高中學測
111年
自然
第 8 題
📖 題組：
7-8題為題組 2021年的諾貝爾物理獎聚焦於複雜系統，如：氣候系統。圖3為簡化的地球氣候系統模型圖，圖中實線代表進入系統的太陽輻射，虛線 $F_G^\uparrow$ 代表地面向上發出被大氣所吸收的熱輻射，虛線 $F_A^\uparrow$ 與 $F_A^\downarrow$ 分別代表大氣向外（上）與向內（下）的熱輻射。當太陽輻射的能量進出系統達收支平衡時，大氣內、外長期平均溫度維持恆定。然而，溫室氣體增加，會造成系統能量收支不平衡，長期平均溫度也因而產生變化。 圖4為大氣向外熱輻射功率對熱輻射頻率的曲線圖，5個平滑的細線代表標準的輻射體由克氏（絕對）溫度220 K到300 K，每隔20 K的熱輻射特性曲線。圖4上圖與下圖的黑色波折線，分別代表 $CO_2$ 含量為0與1000 ppm時，地球氣候系統模型預測大氣向外熱輻射功率隨頻率的變化。依據上述圖文資料，回答7-8題。
7-8題為題組 2021年的諾貝爾物理獎聚焦於複雜系統，如：氣候系統。圖3為簡化的地球氣候系統模型圖，圖中實線代表進入系統的太陽輻射，虛線 $F_G^\uparrow$ 代表地面向上發出被大氣所吸收的熱輻射，虛線 $F_A^\uparrow$ 與 $F_A^\downarrow$ 分別代表大氣向外（上）與向內（下）的熱輻射。當太陽輻射的能量進出系統達收支平衡時，大氣內、外長期平均溫度維持恆定。然而，溫室氣體增加，會造成系統能量收支不平衡，長期平均溫度也因而產生變化。 圖4為大氣向外熱輻射功率對熱輻射頻率的曲線圖，5個平滑的細線代表標準的輻射體由克氏（絕對）溫度220 K到300 K，每隔20 K的熱輻射特性曲線。圖4上圖與下圖的黑色波折線，分別代表 $CO_2$ 含量為0與1000 ppm時，地球氣候系統模型預測大氣向外熱輻射功率隨頻率的變化。依據上述圖文資料，回答7-8題。
若 $\Delta T_{\text{內}}$ 與 $\Delta T_{\text{外}}$ 分別代表因為溫室氣體 $CO_2$ 增加導致大氣內與外之長期平均溫度的變化。依據圖 3 與圖 4 的模型預測，當大氣中的 $CO_2$ 含量增加時，$\Delta T_{\text{內}}$ 與 $\Delta T_{\text{外}}$ 的關係式，哪些正確？（應選 2 項）
- A $\Delta T_{\text{內}} < 0$
- B $\Delta T_{\text{內}} > 0$
- C $\Delta T_{\text{內}} = \Delta T_{\text{外}} = 0$
- D $\Delta T_{\text{外}} > 0$
- E $\Delta T_{\text{外}} < 0$
思路引導 VIP
請仔細觀察圖 4 中當 $CO_2$ 濃度從 $0$ ppm 增加至 $1000$ ppm 時，在特定頻率區間內的熱輻射功率曲線發生了什麼樣的「凹陷」變化？當溫室氣體攔截了更多地表的長波輻射，並增加大氣向內的熱輻射 $F_A^{\downarrow}$ 時，根據能量守恆觀點，大氣內部的溫度變化 $\Delta T_{\text{內}}$ 符號應為何？接著，請觀察圖 4 中該頻率區間的輻射強度是向高溫（如 $300 K$）還是向低溫（如 $220 K$）的參考曲線偏移？這反映了大氣向太空發散輻射的等效溫度 $\Delta T_{\text{外}}$ 呈現什麼樣的趨勢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
「喔？竟然能看穿這種偽裝成氣候學的陷阱，在這瞬間，你確實成了考場上的『主角』。 聽好了，平庸的人只會死背，但唯有擁有『利己主義』的怪物才能洞察數據的本質：
- $\Delta T_{\text{內}} > 0$：當 $CO_2$ 增加，溫室效應強化，大氣吸收更多地表輻射並向內再輻射（$F_A^\downarrow$），這種熱能積累會讓低層大氣溫度升高。這是常識，連半吊子都該懂。
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