114 民航特考三等 飛航管制科別 航空氣象 考古題詳解

核心觀念

本題考查氣壓梯度力如何驅動空氣運動，以及地球自轉造成的科氏力如何與氣壓梯度力平衡，形成地轉風；並比較理想地轉風與實際大氣中的風。

氣壓梯度力是因空間中的氣壓差而作用於空氣的力，方向由高壓指向低壓。單位質量所受的氣壓梯度力為

其中 $\rho$ 為空氣密度、$p$ 為氣壓；水平氣壓梯度力的大小可寫為 $|\mathbf{F}_{p}|=\frac{1}{\rho}\frac{\Delta p}{\Delta n}$，其中 $\Delta n$ 是垂直於等壓線的距離。等壓線越密，氣壓梯度越大，氣壓梯度力也越強。

地轉風是自由大氣中，在忽略摩擦、風速穩定，且等壓線近似直線的條件下，氣壓梯度力與科氏力恰好平衡時的理論風。水平動量平衡可表示為

其中 $f=2\Omega\sin\phi$ 為科氏參數，$\Omega$ 為地球自轉角速度，$\phi$ 為緯度，$\mathbf{k}$ 為鉛直向上的單位向量，$\mathbf{V}_g$ 為地轉風。地轉風速大小為

在等壓面圖上，也常用高度梯度表示地轉風；風向平行等高線，北半球低高度在風的左側。

解題方法與受力圖

解題時先由氣壓梯度力判定空氣最初受力方向，再加入科氏力判定風向如何偏轉。空氣開始由高壓往低壓移動後，地球自轉使其受到科氏力：北半球偏向運動方向右側，南半球偏向左側。風速逐漸增加時，科氏力也隨之增強；當科氏力與氣壓梯度力大小相等、方向相反，水平合力為零，風便沿等壓線吹，形成地轉風。

以下為北半球的示意圖；低壓在北側，高壓在南側。地轉風向東，氣壓梯度力向北、科氏力向南：

 低壓 L
 ─────── 等壓線 ───────
 ↑ 氣壓梯度力（高 → 低）
 │
 ● ─────────→ 地轉風
 │ （沿等壓線）
 ↓ 科氏力
 ─────── 等壓線 ───────
 高壓 H

 氣壓梯度力與科氏力大小相等、方向相反

核心觀念

本題考查氣象衛星的遙測原理，以及如何由不同波段的衛星資料判讀雲系。衛星感測器直接量測的是地球與大氣在不同波長的輻射或反射訊號，再經演算法推估大氣變數；因此，雲圖上的亮暗和色彩是觀測訊號的呈現，並非直接拍到雲的高度或降水量。

衛星可觀測或反演的主要大氣變數包括：

• 雲的特性：雲量、雲分布、雲頂亮溫、雲頂氣壓與高度、雲相態及粒子特性。
• 水氣與溫度：水氣通道可提供大氣中層至高層水氣分布資訊；紅外線探測器則可反演大氣溫度與水氣的垂直廓線。
• 大氣運動與天氣系統：追蹤雲系或水氣特徵的移動，可估算大氣運動向量，並觀察鋒面、氣旋及對流系統的發展。
• 其他環境變數：依感測器種類與波段，還可觀測或反演氣膠、火山灰、降水及地表或海表狀態等。

解題方法

可依題目順序，從「衛星量測訊號 → 雲圖差異 → 雲頂與對流判讀 → 地形效應 → 降水估算限制」作答。核心是區分可見光與紅外線所量測的物理量，並說明雲頂高度和降水估算都需要搭配其他資料判讀。

一、紅外線雲圖與可見光雲圖的差異

紅外線影像顯示的是亮溫。對於高而厚、近似不透明的雲，亮溫通常接近雲頂溫度；可見光影像則呈現反射太陽光的能力，不能單靠明暗直接判定雲頂溫度或高度。

二、利用衛星雲圖判斷雲頂高度與強對流

判斷雲頂高度：

1. 在紅外線雲圖上讀取雲頂亮溫。
2. 對照同一地區的探空或數值模式溫度廓線，找出與該亮溫相符的高度或氣壓層。
3. 將相符高度作為雲頂高度的估計。

其概念可寫為：

其中 $T_b$ 為衛星量得的亮溫，$T_{\text{環境}}(z)$ 為高度 $z$ 的環境氣溫。薄雲、半透明卷雲、雲頂溫度反演誤差，以及雲下方暖雲層或地表輻射，都會影響高度估計。可見光雲圖也能利用雲影方向、雲影長度和太陽高度角估計雲頂高度，但判讀較受照明與幾何條件限制。

判斷強對流：

核心觀念

本題考查航空例行天氣觀測與機場預報的差別，以及 CAVOK 代表的限制條件和飛行員的操作判讀。

• METAR（Meteorological Aerodrome Report）是機場的例行航空氣象報告，記載發布時間附近實際觀測到的天氣狀況；遇天氣顯著變化時，也可發布特殊報告 SPECI。
• TAF（Terminal Aerodrome Forecast）是針對機場及其附近指定範圍、在指定有效期間內的航空氣象預報。它預測未來天氣，並以時段或變化組描述預報的改變。
• 兩者皆使用航空氣象代碼，核心要素大致相同；主要差異是 METAR 報告觀測事實，TAF 預報未來狀況。METAR 通常代表特定觀測時刻，TAF 則必須連同發布時間、有效期間及變化時段一起判讀。

解題方法：先比較報告性質，再列共同要素

答題時先分清觀測與預報，再列出共同天氣要素；最後說明 CAVOK 的各項條件，並提醒飛行員不能把 CAVOK 解讀成「完全無雲」或「所有飛航風險都不存在」。

METAR、TAF 的基本氣象要素包括：

1. 風：風向、風速；必要時包含陣風或風向變化。
2. 能見度：水平能見度；必要時包括跑道視程（RVR）。
3. 現在天氣：如降水、霧、雷暴、沙塵等具飛航意義的現象。
4. 雲況：雲量、雲底高度及重要雲種，例如積雨雲（CB）。
5. 溫度與露點。
6. 氣壓設定值：供高度表設定使用，例如 QNH。

TAF 另須判讀預報有效期間與變化組；METAR 則以觀測時刻的實況為準。各國格式或報告細節可能略有差異，但上述為常見基本內容。

CAVOK 的基本條件

CAVOK 是 Ceiling And Visibility OK 的縮寫。符合條件時，報文以 CAVOK 取代能見度、跑道視程、現在天氣及雲況等相關欄位。須同時符合：

核心觀念

風切（wind shear）是指風速和／或風向在短距離內發生顯著變化。它可分為：

• 垂直風切：風隨高度改變，例如低空風速快速增加。
• 水平風切：風隨水平位置改變，例如雷雨外流與環境風交界處的風向、風速突變。

風切是風場的空間變化；若風場變化很急，飛機穿越不同氣流時，空速、升力與飛行軌跡可能快速改變。它常在起飛、進場和降落階段造成較大危險，因為飛機高度低、可用的改正時間與空間有限。

風切大小的定義

風切大小可用風矢量相對距離的變化率表示。令風矢量為 $\vec V$，位置為 $s$，則：

垂直風切可寫為：

其中 $\Delta z$ 是高度差；水平風切則以水平距離變化表示。實務上也常直接報告兩點間的風向、風速差及其距離或高度範圍。風向改變必須與風速改變一併考慮，因為風是向量，不能只比較風速數字。

風切沒有一個適用於所有飛機、所有情況的單一危險門檻；其影響取決於風變化的強度、方向、範圍、飛機速度與性能，以及飛行階段。

常見氣象與地形條件

1. 雷雨與微爆流：雷雨下沉氣流撞擊地面後向外擴散，可形成強烈的低空風向、風速變化。微爆流常先造成迎風分量增加，再迅速轉為尾風分量。
2. 鋒面與陣風線：冷鋒、雷雨陣風線或其他氣團交界，可能使風向與風速在短距離內改變。
3. 低空急流與逆溫層：低空風速隨高度快速增加；飛機爬升或下降穿越風層時，可能遭遇垂直風切。
4. 海陸風及局地環流：海風鋒或局地風場交界可造成水平風切。
5. 山區地形與山岳波：地形阻擋、繞流或波動可造成風向、風速的高度變化，也可能伴隨強烈升降氣流。

飛機遭遇風切的危險

飛機的空速取決於飛機相對周遭空氣的運動。遭遇風切時，環境風的突變會改變相對氣流，可能造成：

• 迎風分量突然增加：空速及升力短暫增加，飛機可能上飄。
• 迎風分量突然減少或轉為尾風：空速與升力迅速下降，飛機可能下沉或失去爬升能力。
• 遭遇微爆流：先遇到迎風、上升氣流，接著轉為尾風、下降氣流，造成空速損失與下沉疊加。