高考申論題
109年
[氣象] 天氣學(包括天氣分析與天氣預報)
第 ㈡ 題
📖 題組：
五、試回答下列有關溫帶氣旋與熱帶氣旋之比較問題： ㈠請就外觀、垂直結構、發展環境、能量來源、尺度大小等面向，說明此兩類天氣系統之異同。（10分） ㈡試由非絕熱準地轉重力位傾向方程（diabatic QG tendency equation）的觀念，說明此兩者發展方式的異同，以及各為那一項（或那些項）為主要的貢獻項？（10分）
五、試回答下列有關溫帶氣旋與熱帶氣旋之比較問題： ㈠請就外觀、垂直結構、發展環境、能量來源、尺度大小等面向，說明此兩類天氣系統之異同。（10分） ㈡試由非絕熱準地轉重力位傾向方程（diabatic QG tendency equation）的觀念，說明此兩者發展方式的異同，以及各為那一項（或那些項）為主要的貢獻項？（10分）
試由非絕熱準地轉重力位傾向方程（diabatic QG tendency equation）的觀念，說明此兩者發展方式的異同，以及各為那一項（或那些項）為主要的貢獻項？（10分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到此題，應先列出非絕熱準地轉重力位傾向方程，並精確解釋等式右側三個強迫項的物理意義（渦度平流、溫度平流隨高度的變化、非絕熱加熱隨高度的變化）。接著，從系統的能量來源出發，將溫帶氣旋（斜壓不穩定）對應至動力強迫項，將熱帶氣旋（CISK/WISHE機制與潛熱釋放）對應至熱力強迫項，藉此比較兩者的主要貢獻差異。
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【破題】由非絕熱準地轉重力位傾向方程可探討大氣系統發展的強迫機制。方程式可表示為： $$ \left( \nabla^2 + \frac{f_0^2}{\sigma} \frac{\partial^2}{\partial p^2} \right) \chi = -f_0 \vec{V}_g \cdot \nabla (\zeta_g + f) - \frac{f_0^2}{\sigma} \frac{\partial}{\partial p} \left[ -\vec{V}_g \cdot \nabla \left( -\frac{\partial \Phi}{\partial p} \right) \right] - \frac{f_0^2}{\sigma} \frac{\partial}{\partial p} \left( \frac{R}{c_p p} \dot{Q} \right) $$ 其中 $\chi = \frac{\partial \Phi}{\partial t}$ 為重力位傾向。等式左側的空間微分算子特性使其與 $-\chi$ 成正比。因此，等式右側三項若為正值，將促使等壓面高度下降（低層氣旋發展）。
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