等你拔完插頭回來後,被子持續保護住你先前所發出的熱,再次進入被子後你仍會覺得被窩十分溫暖。

如若當天雲層較薄,或為萬里無雲的好天氣時,由於地球失去雲層和水氣幫忙吸收地表所發散的能量,能量會不斷由地表向上散失,進入太空中,此時的輻射冷卻效應便較為劇烈,並在各地清晨產生極低溫。

像是2021 年 1 月 13 日與 14 日的超強輻射冷卻現象,也就是因為當時大氣中水氣減少、雲層較薄、天氣較好,地球失去了宛若暖被的雲層,無法保留能量,因此才會出現明顯的輻射冷卻現象。

人越多,身體可以越暖和?

另外一個影響因素,跟我們所身處的區域有關。

人口較為密集處,例如都市或是大樓林立的住宅區,因為人口密集,且人們的活動產生較多的熱能,造成地表溫度在夜晚下降的較緩慢,使得輻射冷卻現象較不明顯。

雖然臺北位於臺灣北部,但因大樓林立、人口密集,並不會出現最強烈的輻射冷卻現象。圖/Pixabay

而在寬廣的平地,因建築物稀少,且人口密度較低,少了大樓或是較高的地形阻擋地表輻射散失,當天清晨的輻射冷卻效應便會較強烈。

因輻射冷卻現象可能會受到不同因素的影響,所以冬天最強烈的低溫並不一定只會出現在較冷的北部,以 2021 年 1 月 13 日清晨為例,當時輻射冷卻最低溫即在苗栗縣的造橋,清晨溫度僅有 1.5 度呢!

預判溫差,出門不再擔心穿錯季節!

冬天時常出現輻射冷卻的現象,但當清晨過後太陽出現,太陽所放出的熱又會以短波輻射的形式進入地表,使地表增溫。

因此,若你需要在太陽升起前就出門,請務必特別檢查天氣預報,並留意是否出現輻射冷卻現象、關注太陽升起前後的溫差,才可以備好衣物,讓你更妥善的應對捉摸不定的天氣與溫度!

參考資料


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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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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)