2.2 氣候的定義

著名氣候學家 A. S. Monin 定義氣候為「在長達數十年期間，大氣-海洋-陸地系統狀態的統計系集」( A statistical ensemble of states of the atmosphere-ocean-land system during a time period several decades long. )。這個看似簡單的定義指出了三個重點: 統計系集(statistical ensemble)、數十年及大氣-海洋-陸地系統。

什麼是統計系集？氣候變化是由許多隨機過程所組成的，無法以數學函數準確地描述它在任何時刻的確切狀態(無論是過去或未來)。但是，它也可能具有某些可以被偵測到的統計特性。最明顯的例子是四季變化。地球自轉軸相對於黃道面的傾斜角（約23.5度）以及地球繞太陽公轉，是造成四季的主要原因之一。如果，上述的天文因素是影響四季的唯一因子，我們就可準確的預測世界各地的四季變化。但是，各地的四季變化還受到緯度、高度、海陸分布、地形、大氣內部動力甚至人為因素等的影響。許多已知及未知的隨機過程不斷地塑造地球氣候，讓我們無法預知每一天的確切溫度。

所幸經過許多觀測，我們仍可歸納出各地的四季變化的主要特徵，而且發現它仍是受到上述天文因素的影響。比如，以整個北半球而言，12-2月是最冷的季節， 6-8月是最暖的季節; 在南半球，則剛好相反。每一季節的長期平均溫度可以從許多年( 亦即，許多次的觀測 )的資料計算出來，我們因此知道冷暖氣候的空間分布。分析多年資料之後，我們同時也發現冬季之後是春季、夏季、秋季，再回到到冬季，亦即季節之間有極高的相關性。這個循環每年不停地運作，此一季節變化的長期平均特性，就是Monin所說的統計系集中的一種。由以上討論，我們知道，氣候是大氣-海洋-陸地系統的統計特性，而非任何時刻的確切狀態。

氣候具有多重時間尺度的特性(見下一節的討論)，使得描述氣候變化的工作變得十分因難。我們要了解的是它變化較緩慢的部份，因此必須作某種篩選以便過濾氣候系統中變化較快的部份。科學家對於應取多長的時間來計算氣候特性的系集平均有許多不同的看法。Monin並未提出確切的時間長度，只將之定義為數十年。世界氣象組織( World Meteorology Organization，WMO )則將之定義為30年。因此，世界各國氣象單位每隔30年就必須公佈當地氣候的統計量。這也是為什麼許多氣候變遷研究皆以1951-1980的平均氣候狀態(如，全球平均溫度)為參考點，探討氣候的變化。

Monin定義的氣候系統，包含了大氣、海洋、陸地三大分量(component)，明確地指出雖然氣候變化的表徵皆呈現在大氣變數(如，溫度、降水、風...等)上，它實際上是上述三大氣候分量交互作用產生的結果。如果再細分，而且考慮生物的影響，氣候系統則包括大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈及生物圈(圖2-1)。這些分量彼此之間息息相關，不斷地交互作用。五大氣候分量中，以大氣圈變化最快，反應也最快。它們之間交互作用的結果當然也最快呈現於大氣之中。各分量交互作用對氣候的影響，將在本書各章節中陸續提到。