高考申論題
111年
[氣象] 大氣動力學
第 一 題
📖 題組:
一、 (一)何謂羅士比數(Rossby number)?其典型中緯度與熱帶區域的數值為何?(7 分) (二)以羅士比變形半徑為基準,討論不同空間尺度的地轉調節。(7 分) (三)為何熱帶區域的探空,在暖池地區和東側數千公里外冷海水區很相似?(6 分)
一、 (一)何謂羅士比數(Rossby number)?其典型中緯度與熱帶區域的數值為何?(7 分) (二)以羅士比變形半徑為基準,討論不同空間尺度的地轉調節。(7 分) (三)為何熱帶區域的探空,在暖池地區和東側數千公里外冷海水區很相似?(6 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (一)
何謂羅士比數(Rossby number)?其典型中緯度與熱帶區域的數值為何?(7 分)
思路引導 VIP
看到羅士比數,先列出其無因次群的物理定義式 $Ro = U / (f L)$,並點出其核心物理意義:慣性力與科氏力之比。接著,分別代入中緯度與熱帶大氣的典型特徵尺度(風速 $U$、水平尺度 $L$ 與科氏參數 $f$)進行數量級估算(Scale Analysis),藉此突顯兩地區動力近似機制(如地轉平衡適用性)的根本差異。
小題 (二)
以羅士比變形半徑為基準,討論不同空間尺度的地轉調節。(7 分)
思路引導 VIP
看到「地轉調節(Geostrophic adjustment)」與「羅士比變形半徑」,第一步應先寫出羅士比變形半徑的物理定義(如淺水模式中的 $L_R = \sqrt{gH}/f$)與位渦守恆的概念。接著,分三種情況討論初始空間尺度($L$)與 $L_R$ 的關係($L < L_R$、$L > L_R$、$L \approx L_R$),點出「誰適應誰」(質量場適應風場,或風場適應質量場),並說明重力波在能量頻散中所扮演的角色。
小題 (三)
為何熱帶區域的探空,在暖池地區和東側數千公里外冷海水區很相似?(6 分)
思路引導 VIP
看到熱帶大氣動力問題,首要聯想科氏參數(f)趨近於零的特性。透過羅士比變形半徑公式推導出熱帶變形半徑極大的結論,進而切入「重力波快速抹平水平溫度梯度」(弱溫度梯度近似,WTG)的動力機制來解釋探空的相似性。