普考申論題
114年
[氣象] 天氣學概要(包括基礎天氣分析與基礎大氣動力學)
第 五 題
五、何謂靜力平衡？試分別說明下列天氣狀況或降水系統是否約略處於靜力平衡狀態，並描述其空氣垂直速度特徵：⑴晴朗無風的天氣，⑵雷雨系統，⑶颮線的層狀降水區，⑷晴空亂流。（20 分）
📝 此題為申論題
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作答本題需首先寫出「靜力平衡」的精確物理定義與數學公式（垂直氣壓梯度力與重力平衡）。接著，判斷各天氣系統的關鍵在於其「空間尺度」與「垂直加速度」，若垂直加速度遠小於重力加速度（如大尺度平緩天氣），則適用靜力平衡；若系統具有劇烈的垂直運動變化（如對流或微尺度擾動），則為非靜力平衡。
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【破題】 靜力平衡是指大氣垂直方向上的氣壓梯度力與重力達到完全抵銷的狀態。判斷天氣系統是否符合靜力平衡的關鍵，在於其「垂直加速度」是否遠小於重力加速度。 【論述】
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大氣靜力平衡之判定
💡 垂直氣壓梯度力與重力平衡，且垂直加速度遠小於重力加速度。
| 比較維度 | 靜力平衡系統 | VS | 非靜力平衡系統 |
|---|---|---|---|
| 垂直加速度 | 趨近於零 (<< g) | — | 顯著 (可與 g 相比) |
| 垂直速度 (w) | cm/s 量級 (極小) | — | m/s 量級 (極大) |
| 典型案例 | 晴朗天氣、層狀降水 | — | 雷雨、晴空亂流 |
| 空間尺度 | 大尺度/天氣尺度 | — | 小尺度/對流尺度 |
💬系統垂直加速度相對於重力的大小，決定了靜力平衡假設的適用性。
