下雨前，為什麼頭和舊傷會痛？
― 身體正感受到相當於爬上數十層大樓的氣壓變化
「快下雨時膝蓋會痛」、「颱風前頭會發沉」。這些老一輩常說的話，或許不只是心理作用。低氣壓接近時，我們周圍空氣的重量會變得跟爬上高樓一樣輕。這種微小的變化，據信是由耳朵深處感覺到的。
早上起床，總覺得頭昏昏沉沉的，太陽穴一陣陣抽痛。窗外明明還是晴天，可是看天氣預報卻說「下午開始下雨」。
家裡有人會說：「以前扭傷的那個腳踝又開始隱隱作痛了。」似乎在雨真正落下之前，身體就已經先察覺到了。
天空明明什麼都沒變，身體到底感覺到了什麼呢？
身體能「提前感知下雨」，有兩個原因
低氣壓接近時，空氣從上方往下壓的力量會變弱。就算是普通的低氣壓，變化幅度也相當於爬上近100公尺高的大樓。
耳朵深處有感知身體傾斜與旋轉的器官。據信這裡也會對氣壓變化產生反應，進而擾動調節身體狀態的神經。
像這樣因天氣變化而出現頭痛、暈眩、舊傷疼痛的現象，被稱為「天氣痛」或「氣象病」。讓我們依序來看看。
低氣壓來臨，等同於爬上了大樓
我們生活在厚達數公里的空氣層底部。這些空氣的重量所產生的壓力，就是「氣壓」。平常地面附近的氣壓大約是1013百帕。
往高處移動時，頭頂上的空氣會變少，氣壓因此下降。在地面附近，大約每上升8〜9公尺，氣壓就會下降1百帕。
另一方面，低氣壓接近時，光是待在原地氣壓就會下降。普通的低氣壓一天內下降10〜20百帕並不罕見。強烈颱風正上方通過時，甚至可能下降50百帕以上。
請試著移動圖1的滑桿。氣壓下降10百帕，相當於爬上約85公尺高的大樓。若是強烈颱風，變化幅度接近爬得比東京鐵塔還高。
不過，這裡有個奇怪之處。搭電梯上10樓，氣壓會在幾十秒內下降3〜4百帕。以變化速度來比較，遠比低氣壓急促。可是幾乎沒有人會因搭電梯而頭痛。
也就是說，天氣痛似乎不是和氣壓「快速的變化」有關，而是和耗時數小時的「緩慢變化」有關。這正是天氣痛謎團的核心。
耳朵深處的感測器，擾動了身體狀態
耳朵深處有個稱為「內耳」的部位。在聽覺器官旁邊，排列著感知身體傾斜與旋轉的器官。這正是暈車時被說「眼睛和耳朵的訊息互相矛盾」所指的那個耳朵。
日本的研究人員曾將患有慢性疼痛的老鼠放進可降低氣壓的房間裡進行研究。結果發現，降低氣壓會增強老鼠的疼痛反應，但內耳受損的老鼠則沒有這種增強現象。從這項結果來看，內耳可能是感知氣壓變化的入口。
內耳傳來的訊息，在腦中也會傳到自動調節心跳與血管粗細的「自律神經」。據信這個神經的平衡一旦被擾動，就會使血管擴張引發陣陣頭痛，或是讓原本較脆弱的部位疼痛加劇（圖2）。
關於舊傷疼痛的原因，還有其他說法。例如受傷後的組織，可能會因周圍壓力變化而稍微膨脹。或許不只是單一原因，而是多種因素重疊造成的。
英國曾進行一項研究，讓一萬多名患有慢性疼痛的人每天用智慧型手機記錄疼痛狀況。結果顯示，在濕度高、氣壓低、風勢強的日子，疼痛有稍微增加的傾向。至於與氣溫的關係，則沒有明確結果。
那麼，該怎麼辦呢？
容易出現天氣痛的人，平時留意天氣預報中的氣壓變化，可以提早做好心理準備。建議提早休息、充分睡眠等調整自律神經的方法。也有人認為溫熱耳朵周圍會有幫助。
不過，若出現平常沒有的劇烈頭痛，或是突然發生的強烈頭痛，請別歸咎於天氣。務必立即就醫諮詢。
總結
低氣壓接近時，光是待在原地，氣壓就會下降到相當於爬上數十層大樓的程度。耳朵深處的器官感知到這種緩慢的變化，進而擾動自律神經，據信這就是導致頭痛與舊傷疼痛加劇的原因。
下雨前會痛，或許不只是心理作用。
身體正透過耳朵深處，感覺到空氣重量稍微變輕了。
關於耳朵與氣壓的關係，也可參考「飛機降落前，為什麼耳朵會痛？」；內耳的功能則在「為什麼會暈車？」中有詳細介紹。
- 如果手機內建氣壓計，可用顯示氣壓的App查看目前數值。搭電梯上下幾層樓，就能看到數字跟著變動。
- 每天早晚在同一地點記錄氣壓。天氣預報顯示低氣壓接近時，有時一天內會下降10百帕以上。
- 同一天也把頭部的沉重感或身體狀況，分成「好・普通・差」三個等級記下來。持續2〜3週後，與氣壓的變化對照看看。
了解自己的身體對哪種天氣較敏感後，就能提前安排休息計畫。沒有氣壓計的機型，也可以用天氣預報上的氣壓數字做同樣的記錄。
想了解更多 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎・地科基礎・生物基礎」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不教、屬於大學專業科目（氣象學・神經生理學）的內容
- 研究即使在大學也尚未被當作「定論」教授，是研究人員目前仍在調查中的話題
國中用語：這個現象是有名稱的
- 氣壓（大氣壓）：頭頂上空氣重量所產生的壓力。單位是百帕，地面上大約是1013百帕。
- 天氣痛・氣象病：因天氣變化而出現或加重頭痛、暈眩、關節疼痛等症狀的現象。並非正式病名，而是對一類症狀的統稱。
- 內耳與自律神經：內耳是耳朵深處感知聲音以及身體傾斜、旋轉的器官。自律神經則是在不經意識控制下，調節心跳與血管粗細等機能的神經。
國中高中用公式驗證：低氣壓造成的氣壓下降，相當於多少公尺的高度？
我們來計算，當低氣壓造成的氣壓下降持續停留在同一地點時，「相當於爬升了多少公尺」。這裡要考慮地面附近空氣層的重量。
| 用符號表示 | Δp ＝ ρ × g × h （因此 h ＝ Δp ÷ ( ρ × g )） |
| 用文字表示 | 氣壓差 ＝ 空氣密度 × 重力加速度 × 高度差 |
| 公式的來源 | 厚度為 h 的空氣層重量，與其上下方的氣壓差相平衡（靜水壓平衡）。這與水中越深水壓越大的原理相同 |
| 地面附近的空氣密度 ρ | 約1.2 kg/m³（每立方公尺多少公斤） |
| 重力加速度 g | 9.8 m/s² |
| 普通低氣壓造成的氣壓下降 Δp | 10百帕 ＝ 1000 帕斯卡 |
| 強烈颱風造成的氣壓下降 | 50百帕 ＝ 5000 帕斯卡 |
| 每1公尺高度的氣壓差（ρ × g） | 1.2 × 9.8 ＝ 11.76 帕斯卡 |
| 普通低氣壓（10百帕）對應的高度 | 1000 ÷ 11.76 ≒ 85 m |
| 強烈颱風（50百帕）對應的高度 | 5000 ÷ 11.76 ≒ 425 m |
| 電梯上升30公尺時的氣壓差 | 11.76 × 30 ≒ 353 帕斯卡 |
| 電梯變化速度（30秒上升時，每秒） | 353 ÷ 30 ≒ 11.8 帕斯卡 |
| 低氣壓變化速度（1天＝86400秒下降10百帕，每秒） | 1000 ÷ 86400 ≒ 0.0116 帕斯卡 |
| 速度比（電梯 ÷ 低氣壓） | 11.8 ÷ 0.0116 ≒ 1017 |
普通低氣壓相當於約85 m的升高，強烈颱風則相當於超過東京鐵塔的約425 m。另一方面，變化速度卻是電梯快了約1000倍。然而電梯不會引發天氣痛，由此可見身體對「緩慢且持續的變化」有反應。在這個範圍內，升高造成空氣變稀薄的效應只有幾個百分點，作為概略估算已經足夠。
高中高中＋氣壓為何隨高度下降？內耳感知的是什麼？
高中氣壓取決於該地點上方空氣柱的重量。越往高處，空氣柱越短，氣壓因此下降。地科基礎課程中會學到，低氣壓中心周圍的風會向中心吹入，形成上升氣流並產生雲，這就是「低氣壓來臨會下雨」的原因。
高中＋內耳內部充滿一種稱為淋巴液的液體。身體的傾斜與旋轉，是透過長有毛的細胞感知這種液體的流動而得知的。內耳假說認為，氣壓變化可能對這種液體或膜產生微小影響，並轉化成訊號傳到大腦。
大學靜水壓平衡，以及從前庭到自律神經的路徑
上面的公式正是大氣的靜水壓平衡公式本身。若進一步考慮空氣密度也會隨高度下降，就能得到氣壓隨高度呈指數遞減的測高公式（氣壓高度公式）。在生理學方面，據信由內耳的前庭器官傳到腦幹前庭神經核的訊號，會影響自律神經系統的中樞。因天氣而出現症狀的整體狀態稱為氣象病，偏頭痛、關節疼痛、暈眩等都是研究對象。
📖 公式推導與更深入的內容：靜水壓平衡（維基百科，日文） ／ 氣象病（維基百科，日文）
研究目前仍未完全解開的問題
- 為什麼身體對「緩慢的變化」有反應？ 電梯的變化明顯更急速，卻不會引發天氣痛。究竟是變化的幅度、速度，還是持續時間在起作用，目前仍不清楚。
- 內耳的哪個部位、如何感知氣壓？ 動物實驗已顯示內耳與此有關，但人類內耳究竟是哪些細胞捕捉氣壓變化，尚不明確。
- 個體差異從何而來？ 同樣的天氣，有人感受強烈，有人完全沒感覺。即使是針對人的調查，也有找到關聯和沒找到關聯的不同結果，尚未有一致結論。
也就是說，本文的內容終究是「目前所知範圍內的解釋」。天氣痛是一個流傳已久的說法正逐漸被科學驗證的話題。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科二年「氣象及其變化」（大氣壓・低氣壓） | 氣壓是空氣的重量、低氣壓造成氣壓下降 |
| 高中 | 物理基礎「壓力」、地科基礎「大氣構造」、生物基礎「自律神經」 | 用公式驗證、內耳與自律神經 |
| 高中＋ | 生物「受器（平衡受器）」 | 內耳的淋巴液與長毛細胞 |
| 大學 | 氣象學（靜水壓平衡・測高公式）、神經生理學（前庭系統・自律神經系統） | 大學段落 |
| 研究 | 氣象醫學・疼痛研究 | 對緩慢變化的反應、個體差異 |
| ― | 與生活的連結 | 參考氣壓預報提早休息、記錄身體狀況 |
- Dixon WG ほか「How the weather affects the pain of citizen scientists using a smartphone app」npj Digital Medicine（2019）
- 佐藤純等人，關於氣壓下降會增強疼痛反應及內耳參與機制之動物實驗報告（名古屋大學環境醫學研究所・愛知醫科大學等，佐藤純 ほか）
- 氣象病（気象病） ― 維基百科
- 靜水壓平衡（静水圧平衡） ― 維基百科
- 日本氣象廳（気象庁）「氣壓」「低氣壓」相關解說（気象庁官網「知識・解説」）
※本文為大眾科學解說。文中所列數值為幫助理解原理的概略估算值。症狀的感受因人而異，差異可能很大。若出現異於平常的劇烈頭痛，或持續性疼痛，請務必就醫諮詢。