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亂咬人的海浪?淺談海岸邊那個危險的瘋狗浪

Mia_96
・2021/07/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘

每到了夏季,海邊總是大家嚮往的好去處(雖然現在因為疫情影響,我們提倡乖乖待在家裡為臺灣防疫盡心盡力!),過往夏季時大家前往喜愛的陽光沙灘,總可以看到陣陣海浪拍打在岸邊,盡情享受清涼海水與徐徐海風的吹拂!

海浪可以如浪花般輕盈,卻也可以如海嘯般帶來巨大災害。圖/Pixabay

但!海洋並非總是風平浪靜,有時的海洋也會帶給我們突如其來的巨變,在新聞中時常聽聞的瘋狗浪即為其一。

到底什麼是瘋狗浪?又為什麼要稱呼他為瘋狗浪呢?

在海面傳遞的能量——海浪

要了解瘋狗浪的成因,首先要先了解海浪是如何形成的!

海浪的主要成因是風將能量從大氣傳至海面,當海面獲得能量時,海洋中的水分子便開始做圓周運動,這,就是海浪!上層海水拖著下層海水,能量一層一層地向下傳遞,傳遞過程同時受到水分子之間的摩擦力影響,能量逐漸減弱,因此在深層的海洋幾乎沒有波動產生。

當海浪開始向前傳遞時,越接近岸邊,海床逐漸升高,下層的水分子撞到海面下的海床,就會造成海浪的波速逐漸減緩,我們以下面這張岬灣圖簡單判斷波浪傳到岸邊時與海岸呈現的交角關係。

岬灣地形的形成原因為差異侵蝕作用,所以可以假設為在海面下的海床也與裸露在陸地上的岬灣一致,在岬的部分突出,灣的部分凹陷。圖/作者自製

當波浪(藍色箭頭)逐漸打進海岸時,受到海底地形的影響,其波速逐漸減緩,波浪逐漸偏向法線(黃色實線),越靠近海岸,波浪持續偏向法線,最終波浪前進的方向會與海岸漸趨垂直。

海岬上的突發大浪

海岬地形即是容易出現瘋狗浪的其中一個原因,從圖中可以發現,當海岬處波浪不斷聚集,能量匯聚會造成海浪的波高逐漸累積,此時的海岬,容易產生突發性的大浪,也就是我們俗稱的瘋狗浪。

另外,容易造成瘋狗浪的原因還有強風吹拂,當風速越強烈快時,海面獲得的能量就會更多,產生的海浪也會更為強烈,當強烈的海浪再加上碰到匯聚能量的海岬地形時,便更容易造成瘋狗浪的產生。

瘋狗浪並沒有明確的定義或是說法,因為瘋狗浪容易致在岸邊活動的人們於危險當中,就如同瘋狗一樣可能會亂咬人,所以我們習慣將突然發生或是強烈的海浪稱做瘋狗浪。

突如其來的大浪有可能越過海堤,沖上岸邊造成危險。圖/Pixabay

臺灣易發生瘋狗浪的時間與地點

在臺灣,最易發生瘋狗浪的時間便是颱風與東北季風盛行之季節:颱風強力的風速會在臺灣外海持續產生強烈的海浪,當海面不斷獲得能量,其傳至海岸邊的能量也會更多、更大;而冬季時的東北季風也是容易產生瘋狗浪的原因之一。

而臺灣的東北角因多為岬灣地形,則是瘋狗浪易出現的地點,但瘋狗浪並不局限於出現在東北角,只要有海岬地形,或是較為突出的堤坊、海岸都有可能匯聚能量,形成波高較高的海浪。所以當知道海洋上有氣旋產生、強烈的季風作用或是在岸邊感受到較為強力的海風吹拂時,都應盡量遠離岸邊才最為安全!

預知瘋狗浪—海洋雷達觀測系統

過去我們總認為海象難以預測(此海象非海洋中生活或是在海生館可以看到的海象,而是指海面上因為風力吹拂而造成海浪的情況!),因為海象預測需要考慮到風向風速的變化、海浪相互作用影響、海底地形等眾多原因,但風場環境瞬息萬變,間接也造成不斷變動的海象,再者,一般民眾較少需求接觸相關的海象預報,所以海象觀測一直不如氣象觀測發達。

台灣目前使用的為海洋雷達陣列推算海域中波浪的強度,發展出台灣海洋雷達觀測系統(Taiwan Ocean Radar Observing System, TOROS),提供給人民更為準確、進步的海象監測,即時性與預測性的海象觀測,使海洋運輸、漁業捕撈等工作或是休閒娛樂更加安全。

海洋雷達陣列是使用雷達發射雷達波,當雷達波入射到海表面時,碰到海洋中的海浪,便會以各方向散射,海洋雷達就是利用雷達波所產生的「布拉格效應」—當海洋上出現與雷達波波長有偶數倍數關係的海浪,會產生較為強烈且能量較大的雷達回波反射回雷達,來推算目前海面上波浪的波長!

而不同地點、距離會使回傳的回波產生相異的都卜勒效應,透過都卜勒效應(頻率為正值,代表海浪靠近雷達;頻率為負值,代表海浪遠離雷達)便可以知曉波浪與雷達的相對速度與方向。

關於都卜勒效應更詳細且清楚的解釋可參考此影片。

當雷達透過布拉格效應獲得海浪之波長(因雷達波的波長為已知數),又知曉海浪頻率的變化後,將回波所得出之資料輸入電腦計算,便可以得出波浪的波高、波向、週期、速度等相關資料。

左上為布拉格散射之示意圖,左下為海浪前進或後退所產生的都卜勒效應,透過雷達回波的譜線分析 (右圖) 即可判斷海浪、風向、風速、方向等海面訊息。圖/臺灣海洋科技研究中心

而難以預測的海象遇到瘋狗浪更增添了難度,因為瘋狗浪的成因與易發生地點都僅是推測性的預測而非絕對性的預測,專家目前對瘋狗浪的成因仍持續的嘗試理解與推估,但目前中央大學水海所團隊已經透過海洋雷達觀測系統,可以有效的在瘋狗浪抵達的前 20 至 30 分鐘提供預警!

透過分析瞬時的海象變化,更可以有效進行預測,也可較為減少瞬間海象造成的災難,海洋中的觀測系統仍在不停的發展與改進中,在未來,一定會持續的改良與精進海象觀測,加強海上或海邊活動的安全性!

利用臺灣海洋雷達觀測系統 (TOROS) 測得臺灣周遭海象變化。圖/臺灣海洋科技研究中心

資料來源:

  1. 國立中央大學地球科學系
  2. 神出鬼沒的瘋狗浪
  3. 海洋觀測儀器與方法
  4. 利用高頻雷達監測台灣四周海域表層海流

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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’*)