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高考申論題 111年 [氣象] 天氣學(包括天氣分析與天氣預報)

第 一 題

📖 題組:
在熱帶氣旋發展與增強的過程中,羅士比變形半徑(λ)是一個重要的參數,試回答以下問題:(每小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試說明羅士比變形半徑的定義及其物理意義。

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考生應先寫出羅士比變形半徑的數學定義式,點出其為浮力頻率、垂直高度與科氏參數(或慣性穩定度)的函數。接著從物理機制出發,解釋其代表旋轉效應與重力層結效應平衡的特徵空間尺度,並結合熱帶氣旋的高渦度特性,說明變形半徑縮小如何幫助對流潛熱集中而促使系統有效增強。

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【破題】 羅士比變形半徑(Rossby Radius of Deformation, $\lambda_R$)是流體動力學中衡量系統旋轉效應與重力層結效應相對重要性的關鍵特徵長度尺度,決定了擾動能量的守恆與頻散特徵。 【論述】

小題 (二)

試說明羅士比變形半徑的重要性及其如何影響熱帶氣旋的發展?

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看到羅士比變形半徑(Rossby radius of deformation),首先應寫出其物理定義與數學公式(如浮力頻率、特徵高度與慣性穩定度的關係),點出其代表「重力波調整與旋轉動力平衡的空間尺度界線」。接著,將其與熱帶氣旋的潛熱釋放(非絕熱加熱)結合,說明當加熱尺度大於或小於變形半徑時,能量(有效位能轉換為動能)是否能有效被「鎖定」在系統內部以促使渦旋增強,這是切入系統演變機制的關鍵所在。

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【破題】 羅士比變形半徑(Rossby radius of deformation, $\lambda_R$)是決定大氣對非絕熱加熱(如潛熱釋放)響應特徵的關鍵動力尺度,在熱帶氣旋(TC)發展中,它決定了對流釋放的能量究竟是輻射耗散,還是能有效轉換為系統的平均動能。 【論述】

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