天气小观：北方大地沉睡，南方海面凛冽朔风
再过两天就是正统12月入冬了，在这深秋转入冬的季节，
尽管南方依旧如秋，但北方大地早已沉睡，一层层的厚雪覆蓋，
海湖结冰，万籁俱寂，世界变成一片白，安静地不像话，
只有科技的世界更有活力了；结束了文学之秋，冬天是科技的季节。
一、起源就是人类文明之火，火的运用让人类对抗寒冷冬季，演化出人类文明。
二、人类的驭火术有了精进，蒸汽机的运用开启第一次工业革命，文明的转折。
三、有了炉火纯青的驭火术，人类试图掌控更多，尤其二次工业革命的雷电术。
四、为了更贪婪掌握真实和虚拟的世界，过度滥用驭火术导致失控的全球暖化。
五、全球暖化是人类所造成已成共识，如何弥补？或使用禁术？只能拭目以待。
一、文明之火
地球是太阳系的第三颗行星，距离太阳约1.5亿公里，绕着太阳进行公转和自转，
自转轴相对于轨道平面法向量(垂直于轨道平面)的转轴倾角23.44度，
因此分别产生了四季和昼夜，
而地轴的倾角约以四万年的周期变动，变动幅度在22.1~24.5度间。
1. 地球倾斜的原因
一般认为，四十亿年以前，一颗小行星撞到地球，造成地轴倾斜于是产生地球四季气候。
然后六千五百万年前的一颗陨石撞击地球，导致了恐龙的灭绝。
2. 如果地球没有倾斜
自转轴没有倾斜的地球就没有四季的变化，赤道永远受到太阳直射，两极永远只有微光，
高纬度永远干燥低温，人类无法在高纬度生活；
低纬度永远多雨高温，土壤不停受到冲刷入海。
副热带高压终年盘据在北纬20~40度之间，受副热带高压垄罩的地方终年无雨。
于是人类只能借由地形局部分布在副热带高压南北侧边缘适合居住地方。
3. 如果地球倾斜90度
当地球自转轴倾斜的角度高达90度的话，地球的四季会变得非常极端，
冬夏半球大气逆转，同时大气不稳定机制异常活跃，出现许多剧烈天气。
地球没有永冻冰层，从赤道至两极都会在冷季时结冰。
也因为没有永冻冰土，人类除了对抗天气，还要对抗活跃的细菌病毒。
4. 地球巧妙的倾斜23.44度，天生万物以养人
当今地球的地轴倾斜23.44度，这巧妙的角度变化并不大且变化缓慢，
让地球在一段时间内，能保持着规律的四季轮替，
人类文明中最大成就，就是观测四季变化来适时的看时机下农，增加粮食收成！
5. 食衣住行的第二顺位"衣"
满足了口腹，再来就对抗环境变化的"着衣"了：
(1) 人类对火的使用是人类文化演化的转捩点，使人类繁衍开创文明。
在远古时代，大自然的火对生态环境的变化有着十分重要的影响。
一场大火过后，无数生命被吞食，幸存下来的人类只得从灰烬中寻找可以充饥的东西。
原始人在从灰烬里寻找食物的过程中发现，火虽然是可怕的，但靠近它时又可取暖。
这一意识的发生可以说是人与动物区别开来的一个重大分界线，
正是意识到火可以取暖人类才产生了保存火种的意识。
原始人开始将自然火种带回洞穴中保存起来，人类对火的利用也就从此开始了。
(2) 火的利用是人类发明服装的最根本动力
原始人在使用火的过程中，毛发逐渐退化减少，于是对火的依赖性也越来越强。
特别是冬天，当人类离开火堆外出活动或寻找食物时，
由于感到非常寒冷，就不得不开始思考寻找御寒的办法，从树叶演进的兽皮的着衣。
寒冷带给了人类的启发，人类在困难面前学会了思考，终于发明了服装，
二、驭火术
自从人类懂得驾驭星星之火以后，便开始征服万物，社会组织也壮大起来，
18世纪的工业革命，是技术发展史上的一次巨大革命，驭火术的潜大威力被展现出来，
大机器生产出现，文明进入蒸汽时代。
三、贪婪
两次工业革命后的高速生产时代，
人们的物质欲望变得越还越高，于是贪婪的滥用地球的资源。
甚至爆发了两次世界大战，恶性循环的结果，终致地球环境的失控。
四、失控的全球暖化
地球只剩12年！升温1.5度达“暖化大限”
联合国公布的调查报告指出，自工业革命以来，
人类活动已让地球平均温度升温摄氏1度，
若持续依现在的温室气体排放程度，
地球最快在2030年突破摄氏1.5度的“升温大限”，
届时夏季热浪会越发极端，恐比现在高温再增加 3 度，
且北极海出现夏季无冰情况，造成海平面大幅上升，
包含大堡礁在内的70％至90％的珊瑚礁都会消失。
全球气候变迁陷入一场灾难，影响数百万人生死。
升温摄氏1度
温度上升摄氏1度后，北极圈全年将有半年处于无冰的状态，
而通常不知飓风为何物的南大西洋地区沿岸将饱受飓风侵袭，
美国西部居民也将面临严重的长期干旱。
升温摄氏2度
冰河逐渐消融，北极熊挣扎求生，格陵兰岛的冰河开始融化，
珊瑚礁也逐渐绝迹，全球海平面上升七公尺。
升温摄氏3度
亚马逊雨林逐渐消失，强烈的圣婴气候现象变成常态，
欧洲在夏天将不断遭受少见的热浪侵袭，
数千万或数十亿难民从亚热带迁徙到中纬度地区。
升温摄氏4度
海平面上升，并淹没沿海城市；冰河消失，造成许多地区严重缺水；
部分南极洲崩解，更加快了海平面上升的速度。
升温摄氏5度
不适合居住的地区不断扩大，
供应一些大城市用水的积雪和地下蓄水层出现干涸现象，
数百万人沦为气候难民；
人类文明可能会因剧烈的气候变迁而开始瓦解，贫民将遭受最大的煎熬；
两极均没有冰雪存在，海洋中大量的物种灭绝，大规模的海啸摧毁沿海地区。
升温摄氏6度
温度上升摄氏六度后，高达95%的物种灭绝，
残存的生物饱受频繁而致命的暴风雨和洪水所苦；
硫化氢与甲烷不时引发大火，就像随时会爆发的原子弹一般；
除了细菌之外，没有任何生物能够存活，如同“世界末日”的情节上演。
从摄氏1度升温到摄氏3度的临界点，
直到升温6度导致包括人类在内的生物大灭绝，
很难想像人类活动就是造成这些浩劫的元凶。
更重要的是，由于地球上的生态系统非常错综复杂，
气候变迁所导致的实际后果，可能比科学家预测的还要更加严重！
基于理论上的分析，温室气体排放所导致的气温上升，
地球将很快达到升温2度的阶段，
因此我们保住这个星球的唯一选择就是立即采取行动，
减少温室气体-最大宗：二氧化碳（CO2）的排放。
五、弥补机会
为了阻止失控的大气温度，人类需要开发出更多新术。
暖化效应的弥补：碳捕捉、碳封存、碳转化
或是扮演上帝，使用禁术：核能
核能这东西在人类文明中，可说是一项奇蹟：危险而美丽，
而这也是继驭火术、雷电术、幻术...等之后，最想掌握的禁术之一。
当今所开发出来的仍是不完整的核分裂技术，但已是惊世骇人了。
对于减碳来说，根据国际能源署IEA(2016)能源科技展望报告指出，
至2050年全球CO2减量技术潜能推估
第(1)位：终端用户的能源效率提升 38%
第(2)位：再生能源 32%
第(3)位：碳捕捉与封存技术(CCS) 12%
第(4)位：终端用户的的燃料转换 10%
第(5)位：核能 7%
第(6)位：发电效率提升与燃料转换 1%
因此，
(1)全民用户使用能源效率的提升和(2)再生能源对减碳的贡献之外，
再来就是较陌生的碳捕捉与封存技术(CCS)了。
(一) 碳捕捉与封存技术(Carbon Capture and Storage, CCS)
碳捕捉技术：捕捉二氧化碳的技术
1. 小苏打碳捕捉技术：以小苏打为主成分的海绵进行碳捕捉。
2. Starbons生物材料：自废弃生质能包括海藻和食物皮，
具有大量细微孔隙可以高效率捕捉二氧化碳。
碳封存技术：封存二氧化碳的技术
1. 玄武岩碳封存：将二氧化碳注入玄武岩，快速反应形成盐类固化封存。
2. 生产碳产品，如高性能电池材料、制作二氧化碳混拟土。
CCS技术是达成巴黎协定2C目标及1.5C努力目标之重要组成策略之一，
也是可以解决现有电力部门锁定碳来发电的关键技术。
自1990年代以来，各国推动大型CCS专案做为低碳能源转型的策略，
2017年11月全球共有17个大型CCS综合专案商转，
总计二氧化碳捕捉量接近3,700万吨/年，已展现 CCS 技术减量成效。
但因缺乏政府立法及推动政策的支持，更有投资成本过高、
投资诱因低、低碳政策不明、资金不足、发电成本增加等因素，
延缓了大型CCS计画的发展；另外，因为CCS项目的规模较大，具高技术性风险，
也要承担无法商转和无法获利等财务风险，需要政府持续协助推动，
并且明确表示CCS为值得投资的减碳技术，
政策方面同时加速CCS专业部属，协助降低成本、提高安全性，
确保CCS技术到2050能持续如期应用，否则将产生严重的二氧化碳减量缺口。
而目前国际正致力研究降低CCS资金和运营成本，并改善发电效率。
2017年06月瑞士吸碳工厂开张，目标2025年吸收全球碳排1%，减缓全球暖化。
https://e-info.org.tw/node/205842
工厂所有人Climeworks向媒体表示，目前工厂还没有开始赚钱，
但有信心在三到五年内将每吨温室气体捕捉成本从600美元降到200美元，
最终达到每吨100美元。
西方石油公司首席执行官薇琪 霍勒（Vicki Holub）也表示：
“碳捕捉的发展势在必行，而且必须大规模实行。
如果没有碳捕捉技术，我们便无法将全球暖化的幅度控制在《巴黎协定》中决定的2C。”
为推动CCS技术发展，我们的环保署也成立“碳捕集及封存技术策略联盟”，
从小规模试行计画开始，逐步扩大示范计画，最终期望于2020年达成商业运转目标。
对此，目前发展的相关技术包含台湾工研院的钙回路碳捕获技术、
瑞士Climeworks 公司的生物能源与碳捕获和储存、
结合太阳能发电和碳氢化合物生产于同一地点的芬兰 Soletair 碳捕捉工厂
以及美国登山家（Mountaineer）发电厂的冷氨技术（chilled ammonia technology）等等。
好消息是根据今年《Joule》期刊发表的新研究显示，
投资成本可望大幅降低，来到 94 到 232 美元／吨的价格区间。
(二) 碳转化技术
此外，比起被动的碳捕捉和碳封存，
碳转化技术则是主动的把捕捉到的二氧化碳立即拿来再利用。
（Carbon Capture and Utilization，CCU）
另类的炼金术
这种碳工程技术的发展，除了将碳捕捉成本降低，
若能将采集到的二氧化碳进一步转化为液体燃料，
搭配碳捕捉成本控制在足够低的范围，
液体燃料就能降低燃料价格接近市价，刺激政策推动。
2018年05月16日科技新报：
技术独步全球，台大发明创新低成本碳转化系统
https://tinyurl.com/yclplujr
人类的炼金术又进一步了。
壹、冬季西风带
已推动十几年发展的CCS是否能有效减缓暖化，每年的冬季就是观察的重点，
然而，全球CCS专案要达到商业化应用存在太多风险和压力，
部分先进国家和欧盟正在改善法规管理体系和推行CCS机制，
但仍有专家提出CCS远远比不上排碳速度，预期成效恐大大折扣，
以去年全球暖化持续来看，
2017年底的冬季在欧洲、中北非、美国阿拉斯加和西西伯利亚等地变暖的程度最为显著。
北极海冰当时面积更创下冬季的新低纪录，可见地球温度仍在失控。
只是，无论如何，有做总比没做好，
首要观察的2018年底的冬季现已展开，接下来暖化情况又会如何，
当然就是先从冬季西风带来看。
西风带的斜压特性主导地球中纬度系统的大气活动，
冬季因极地冷气团南下，大气呈明显温度梯度分布，
大气的斜压特性几乎显现于整个冬季半球（除了近热带偏低纬度区外）。
因此，
谈冬季西风带的变化就要从斜压大气的特性来看，
斜压大气又牵涉到大气长波理论，
大气长波理论又是从大气运动方程推导，
大气运动方程源自基础的动力学方程来描述大气运动。
1.动力学 2.大气运动方程 3.大气长波理论 4.斜压大气 5.冬季西风带
1.动力学 2.大气运动方程 3.大气长波理论 4.斜压大气 5.冬季西风带
1. 动力学
一团微小的空气团单位质量受到的作用力应该有
1.1 电磁力：忽略
1.2 地心引力
地心引力是万有引力的一种
(g) = –GM / r^3 (r) = –GM / r^2 (ar)
(r)为向量，大小|r|，方向为地心指向该单位质量微小空气团。
(r)=|r|(ar) = r(ar)，(ar)单位向量(地心指向该单位质量微小空气团)
r =|r|
G：引力常数
M：地球质量
负号(-)表示地心引力方向指向地心，地心引力大小与r^2成反比
由于重力是保守力，作功只和起点和终点的位置有关，和路径无关，
作功可以转换成位能储存，减少的位能等于保守力对该质点所做的功，
位能II