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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:
大氣之垂直速度一般無直接觀測而需間接求取,而運動學法(kinematic method)為一常用方法。設採用 p 座標,試說明:(每小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

運動學法之原理與基本方法為何?

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看到運動學法,直覺反應是「質量守恆」與「連續方程式」。在 p 座標系下,大氣可視為不可壓縮流體,解題關鍵在於列出 p 座標的連續方程式,並說明如何利用邊界條件對水平散度場進行垂直積分,最後務必補充該方法在實務上「誤差累積」的致命傷及修正概念。

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【破題】 運動學法(Kinematic method)是基於質量守恆原理,利用 p 座標下的連續方程式,透過積分水平散度場來間接求取大氣氣壓垂直速度($\omega$)的方法。 【論述】

小題 (二)

試討論運動學法之優缺點及修正誤差之方法為何?

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本題測驗考生對垂直速度估算方法的理解。看到「運動學法」,應直覺聯想「連續方程式」與「水平風場輻散的氣壓層積分」。思考其不需熱力假設的物理優勢,以及觀測誤差隨積分累積的數學劣勢,最後必須提出如何利用上下邊界條件(如 O'Brien 修正法)來強迫質量守恆以修正誤差。

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【破題】 運動學法(Kinematic method)係基於質量守恆原理,透過氣壓座標下之連續方程式積分來求解垂直速度(ω)。儘管物理機制最為直觀,但受限於觀測精度,誤差累積問題需透過邊界條件進行數學修正。 【論述】

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