高考申論題
111年
[氣象] 大氣物理學(包括大氣輻射與雲物理)
第 一 題
📖 題組：
請回答下列關於雲物理的問題：
請回答下列關於雲物理的問題：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請說明為什麼大氣中有一些雲的內部往往比起霧時好，亦即可以有過冷水（supercooled water）的存在？通常溫度要到攝氏零下幾度才比較不會有過冷水？（8 分）
思路引導 VIP
看到此題應立刻聯想到雲微物理中的「核化過程（Nucleation）」。重點在於對比凝結核（CCN）與冰核（IN）在大氣中的濃度差異，解釋雲滴體積微小對異質核化機率的影響，最後點出同質核化發生的極端溫度閾值。
小題 (二)
請說明冰晶有那些不同的異質成核（heterogeneous nucleation）過程。（8 分）
思路引導 VIP
看到「冰晶的異質成核」，首先聯想到此過程必定需要大氣中的固態微粒（冰核，INPs）參與。接著，根據水氣、過冷水滴與冰核發生交互作用的「順序」與「空間位置」，系統性地回憶並列出四種標準微物理機制：直接凝華、先凝結再凍結、包覆在內降溫凍結、外部碰撞接觸凍結。
過冷水與核化機制
💡 冰核稀缺與同質核化閾值決定雲中過冷水的存續。
🔗 雲滴冷卻凍結過程鏈
- 1 0°C 至 -10°C — 冰核極度缺乏，雲滴多維持過冷水態
- 2 異質核化受阻 — 體積微小且缺乏雜質，無法跨越相變能障
- 3 -40°C 閾值 — 觸發同質核化，水分子自發排列成冰晶
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🔄 延伸學習：延伸學習：了解冷雲降水過程中的冰晶與過冷水相互作用。
