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普考申論題 106年 [氣象] 天氣學概要(包括基礎天氣分析與基礎大氣動力學)

第 一 題

📖 題組:
四、颱風為影響臺灣地區之最重要災害性天氣系統,試說明:(每小題 10 分,共 20 分) (一) 為何颱風是一暖心系統並具反旋式垂直風切? (二) 地球曲率和旋轉效應如何影響颱風之運動?
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

為何颱風是一暖心系統並具反旋式垂直風切?

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解答此題須扣緊「熱力學過程」與「動力學平衡」。首先,由水氣潛熱釋放及眼區下沉增溫兩個機制,解釋「暖心」的成因。接著,引入「梯度風熱力風方程式(Thermal Wind Relation)」,將水平溫度梯度(徑向遞減)代入,透過數學符號推演氣旋式風速隨高度減弱的必然性,精確論證反旋式垂直風切的物理意義。

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【破題】颱風的「暖心」結構源自水氣凝結潛熱釋放與眼區下沉增溫作用;而「反旋式垂直風切」則是此暖心結構在靜力與梯度風平衡下,透過熱力風關係所必然導致的動力結果。 【論述】 一、暖心系統之形成機制

小題 (二)

地球曲率和旋轉效應如何影響颱風之運動?

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看到此題,應立即聯想到「科氏力隨緯度變化」的「Beta 效應(β-effect)」。接著運用絕對渦度守恆概念,推導颱風環流如何在東、西兩側產生非對稱的渦度異常(Beta 迴旋),最終說明該偶極子產生的引導氣流會使颱風產生向西北方的「Beta 漂移」。

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【破題】地球曲率與旋轉效應的結合在大氣動力學中稱為「Beta 效應(β-effect)」,此效應會透過改變颱風周圍的渦度場,使颱風在無環境駛流的情況下,自動產生向西北方(北半球)的移動趨勢,稱為「Beta 漂移(Beta drift)」。 【論述】 一、物理機制:科氏參數與 Beta 效應

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