愛上雲的技術：了解雲和天空的25個秘密，成為賞雲高手

日本知名雲研究者、新海誠導演《天氣之子》劇情顧問荒木健太郎
傾注無盡的愛與熱情，寫給雲的一本最美麗的情書
超過300張圖表插圖，教你看懂雲的美麗、了解雲的心思，
仰望天空時，不再只是拍雲，而是成為真正懂雲的人

你是否還記得，藍天中那些讓人強烈感受到夏日氣息的濃密白雲？你可曾見過，劇烈的雷雨停歇後，掛在天邊那道扣人心弦的美麗彩虹？你是否也喜歡拍下天空中多變的雲朵、上傳到社群網站與人分享？或者你有多久，不曾仰望天空了呢？
雲是一種只要抬頭仰望，幾乎每天都可以看見的大自然元素。無論是蓬蓬如棉花糖般的雲朵、纖薄如薄紗的雲層，甚至風狂雨驟的暴雨雲，總為廣闊的天空平添不同風貌。
本書搭配300多張照片與圖表，精采呈現雲的豐富世界與多彩變化，引領你學會「愛上雲的技術」。當你漸漸聽懂雲的話語、理解雲的心情，進而和雲心靈相通，不僅有機會看到美麗的雲和天空，也會知道如何避開會造成天氣驟變的雲。愈是了解，你就會愈喜歡雲，對雲的愛肯定也會變得更加強烈。從此你看雲的眼光，肯定將會大不同。
審閱
吳俊傑∣台灣大學大氣科學系教授
推薦
彭啟明∣天氣風險管理開發公司創辦人及總經理
黃昱維∣《天氣即時預報》創辦人、天氣小編
鄭明典∣中央氣象局局長
（按姓氏筆畫序排列）

 

荒木健太郎
雲研究者。氣象廳氣象研究所研究官、學術博士。
1984年生於日本茨城縣。慶應義塾大學經濟系、氣象廳氣象大學畢業。在地方氣象台從事預報與觀測工作，直至現職。專攻雲科學、氣象學、會招致豪雨、大雪、龍捲風等氣象災害的雲之形成，以及雲的物理學，期待能為預防、減少氣象災害貢獻一己之力。著作包括《全世界最棒的雲教室》、《雲裡發生了什麼事》、《積雨雲的一生》、《白雪姑娘小六的季節》等。此外，亦曾在新海誠導演的動畫電影《天氣之子》一片中擔任顧問。


吳怡文
接觸日文本為調劑生活，卻在意外之間，讓這個韻味十足的語言，成了人生下半場的主題曲。譯著包括《看不見的聲音，聽不到的畫》、《想要買馬車》、《下流老人》、《人到中年，更是理直氣壯》、《走在，沒人想去的地方：樹木希林離世前的最後採訪》等五十餘部。

推薦語
作為大氣科學家，我深切體認自然界的精密與深奧。其中，雲，堪稱力與美的象徵：其千變萬化令人目不暇給，同時也扮演各種氣象的徵兆，可從中看出雷電風雨的端倪。本書詳述雲的種類、形成機制及伴隨的大氣現象；推薦配合觀測技術，學習辨識雲種、預知天候變化，甚至藉以躲避天災風險。本書樂趣與實用兼具，值得一讀。
－－台灣大學大氣科學系教授／吳俊傑

我的博士論文很特殊，連續幾年的冬天，我都得跑到陽明山頂，有時凍到發抖的例如量測雲滴、收集雲霧水等，來探討當空氣汙染物如何和雲與交互作用。雲讓大家很有想像空間，但更代表水氣的變化，是大氣科學很重要的指標，也對未來全球暖化會有影響。雲會讓您更了解我們的環境，更可以來預測未來的天氣。《愛上雲的技術》這本書，就能帶領你開始學習了解雲。
－－彭啟明 天氣風險管理開發公司創辦人及總經理

不論何時，就屬天空中的雲的變化，最令人著迷。看著遠方如絲綢般的卷雲，層雲覆蓋時的平靜，積雲翻滾時的頑皮，積雨雲翻湧時的壯麗，你會讚嘆大自然的這股美麗。天空中的雲，就像永遠都看不膩的一幅畫，陪伴你我，走過每一年的四季。
《愛上雲的技術》讓你能在這變化萬千的天空，找到屬於你最喜愛的那朵雲，觀察它、品味它、愛上它。
－－黃昱維 《天氣即時預報》創辦人、天氣小編

看到書名，我滿好奇到底是什麼「技術」可以讓人愛上雲。但是我習慣先快速看一下書中的照片，第一印象是……怎麼／那麼像我在FB所分享的素材！
仔細看內容，愈看愈有趣。原來，這是要教一般人如何去愛上雲，更精確地說，是要教一般人去認識、去欣賞「雲」。的確，那是我FB主要的題材和訴求之一：透過雲，讓每個人都有機會去認識和欣賞天氣變化之美！
這個主題，文字要用的不艱難繁複，同時又要有足夠的完整度，事實上很不容易。以這個標準，我很樂於推薦這本書給所有關心、好奇與喜愛氣象的朋友。
－－中央氣象局局長 鄭明典
（按姓氏筆畫序排列）

 

前言
常聽人家說：「童年時我經常仰望天空，但現在已經完全不看了」。大家可還記得，藍天中那些讓人強烈感受到夏日氣息的濃密白雲；大家可曾見過，劇烈的雷雨停歇後，掛在天邊那道扣人心弦的美麗彩虹。
雲是一種只要抬頭仰望，幾乎每天都可以看見的大自然元素。然而，或許是因為身處慌亂不安的社會，許多人在長大後，仰望天空的機會逐漸變少。我執筆撰寫本書的目的，就是希望讓這些人可以回想起仰望天空的樂趣。當然，我也希望讓那些平常就會在仰望天空時，拍下自己喜愛的雲或天空、上傳到社群網站的人，可以遇上自己想見的雲，和大家分享享受觀雲之樂的訣竅。
在我剛開始以「愛上雲的技術」為題進行演講時，曾有位熱愛氣象學的聽眾問我：「愛上雲還需要技術嗎？」是的，的確需要技術。當然，就算沒有書中所說的「愛上雲的技術」，還是可以享受看雲的樂趣。你可以想像自己搭上宛如筋斗雲般的雲朵在空中翱翔；因為看到停駐山邊、狀如飛碟的雲而大感不可思議；也可以靜靜眺望雲朵，愉快地和身邊的人談笑。然而，學會「愛上雲的技術」之後，你對雲的愛肯定會變得更加強烈。
我雖是一個「雲研究者」，但並非從以前就這麼喜歡雲。在撰寫上一本著作《雲裡發生了什麼事》（日本Beret出版社）時，我才第一次深入地認識雲，並思考該如何表達雲的內心。沒想到，過去單純只是研究對象的雲，活力十足地和我交談，讓我的世界出現了巨大轉變。若能了解雲，聆聽它們的話語、理解它們的心情，就可以和雲心靈相通，並學會如何欣賞它們。越是了解，你就會越喜歡這些雲。我想和打從心底喜歡雲的雲友們分享這些技術，加深大家對雲的喜愛，然後，讓這份愛不斷蔓延。
在本書第一章，我會介紹雲的基本知識，作為愛上雲的基礎。在第二章，我將針對雲的名稱和特徵等分類進行說明，請大家務必確認過去曾經看過的雲的名稱。第三章，我將焦點放在美麗的雲和天空，說明各種現象的形成過程，以及如何可以看到它們。第四章講的是了解雲的心情，我將說明雲的形成和性格。最後，在第五章，我會告訴大家如何加深對雲的愛，以及和雲玩耍的方法。在本書中，幾乎所有說明都附上了照片或圖片，大家可以隨興翻閱，從自己最喜歡的雲開始閱讀。書末也提供了網址，點進去後可以看到每一章的提要，以及可以幫你輕鬆了解各種自然現象的影片。在每一章的開頭，則有說明影片和影像資料的QR Code，想透過影片了解各章提要的人可以參考。若在閱讀時覺得難以理解，建議先看第五章。
我由衷希望可以透過本書讓大家更喜歡雲，有機會看到美麗的雲和天空，並知道如何避開會造成天氣驟變的雲。在此，請容我主觀地將愛上雲的技術層級設定為〇到十（看到這句話的讀者已經到達第四級了）。大家不妨確認一下，從閱讀本書前，到閱讀完畢並和雲相處了一段時間，自己的程度上升了幾級。在這篇「前言」的後面，收錄了藍天中那些讓人看了會全身舒暢的雲、虹色的雲，以及紅棕色的雲，大家可以先欣賞一下。衷心希望這個社會瀰漫著對雲的喜愛；街上行人因為趣味滿溢的雲和天空而停下腳步、雲友們盡情釋放對雲的熱愛、大家一起仰望天空，熱烈討論關於雲的一切。為了實現這個夢想，我熱切盼望各位雲友能夠擁有充實、愉悅的賞雲生活。

前言 愛上雲，需要技術嗎？

第一章 愛上雲的基礎
1‧1 何謂愛上雲的技術
1‧2 什麼是雲
1‧3形成雲的空氣有何特性
1‧4 形成雲的粒子
1‧5誰決定了雲的一生
1‧6雲與風的關係

第二章 各式各樣的雲
2‧1十大雲屬
2‧2更詳細的雲分類
2‧3特種雲
2‧4高層大氣中的雲

第三章 美麗的雲和天空
3‧1大氣形成的色彩
3‧2 水粒子形成的色彩
3‧3冰粒所形成的色彩
3‧4夜空的光輝
3‧5因雷電而發亮的天空
3‧6髒汙的天空也很可愛

第四章 解讀雲的心思
4‧1透過雲而造成的氣流可視化
4‧2雲所傳遞的大氣心情
4‧3 會引發危險的雲
4‧4會引發災害的雲
4‧5經常讓人感到害怕的雲和天空

第五章 加深對雲的喜愛
5‧1和雲一起玩耍
5‧2透過簡單的雲科學來玩耍
5‧3和雲愉快相處
5‧4 散布對雲的愛
結語

1‧1何謂愛上雲的技術
雲的姿態千變萬化，不僅名稱不同，性格也不一樣（圖1‧1）。它們和人類一樣有著自己的個性。有喜歡的人時，大家應該會想知道對方的姓名和性格。當被對方的美麗外表和優雅姿態深深吸引時，便會繼續觀察，進而知道他的身高、經常和什麼人相處、成長環境和行為模式。徹底愛上對方後，甚至還會預測對方的行動，想辦法和他相遇。不只是人，若將對象置換成雲，上述的一切也完全適用。
生活在地球上的我們和雲有著很密切的關係。因為我們幾乎每天都可以看到雲，感覺就像家人一般。正因關係如此密切，若除了外觀之外，還能稍微了解它們的性格和行為模式，就可能會喜歡上對方、懂得如何和它們相處。
懂得和它們相處之後，就可以自己欣賞美麗的雲和天空（圖1‧2）。光是擁有各種現象的形成與發生條件等些許背景知識，看到美麗景象的機率就會大幅提升。而且在雲心情不好時，也會知道如何和它們保持適當距離，讓自己不至陷入氣象災害中。透過雲和天空來預測天氣變化稱為「觀天望氣」，雲會賣力為我們傳達天空的心情（狀態）。引發災害的雲常被視為壞東西，但事實上，它們會讓我們看到前兆，告知可能發生的危險。一如上述，愛上雲的技術是一種在日常生活中欣賞、接近雲，同時還能了解雲所傳遞之天空心情的技術。
賞雲的方式因人而異，但不管用的是什麼方法，都可以看到許多外型美麗或姿態優雅的雲。光是能看到在夏季天空冒出的積雨雲、被染成虹色的雲和天空，或是早晨和晚上的紅棕色天空，就足以讓人雀躍萬分。雲這種會隨著大氣的流動和狀態改變模樣的率直性格，以及勢必會依照物理法則來行動的一絲不苟，都是「欣賞的重點」。我衷心期待各位對雲的喜愛，會隨著閱讀本書的過程而變得愈加深刻，也希望大家都能夠找到自己的「賞雲之道」。

1‧2什麼是雲
簡單來說，所謂雲就是「懸浮在地球的大氣中，且可以讓我們看到的由無數細小水滴和冰的結晶構成的集合體」。雲之所以會有各種不同的樣貌，乃是因為雲滴（cloud droplet）這種形成雲的小水滴和冰的結晶（冰晶）會隨著雲內的大氣而流動。形成雲的雲滴和冰晶合稱為雲粒（cloud particle）。
雲粒以每秒約一公分的速度從大氣中落下，然而因為大氣中到處都是速度快於每秒一公分的上升氣流，所以雲粒可以飄浮在大氣中。雖然每個粒子本身因太小而看不見，但藉著大量水滴和冰晶集結，散射太陽光中肉眼可以看見的可見光，我們便可以看到雲的樣貌（第三章第一節，＊＊＊頁）。一想到每朵飄浮在空中的雲都是由數量龐大的粒子形成，我就非常感動。

1‧3形成雲的空氣有何特性
水的相變
從現在開始，我們要仔細探究雲的內部。構成雲粒的水滴和冰晶，是由水形成的。水擁有氣體―水蒸氣、液體―水滴、固體―冰晶這三種面貌（相），當水的面貌在這三者間轉變時，則稱為相變（圖1‧3）。
水擁有的能量會因為相的不同而有所改變，由高至低依序是氣體、液體、固體。因此，當大氣中的水發生相變時，就必須吸收或釋放能量（熱），而它們吸收或釋放能量的來源或目標，就是周圍的空氣。隨著大氣中水的相變，周圍的空氣也會跟著變熱或冷卻。這種能量的名稱會依據相變而有所不同，一般通稱為潛熱（latent heat）。流汗時，吹了電風扇後之所以會感到涼爽，就是因為皮膚上的汗（液體―水）蒸發變成水蒸氣時，會從的周圍空間（包含皮膚）把熱奪走。
雲在形成、成長時，會先透過水蒸氣凝結和昇華的過程，形成雲粒（圖1‧4）。這些過程會出現在雲的輪廓附近，也會發生在雲的內部。因此，在成長的雲內部，會隨著水的相變而釋放潛熱，變得比雲外部的空氣稍微溫暖一點。
另一方面，在雲內成長的水滴和冰晶很快就會變大，成為雨或雪，往雲的下方落下。這種從雲落下的水物質粒子稱為降水粒子（precipitation particle），降水粒子往地面落下的現象稱為「降水」。若這時的降水粒子是雨稱為降雨，若是雪則稱為降雪。
降水粒子落下時，雪會在氣溫為〇℃的融解層（melting layer）融解，或者因接觸到雲周圍的乾燥空氣而昇華、蒸發。結果，周圍的空氣因為潛熱被奪走而冷卻、變重，形成下降氣流（descending current）。這種下降氣流會因為落下的降水粒子將周圍空氣往下拖曳而速度加快。
大家可以把它想像成，雲在發展時會變熱，但衰退時，不管身心都會變冷。

1‧4形成雲的粒子
雲裡發生了什麼事
讓我們來看看雲裡的世界。在雲內，各式各樣的雲粒相互碰撞、牽手、分開，造就出一齣齣精彩的好戲。雲粒們在雲中進行交互作用和相變的過程，稱為雲物理學（圖1‧8）。
若從「組成雲的粒子為水或冰」這個角度來思考，可將雲分類成由液體雲滴形成的「暖雲」（warm cloud）和含有固體冰晶的「冷雲」（cold cloud）。單單由液態水形成的雲是水雲（water cloud），只由固體的冰形成的雲為冰晶雲（ice-crystal cloud），同時含有上述兩種的則稱為混合雲（mixed cloud）。雲裡的粒子們會在經歷過各式各樣的過程後變大又變小，非常熱鬧。圖1‧8中，粉紅色字所標示的活動會伴隨著水的相變，藍色字所標示的活動則不會出現相變，換句話說，就是沒有大氣和潛熱的交換。現在我們就來更近一步地來了解這些過程。
雲與氣膠
雲粒形成時，大多由氣膠（aerosol）這種懸浮在大氣中的液體或固體微粒扮演核的角色，這個過程稱為成核作用（nucleation），若是雲滴便是雲成核，如果是冰晶，則稱為冰晶成核。
讓我們來做一個可以感受到成核作用的實驗（圖1‧9，影片1‧1）。首先，請準備一碗熱呼呼的味噌湯。味噌湯表面冒出的熱氣，是水蒸氣凝結成的水滴漂浮在大氣，讓我們能夠看到，可以視之為雲滴。接著，請拿一根點了火的香靠近味噌湯，這時我們可以看到有更多熱氣冒出來了。這並非是因為味噌湯的溫度改變了，而是香的煙粒子引起成雲成核，讓形成的雲滴數量增加。
在此，我們來複習一下氣膠。大氣中的氣膠大小為一奈米（一百萬分之一公釐）至一百微米（〇‧一公釐），每一立方公分的大氣中，甚至有一千至一百萬個小型氣膠。一般來說，在都市地區的陸地氣膠較多，海上較少。氣膠有各種不同種類，在都市地區有硝酸鹽粒子、硫酸鹽粒子、煤粒子（黑色的碳），內陸有土壤粒子（dust）、礦物粒子，在海上則經常可以看到海鹽粒子（sea salt particle）（圖1‧10）。若根據這些粒子的來源進行分類，誕生於海面波浪飛沫的海鹽粒子，或是在沙地被風捲起的礦物粒子等屬於自然形成的天然氣，因汽車或工廠廢氣等人類活動而產生的氣膠稱為人為氣膠，來自花粉或細菌等生物的則稱為生物氣膠。
根據氣膠種類和狀態的不同，成核作用的難易程度也有所差別。可以造成雲成核的氣膠稱為雲凝結核（cloud condensation nuclei），以海鹽粒子和硝酸鹽粒子等水溶性氣膠為代表。另一方面，礦物粒子與生物氣膠等不溶於水的粒子會造成冰晶成核，稱為冰晶核（ice-crystal nuclei）。
在此，我們請飽和的氣塊先生針對雲成核進行說明（圖1‧11）。若在沒有雲凝結核的乾淨環境中，持續提供水蒸氣給飽和的氣塊先生，因為氣塊先生可以攝取大量水蒸氣，理論上即使濕度到達數百％，都不會發生雲成核。但是，我們並不會觀測到這樣的濕度。在真實的大氣中，氣膠造成雲成核後，水蒸氣會從空氣中溢出變成水。如果存在具備成核能力的氣膠，即使過飽和度（超過一〇〇％的濕度）在一％以下，也會造成雲成核。如果有成核作用能力較高的氣膠，即使過飽和度只有〇‧一％，也會形成雲滴。
氣膠雖然小到無法一一看見，但根據數量的不同，雲的形成、發展過程也會有所變化，而這些變化則會對降水現象與整個地球的氣候造成極大影響。