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普考申論題 107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:
一、試說明下列各氣象名詞的意義:(每小題 5 分,共 25 分) (一)虛溫(virtual temperature) (二)海陸風(land-sea breeze) (三)凍雨(freezing rain) (四)都卜勒效應(Doppler effect) (五)藤原效應(Fujihwara effect)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

虛溫(virtual temperature)

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看到「虛溫」,首先要聯想到水氣對空氣密度的影響(水氣分子量比乾空氣輕),接著點出其定義是「為了讓乾空氣擁有與濕空氣相同的壓力與密度,所需要的假想溫度」。最後必須補充其在動力學上的實用價值:讓濕空氣也能直接套用乾空氣狀態方程式。

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「虛溫(virtual temperature)」指在相同壓力與密度下,一團濕空氣若完全由乾空氣組成時所必須具有的假想溫度。 特徵包含: (1) 物理機制:因水氣分子量(約18)小於乾空氣平均分子量(約28.97),故在同溫同壓下,濕空氣的密度較小。若要使純乾空氣達到與該濕空氣一樣低的密度,必須提高其溫度,此一提高後的假想溫度即為虛溫。

小題 (二)

海陸風(land-sea breeze)

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看到「海陸風」,應直覺聯想到由「海陸比熱差異」所驅動的熱力局部環流。答題時務必點出白天與夜晚的氣溫及氣壓梯度變化過程,並補充其對局部天氣(如午後對流)的影響。

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「海陸風(land-sea breeze)」是指因海洋與陸地熱力性質(比熱)差異,而在沿海地區產生呈現日夜交替特徵的局部中尺度熱力環流系統。 其動力及熱力特徵包含: (1) 海風(Sea breeze):發生於白天。陸地比熱較小,受日照升溫快,近地表空氣膨脹上升形成熱低壓;海洋升溫慢,近海面相對為高壓。在氣壓梯度力驅動下,近地表氣流由海洋吹向陸地。

小題 (三)

凍雨(freezing rain)

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看到「凍雨」,應直覺聯想其「過冷水」的物理特性與「逆溫層」的垂直大氣結構。答題時須明確點出高空冰晶融化後,再落入近地面冰點以下冷空氣層的熱力過程,並強調其接觸低溫物體瞬間結冰形成「雨淞」的現象及危害。

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「凍雨(freezing rain)」指液態雨滴以低於 0°C 的過冷狀態(過冷水,supercooled water)降落,當接觸到溫度同樣低於冰點的地面或暴露物體(如電線、樹枝、路面)時,瞬間凍結成平滑透明冰層(稱為雨淞,glaze)的降水現象。 其形成的大氣熱力特徵與過程包含:(1) 高空存在降雪層;(2) 中層存在厚度足夠、溫度高於 0°C 的暖空氣層(融化層),使落下的雪花完全融化成液態雨滴;(3) 近地面存在較淺薄的冷氣層(呈逆溫層結構,溫度低於 0°C),使雨滴在到達地面前來不及重新結成冰粒,而轉變為過冷水。 實務應用上,凍雨預報對飛航與陸上防災極為重要,因其瞬間結冰的特性會導致路面嚴重打滑,並使電力通訊網因積冰過重而崩塌斷裂。

小題 (四)

都卜勒效應(Doppler effect)

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看到「都卜勒效應」,首先想到物理學上的波頻變化定義(波源與觀測者的相對運動)。接著必須連結到「天氣學」的實務應用,即都卜勒氣象雷達如何利用此效應觀測降水粒子的徑向速度,進而分析風場與劇烈天氣。

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「都卜勒效應」(Doppler effect)是指當波源與觀測者之間存在相對運動時,觀測者所接收到的波頻率(或波長)會發生改變的物理現象。當波源靠近觀測者時,接收頻率會增高;反之,遠離時接收頻率會降低。 在氣象學的實務應用上,主要體現於「都卜勒氣象雷達」。雷達發射電磁波並接收由大氣中降水粒子(如雨滴、冰晶)反射的回波,藉由測量回波頻率的變化(都卜勒頻移),可精確計算出降水粒子相對於雷達的「徑向速度」(迎面而來或背向遠離的速度)。此技術使氣象人員不僅能觀測降水強度,還能解析大氣內部風場結構,對於偵測中尺度環流(如龍捲風、颱風、颮線及微下擊暴流等劇烈天氣系統)具有不可或缺的預報價值。

小題 (五)

藤原效應(Fujihwara effect)

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看到「藤原效應」,應立刻聯想到「雙颱風交互作用」。作答時必須點出三個核心要素:距離條件(通常相距 1000~1500 公里以內)、相對運動特徵(繞著共同質心作逆時針旋轉),以及最終可能產生的結果(合併、分離或相互牽制改變路徑)。

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「藤原效應」(Fujiwara effect)又稱雙颱效應,是指兩個距離相近的氣旋性渦旋(通常指熱帶氣旋或颱風)之間所發生的動力交互作用。 特徵包含: (1) 距離條件:當兩個熱帶氣旋的中心距離接近至約 1,000 至 1,500 公里以內時,其外圍環流便容易互相干擾而誘發此效應。

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