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高考申論題 105年 [氣象] 天氣學(包括天氣分析與天氣預報)

第 一 題

📖 題組:
解釋下列各氣象名詞:(每小題5分,共20分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

氣團(air mass)

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看到「氣團」,應立刻聯想到其核心定義:大範圍且水平方向上「溫度」與「濕度」相對均勻的空氣體。答題時需涵蓋其物理定義、尺度大小、形成條件(源地性質與停留時間)、基本分類(大陸/海洋、極地/熱帶),並點出其在天氣學上的意義(如氣團交界處形成鋒面)。

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「氣團(air mass)」指廣大範圍內,水平方向上的物理性質(尤其是溫度與濕度)及垂直穩定度相對均勻一致的龐大空氣體。其水平尺度通常達數千公里,垂直厚度可達數公里甚至直達對流層頂。 特徵與形成條件包含: (1) 形成條件:源地需具備廣大且物理性質(如水陸分佈、地表反照率)均勻的下層地表;且空氣需在源地停留足夠長的時間(通常在穩定的大尺度反氣旋/高壓系統下),以利透過輻射、亂流與對流等過程與地表達成熱力與水氣平衡。

小題 (二)

逸入作用(entrainment)

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看到「逸入作用」應直覺聯想對流雲(積雲)發展時與周圍環境空氣的交互作用。解題時需點出「環境乾冷空氣捲入」、「雲滴蒸發吸收潛熱」以及「浮力降低抑制上升氣流或觸發下沉氣流」三個核心物理機制。

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「逸入作用 (entrainment)」是指雲體(特別是對流雲如積雨雲)在發展過程中,將雲外周圍較乾冷的環境空氣捲入雲體內部,並與雲內空氣發生混合的物理過程。 其動力及物理特徵包含: (1) 溫濕度改變:捲入的環境空氣通常較乾冷,會直接降低雲內空氣的溫度與水氣含量。

小題 (三)

自我抑制(self-limiting)

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看到「自我抑制」,應聯想大氣系統中的「負回饋」機制,即系統在發展過程中會改變環境狀態,進而阻礙自身的持續發展。答題時務必從「中緯度斜壓波」(消耗有效位能)及「對流系統」(穩定度增加或降水拖曳)兩個典型物理機制切入,並點出能量轉換或穩定度改變的關鍵。

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「自我抑制 (self-limiting)」指大氣系統在發展過程中,其自身的動力或熱力效應會改變周圍環境場,進而產生抑制該系統繼續發展的負回饋機制,避免系統無限制地增長。 其物理機制與特徵常見於以下兩個系統: (1) 中緯度斜壓系統:斜壓波(如溫帶氣旋)發展時,會藉由徑向與垂直熱量通量,將暖空氣向極地、向上輸送,冷空氣向赤道、向下輸送。此過程將環境的「緯向平均有效位能」轉換為系統的「渦旋動能」,導致南北溫度梯度減弱,大氣斜壓性降低,從而抑制氣旋的進一步發展。

小題 (四)

眼牆置換(eye-wall replacement)

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看到「眼牆置換」,首先要聯想到強烈熱帶氣旋(如強颱)發展過程中的雙眼牆(Concentric eyewalls)結構。答題應精準點出物理過程:外圍雨帶形成新眼牆並阻斷內眼牆的水氣與角動量供應,導致內眼牆消散,最終外眼牆向內收縮取代原眼牆,並伴隨強度先減弱、風場擴大、最後可能重新增強的特徵。

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「眼牆置換(Eyewall replacement)」指強烈熱帶氣旋(如中度上限或強烈颱風)發展成熟時,其內部核心結構發生重組的動力與熱力過程。其特徵與演變機制包含: (1) 雙眼牆形成:氣旋外圍的螺旋雨帶因強烈對流與潛熱釋放,組織並形成第二個同心圓狀的外眼牆(Concentric eyewalls)。 (2) 能量與角動量阻斷:外眼牆建立後,會攔截低層邊界層輻合流入的水氣與絕對角動量,導致內眼牆失去主要的能量來源。

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