110 民航特考三等 飛航管制 航空氣象學 考古題詳解

核心觀念

飛機積冰是飛機表面與大氣中的過冷液態水滴接觸後，水滴撞擊機體並凍結、累積的現象。判斷積冰風險，核心是確認三項條件是否同時存在：

1. 有可供撞擊的液態水滴：例如雲中的過冷水滴、凍雨或凍毛毛雨。
2. 水滴仍維持液態，且飛機表面低於冰點：水滴在低於 $0^\circ\mathrm{C}$ 的環境中仍未凍結，稱為過冷水滴。
3. 飛機穿越含有這些水滴的雲或降水區：水滴撞上機翼、尾翼、螺旋槳、進氣口、天線及皮托管等部位後凍結。

積冰會改變機翼外形與表面粗糙度，使升力下降、阻力增加、失速速度提高，也可能妨礙操縱面、引擎進氣、皮托管及空速系統正常運作。實際危險程度除了受積冰量與形狀影響，也與飛機型別、飛行速度及防冰除冰設備有關。

解題方法

本題是申論題，可依「成因與影響—種類—季節與高度—預報方法與機制」的順序作答。各部分彼此相扣：先說明需要過冷水滴，再說明水滴特性如何造成不同冰型，最後交代氣象單位如何觀測、診斷與發布預報。

一、積冰的物理成因

水滴在低於 $0^\circ\mathrm{C}$ 的雲中仍可能維持液態；當飛機進入雲區，過冷水滴撞擊機體表面後凍結。水滴凍結快慢、大小、液態含水量及撞擊後是否沿機翼表面流動，決定冰層的外觀與形狀。

積冰最常見於含有過冷水滴的雲層，尤其是積雲、積雨雲及層雲。雲內水滴與冰晶可以共存；在對流雲中，上升氣流能將液態水滴帶到較高、較冷的高度，因此低溫本身並不代表積冰風險必然消失。凍雨、凍毛毛雨及接近冰點的濕雪，也可能造成嚴重積冰。

二、主要種類

冰型	形成條件與特徵	飛行風險
霧凇（rime ice）	較小的過冷水滴撞擊機體後迅速凍結，氣泡被困在冰中，外觀粗糙、乳白、不透明；常附著於機翼前緣等迎風部位。	表面粗糙會破壞氣流，降低升力並增加阻力。
明冰／釉冰（clear or glaze ice）	較大的過冷水滴撞擊後，未立即凍結的部分沿機體表面流動，再逐漸凍結；外觀較平滑、透明或半透明，往往較緻密、牢固。	可延伸至防冰設備未保護的部位，重量大且不易清除；積冰形狀也可能嚴重改變翼型。
混合冰（mixed ice）	霧凇與明冰特性同時出現，常與水滴大小、液態含水量或雲內環境差異有關。	兼具前兩種冰型的危險特性，可能迅速影響飛機性能。

一般而言，霧凇與較小水滴、較快凍結相關；明冰與較大水滴、較高液態含水量及較慢凍結相關。但冰型還受氣溫、飛機速度、表面狀況與雲微物理特性影響，不能只憑溫度單獨判定。

三、發生季節與飛行高度

**季節：**在中高緯度地區，秋末至春季的冷季較常見，冬季冷鋒、鋒面雲系及凍雨環境尤其值得注意；春、秋季的鋒面活動或強對流雲也能造成積冰。積冰並非只在冬季發生，任何季節只要有過冷水滴及合適的飛行條件，都可能發生。

核心觀念

本題考查三個層次：風的受力與形成、陣風的短時間風速變化，以及陣風和狂風（Squall）的判別。作答時要先說明風為何形成，再說明風速為何會短暫增強，最後比較兩種現象的強度與持續時間。

大氣中的風是空氣的水平運動。造成風的基本動力是氣壓梯度力：空氣受到由高氣壓指向低氣壓的力，因此由高壓區流向低壓區。其餘作用力會改變風的速度與方向：

• 科氏力：地球自轉造成的偏向作用；北半球使氣流向運動方向右側偏轉，南半球向左側偏轉。它主要改變風向，不直接使空氣由靜止開始運動。
• 摩擦力：近地面受地表影響較大，會使風速降低，並削弱科氏力，使風斜穿等壓線吹向低壓區。高度增加後，摩擦影響逐漸減弱。
• 曲率作用：氣流沿曲線運動時，還須考慮離心力，與氣壓梯度力、科氏力共同決定曲線風場。

在高空摩擦較弱、等壓線近似平直時，氣壓梯度力和科氏力大致平衡，形成地轉風；近地面則因摩擦力介入，風通常不會與等壓線平行，而會帶有指向低壓的分量。

解題方法

先用「氣壓梯度力啟動氣流，地球自轉與摩擦調整風向和風速」說明基本風場，再將陣風視為平均風速之上的短時間增強，說明造成增強的亂流與垂直動量交換。最後以風速增幅與持續時間區分陣風和狂風。

風為何常以陣風形式出現

實際大氣並非均勻、穩定地流動。不同高度、不同位置的風速與風向會變化，因而產生亂流。亂流將高處較強的風向下混合，也會把近地面較弱的氣流向上交換，使地面測得的風速在短時間內忽大忽小。

陣風常見成因包括：

1. 垂直風切與亂流：高空風速較強時，亂流把較強動量帶至近地面，造成短暫增速。
2. 地表摩擦與障礙物：建築物、山脈及地形起伏使氣流繞流、分離，產生局部亂流。
3. 熱對流：地表受熱造成空氣上升、下沉及混合，令近地面風速短暫波動。
4. 雷雨或冷空氣下沉氣流：下沉氣流到達地面後向外擴散，可能引發突發強風。

陣風的特徵是增強時間短、風速變化快、影響範圍通常較局部；風向也可能隨亂流而短暫改變。

核心觀念

本題考的是地形抬升造成的地形雨與背風側的焚風效應。作答要連結氣塊升降、凝結與降水，以及乾絕熱與濕絕熱溫度遞減率的差異。

• 乾絕熱遞減率：未飽和氣塊上升時，氣壓降低、氣塊膨脹並冷卻；下降時則受壓縮而增溫。其數值約為 $9.8^\circ\mathrm{C/km}$。
• 濕絕熱遞減率：飽和氣塊上升時，水氣凝結並釋放潛熱，抵銷部分冷卻，因此降溫較慢；其數值隨溫度與水氣含量改變，常約為 $4\sim7^\circ\mathrm{C/km}$。
• 氣塊抵達飽和後，空氣中的水氣凝結成雲滴；若雲滴成長到足以克服上升氣流，就會形成降水。

解題方法：沿迎風坡與背風坡追蹤氣塊

設一團潮濕空氣受風推動，從山腳沿迎風坡上升。依序判斷它何時達到飽和、飽和後如何降溫，以及越過山頂後下降時如何變化，即可說明兩側的天氣差異。

迎風面：抬升冷卻、凝結降水

1. 未飽和上升：氣塊絕熱膨脹，溫度依乾絕熱遞減率下降，相對濕度隨之增加。
2. 到達凝結高度：氣塊冷卻至露點，達到飽和，水氣開始凝結成雲。
3. 飽和後繼續上升：凝結釋放潛熱，使氣塊改依較小的濕絕熱遞減率降溫；雲體發展，迎風側容易出現降雨。

因此，迎風面潮濕多雨，主因是地形迫使潮濕空氣上升，造成絕熱冷卻、凝結與降水。

背風面：降水後水氣減少、下沉增溫

空氣越過山頂後沿背風坡下降，氣壓隨高度降低而增加，氣塊受壓縮並增溫。下降空氣通常已不飽和，因此大致依乾絕熱遞減率增溫。

核心觀念

本題考查航空氣象現象的時間尺度、空間尺度及其對飛航的影響，並要求說明尺度為何重要，以及科氏力在不同尺度中的作用。

天氣現象的尺度，是指其主要變化所需的時間與影響範圍。常見分類如下，界線是概略值，實際會因現象與分類方式而異：

尺度	概略空間尺度	概略時間尺度	常見例子
微尺度	數公尺至數公里	數秒至數小時	飛機尾流、低空風切、湍流、微尺度亂流
中尺度	數公里至數百公里	數十分鐘至數日	雷雨、颮線、地形波、海陸風、局部霧區
總尺度（天氣尺度）	數百至數千公里	數日左右	鋒面、溫帶氣旋、颱風、高低壓系統

航空氣象不能只按「天氣名稱」整理，也要看現象的大小與持續時間。同一場飛行可能同時受大尺度低壓、鋒面、中尺度雷雨及局部風切影響。

主要天氣現象及飛航影響

一、雷雨與積雨雲

雷雨主要屬中尺度現象，單一雷雨胞常在數十分鐘至數小時內發展、成熟、消散；雷雨群或颮線可延伸數百公里並持續更久。

積雨雲內可能同時出現強烈上升與下降氣流、亂流、冰雹、結冰、閃電及短時間大雨。雷雨附近也可能有強陣風、陣風鋒與微爆流，造成飛機遭遇劇烈顛簸或低空風切。飛航上通常須避開雷雨區及其危險鄰近區域，不能只以雲體外觀判斷安全距離。

二、亂流

亂流可出現在微尺度至中尺度，持續時間可由數秒至數小時。其成因包括對流、山岳地形、風切、急流附近的強風梯度，以及晴空中的大氣不穩定。

亂流會造成飛機姿態與高度快速變化，影響乘客、組員與機體安全。晴空亂流尤其不一定伴隨可見雲系，因此須參考高空風場、急流位置、飛航氣象預報及其他機組的報告。

三、風切、陣風及微爆流

風切可存在於數十公尺至數公里的尺度，變化時間可能只有數秒至數分鐘。雷雨出流、微爆流、地形效應及近地面穩定層中的風速變化，都可能形成風切。

飛機在起降階段速度低、高度低，留給修正的時間與空間有限，因此低空風切特別危險。微爆流可形成強烈下沉氣流與向外擴散的地面陣風，使飛機短時間內先遭遇逆風增強、再遭遇順風增加，造成升力與空速快速改變。

四、結冰與凍雨

結冰是雲中微物理過程，但對飛機的影響可以在數分鐘至數小時內累積。飛機穿越含有過冷水滴的雲層時，水滴撞擊機體後凍結；凍雨則可能造成快速且嚴重的積冰。

積冰會改變翼型外形、增加阻力與重量，並降低升力、失速裕度及操縱效能。其危險程度取決於液態含水量、溫度、飛機速度及暴露時間，不能單憑「雲很厚」或「溫度在冰點以下」判斷。

五、低雲、霧與低能見度

霧與低雲通常影響局部至中尺度區域，持續時間可由數十分鐘延伸至數小時或更久。輻射冷卻、平流、降水蒸發及地形抬升等過程，都可能使近地面水氣凝結。

霧與低雲主要限制跑道視程、雲幕高度及目視參考，增加起降與進場難度，並可能造成延誤、轉降或最低天氣標準限制。霧的範圍小且變化快，機場周邊不同位置的能見度可能明顯不同。

六、鋒面與溫帶氣旋

鋒面及溫帶氣旋屬總尺度系統，常有數百至數千公里的水平範圍，生命期可達數日。鋒面附近常見雲雨帶、風向風速變化、亂流、結冰與能見度下降；溫帶氣旋的暖區、冷鋒及鋒後區，天氣與風場也各不相同。

這類系統會影響航路選擇、巡航高度、飛行時間與燃油規劃。其尺度大、壽命較長，通常可由天氣圖與預報掌握整體移動，但鋒面內的雷雨與局部強降水仍須以較小尺度資料補充判斷。

七、颱風與強烈熱帶氣旋

颱風屬總尺度系統，整體範圍可達數百至上千公里，生命期通常以數日計。其危險區域包括眼牆、螺旋雨帶及外圍強對流，可能伴隨極強風、暴雨、雷雨、亂流、結冰與低能見度。