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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

📖 題組:
冰晶成長習性(crystal growth habits)指的是雲冰凝華成長時的形狀特徵。(每小題10分,共20分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

說明造成冰晶成長習性的機制。

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看到「冰晶成長習性」,應直覺聯想中谷宇吉郎(Nakaya)圖。解題核心需分層論述:首先點出「溫度」決定基礎形狀(底面與柱面的相對成長率),其次說明「過飽和度」決定形狀的複雜度(擴散限制導致的樹枝狀或實心結構),並結合微觀表面動力學機制進行深度物理剖析。

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【破題】 冰晶凝華成長的習性(Ice crystal growth habits)主要受環境的「溫度(Temperature)」與「水氣過飽和度(Supersaturation/Vapor density excess)」共同控制。這兩項熱力學與微物理條件,分別決定了冰晶晶格在微觀尺度上的相對生長速率,以及巨觀的形態複雜度。 【論述】

小題 (二)

冰晶成長習性對降水的形成有那些影響?

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解答本題應從微觀的幾何特徵推導至宏觀的降水機制。首先連結環境條件(溫度與過冷水氣壓)對冰晶形狀(如板狀、柱狀、樹枝狀)的控制;接著,系統性論述不同形狀如何改變冰晶的空氣動力學特徵(如終端速度)與幾何截面積;最後,將這些特徵扣合到冷雲降水的三大關鍵微物理過程:聚合(Aggregation)、凇附(Riming)以及 WBF 凝華成長過程。

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【破題】 冰晶成長習性(如板狀、柱狀、樹枝狀)受環境溫度與水氣過飽和度控制,其形態特徵直接決定了冰晶的微物理交互作用屬性(如終端速度、碰撞截面積與黏附率),進而深刻影響冷雲降水的形成機制、效率與最終型態。 【論述】

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