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高考申論題 112年 [氣象] 大氣物理學(包括大氣輻射與雲物理)

第 一 題

📝 此題為申論題，共 3 小題

小題 (一)

地表向太空放射的紅外線輻射，主要被大氣中何種氣體吸收？（4分）

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看到「地表向太空的紅外線輻射吸收」，應立即聯想到大氣中的「溫室氣體」及其對長波輻射的吸收光譜。作答時需首推大氣中含量最多、吸收頻段最廣的「水氣」，其次列出「二氧化碳」，並可略提其他次要氣體以確保答案完整性。

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地表向太空放射的紅外線輻射（地球長波輻射），主要被大氣中的「水氣（H₂O）」與「二氧化碳（CO₂）」吸收。 詳細吸收特徵如下：

  1. 水氣（H₂O）：是大氣中吸收紅外輻射最主要的氣體，具備極廣的吸收帶（旋轉帶與振動-旋轉帶），為天然大氣中作用最強的溫室氣體。

小題 (二)

人為溫室效應主要是那幾種氣體所造成（列出至少4種）？（6分）

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這是一道基礎的記憶與列舉題，配分為6分。作答時除了直接列出氣體名稱與化學式外，建議簡要標註其「人為排放來源」或「輻射吸收特徵（如全球暖化潛勢 GWP 或吸收波段）」，向閱卷委員展現大氣化學與輻射物理的專業素養，確保拿滿分數。

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造成人為溫室效應（Anthropogenic Greenhouse Effect）的主要氣體包含以下幾種：

  1. 二氧化碳（CO₂）： 為人為溫室效應中總輻射強迫（Radiative Forcing）貢獻最大的氣體。主要來自化石燃料的燃燒、工業製程（如水泥生產）以及土地利用的改變（如森林砍伐）。

小題 (三)

下圖中，海平面無雲狀態下量到的太陽輻射光譜，其能量強度比在大氣層頂所測量的弱了許多。其間的差值有一部分是因為H2O、CO2、O3等氣體的吸收；其他的差值如何解釋？（5分）
題目圖片

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看到太陽輻射在大氣中的衰減（消光作用），應立刻想到比爾定律（Beer's Law），消光 = 吸收 + 散射。題目已明示氣體「吸收」，故解題關鍵必為「散射」。接著依據大氣粒徑大小，將散射細分為造成短波衰減明顯的「瑞利散射（空氣分子）」與全波段衰減的「米氏散射（氣膠）」，並結合圖形特徵作答即可拿滿分。

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【破題】 大氣層頂與海平面的太陽輻射強度差值（消光現象，Extinction），主要由大氣的「吸收」與「散射」共同造成。除題目提及的氣體吸收外，其餘的差值主要是由大氣中氣體分子與懸浮微粒的散射作用（Scattering）所引起。 【論述】

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