高考申論題
108年
[氣象] 大氣物理學(包括大氣輻射與雲物理)
第 一 題
📖 題組：
根據下方的冷池(coldpool)結構的示意圖,請回答下列問題:(每小題10分,共20分)
根據下方的冷池(coldpool)結構的示意圖,請回答下列問題:(每小題10分,共20分)
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
假設冷池前方地面空氣的密度為P。,冷池內地面空氣的密度為Po+△p,冷池的厚度為h,冷池前緣陣風鋒面(gust front)的移動速度為U」。請根據x方向的運動方程式,推導得知陣風鋒面的移動速度為U=2h。VPo。
思路引導 VIP
看到這題，應辨識出為「密度流（Density Current）」的經典問題。解題關鍵在於進行「座標系轉換」，將參考系固定於移動的陣風鋒面上，使其成為穩態問題。接著，運用垂直方向的「靜水力平衡」求出冷池與環境的地面氣壓差，再結合水平方向的「運動方程式（或白努利定律）」沿流線積分，即可推導出移動速度公式。
小題 (二)
根據觀測資料,陣風鋒面的實際移動速度與上式的理論推估速經常並不相同,請說明造成其差別的原因為何?
思路引導 VIP
思考冷池移動速度的理論公式（密度流公式 U = k√(g'h)）背後的理想化假設：無黏滯流體、靜止環境、邊界截然劃分且無持續質量來源。將這些假設與真實大氣環境的複雜性（地表摩擦、環境風場、亂流混合、微物理冷卻）進行對比，即可有條理地推導出理論與觀測產生差異的各項物理機制。