115 身心障礙特考四等 氣象類科 大氣科學概要 考古題詳解

核心觀念

本題依大氣溫度隨高度的變化來分層。定義環境溫度垂直遞減率為

其中 $T$ 是氣溫，$z$ 是高度。當氣溫隨高度下降時，$\Gamma>0$；氣溫隨高度上升時，$\Gamma<0$。依溫度剖面由低至高的「下降、上升、下降、上升」變化，大氣主要分為對流層、平流層、中氣層及增溫層；各層交界分別稱為對流層頂、平流層頂及中氣層頂。

層界高度會隨緯度、季節及大氣狀態改變，以下數值為概略範圍。

解題方法與各層特徵

一、對流層（troposphere）

• **高度與溫度變化：**自地表延伸至平均約 11 公里；赤道附近可達約 16–18 公里，高緯度約 8–10 公里。氣溫通常隨高度降低，平均環境遞減率約為每公里 6.5°C。
• **重要特徵：**集中了大部分大氣質量與幾乎所有水氣，雲、降水及主要天氣現象多發生於此。
• **溫度變化原因：**地表吸收太陽短波輻射後，再以長波輻射、感熱及潛熱等方式加熱近地面空氣。空氣受熱上升時，因氣壓隨高度降低而膨脹、冷卻；對流與垂直混合使地表加熱的影響向上傳遞，因此整體呈現愈高愈冷。

二、平流層（stratosphere）

• **高度與溫度變化：**約自對流層頂延伸至 50 公里左右。下部氣溫變化不大，上部氣溫隨高度上升，形成溫度逆增。
• **重要特徵：**臭氧層主要位於本層。垂直對流較弱，水平氣流相對顯著；商用客機常在對流層頂附近或平流層下部飛行。
• **溫度變化原因：**臭氧吸收太陽紫外線並將能量轉為熱，使平流層上部較暖，造成氣溫隨高度上升。穩定的逆增溫也抑制垂直混合。

三、中氣層（mesosphere）

• **高度與溫度變化：**約自 50 公里延伸至 80–85 公里。氣溫隨高度再度下降，中氣層頂附近是大氣溫度最低的區域之一。
• **重要特徵：**空氣稀薄；流星進入大氣後常在此高度範圍燒蝕。高緯夏季的夜光雲也形成於中氣層上部。
• **溫度變化原因：**此層缺少平流層臭氧吸收紫外線所帶來的顯著加熱；大氣輻射冷卻等效應使上升方向呈現降溫。

核心觀念

本題考查氣團的形成與性質，以及冷鋒、暖鋒、滯留鋒、囚錮鋒的定義和過境時常見的氣象要素變化。答題時要把鋒面視為不同氣團交界處的狹長過渡帶，依照冷暖空氣的相對位置與移動方式，說明溫度、氣壓、風、雲及降水的特徵。

氣團是範圍廣大的空氣團，其水平尺度可達數百至數千公里，內部的水平溫度與濕度分布相對均勻。氣團在廣大的陸地或海洋上停留一段時間，逐漸取得下墊面的熱力與水氣特性，因而形成不同性質，例如大陸氣團較乾、海洋氣團較濕；熱帶氣團較暖、極地氣團較冷。

鋒面是兩個具有不同溫度、濕度及密度的氣團之間，氣象要素呈現明顯水平梯度的過渡區。實際的大氣鋒面具有一定厚度，鋒面在地面上的交線稱為地面鋒線。鋒面附近常伴隨風向、風速、氣壓、溫度、雲及降水的顯著變化。

解題方法

先依冷暖氣團的相對位置與移動方向分類，再按「鋒面前方、通過鋒面、鋒面後方」整理氣象要素。判斷鋒面類型時，最重要的是哪一側的空氣推進，以及暖空氣是否被迫抬升；各項要素則描述典型地面天氣，不代表每一個個案都完全相同。

四種鋒面的定義與氣象特徵

一、冷鋒

**定義：**冷氣團向前推進，從暖氣團下方楔入，迫使暖空氣沿鋒面上升所形成的鋒面。冷鋒通常移動較快，鋒面坡度較陡，暖空氣的抬升較集中。

重要氣象要素：

• **溫度：**鋒前較暖；鋒面通過時或通過後，地面溫度通常明顯下降。
• **氣壓：**鋒前常因低壓系統接近而逐漸下降；鋒面通過後，氣壓通常回升。
• **風：**鋒面通過前後，風向常有明顯轉變；北半球常見由偏南或西南風轉為偏西或西北風，實際風向仍受地形及天氣系統影響。
• **雲與降水：**陡峭的抬升有利於積雲、積雨雲發展，常見陣雨、雷雨或短時強降水。冷鋒後方也可能出現較冷空氣中的對流雲與陣雨。
• **能見度與天氣：**鋒面附近常有較強陣風及能見度降低；鋒後若降水停止、空氣轉乾，能見度可改善。

二、暖鋒

**定義：**暖氣團向前推進，沿著冷氣團上方緩慢爬升所形成的鋒面。暖鋒坡度較緩，暖空氣抬升範圍廣，鋒面移動通常較慢。

重要氣象要素：

• **溫度：**鋒前地面冷空氣占優勢；暖鋒通過後，較暖空氣取代原有冷空氣，地面溫度通常上升。
• **氣壓：**鋒面接近時氣壓常逐漸下降；通過後，氣壓下降趨勢通常減弱，並趨於穩定或回升。
• **風：**通過暖鋒前後，風向會逐漸轉變。北半球常見鋒前偏東或東南風，鋒後轉為偏南或西南風。
• **雲與降水：**暖空氣沿緩坡抬升，常形成由高層雲逐漸發展至中層雲、雨層雲的雲系。降水多為範圍廣、時間較長的連續性降雨或毛毛雨，雷雨通常不如典型冷鋒集中。
• **能見度與天氣：**鋒前低雲、霧及持續降水可能使能見度較差；鋒後氣溫及水氣增加。

三、滯留鋒

**定義：**冷、暖氣團相遇後，雙方勢力大致相當，鋒面移動很慢或近乎停滯，所形成的鋒面。

重要氣象要素：

核心觀念

季風是具有季節性反轉特徵的大尺度環流。其根本原因是陸地與海洋的熱容量、熱傳導及混合作用不同，造成兩者升溫、降溫速度不一；季節轉換時，陸海溫度差與氣壓場隨之改變，促使近地面風向及環流季節性反轉。

東亞季風的形成，除陸海熱力差異外，也受季節性日照、海陸分布、青藏高原等大型地形、海溫與季風槽，以及中高緯度西風帶和冷空氣活動影響。因此，不能只用「夏季陸地低壓、冬季陸地高壓」概括全部機制；這是理解季風的基本熱力圖像，實際環流還受地形與大尺度動力過程調節。

解題方法

作答可分兩部分：先說明季風為何形成，再依冬、夏季分別交代臺灣附近的氣壓配置、盛行風向、氣團性質與降雨分布。描述風向時，以風「從哪裡吹來」命名，並說明東北季風與西南季風對臺灣不同地區的影響。

一、季風形成的主要原因

1. 陸海熱力差異造成季節性氣壓差 陸地比熱較小，受季節日照變化時升溫、降溫較快；海洋熱容量大，溫度變化較遲緩。北半球夏季，亞洲大陸受熱強，近地層增暖、氣柱厚度增加，陸地形成相對熱低壓；鄰近海洋升溫較慢，氣壓相對較高，空氣由海洋流向大陸。冬季則相反，大陸迅速冷卻，形成冷高壓，海洋相對較暖，近地面氣流由大陸吹向海洋。

2. 地球自轉使氣流偏轉，形成區域性風向 氣流由高壓流向低壓，受科氏力影響而偏轉。在北半球，運動中的氣流向其前進方向右側偏轉，因此由亞洲大陸流向西北太平洋的冬季氣流，在臺灣附近常呈東北風；夏季由低緯海洋輸送至東亞的氣流，則常呈西南風或偏南風。

3. 季節性日照與大尺度環流共同調整季風 太陽直射位置南北移動，使熱帶季風槽、赤道輻合帶及副熱帶高壓隨季節移動，改變水氣輸送路徑與降雨帶位置。東亞季風也受青藏高原的熱力作用與地形阻擋、中高緯度冷空氣南下，以及西太平洋副熱帶高壓強弱和位置影響。因此季風是熱力差異與大尺度環流、地形共同作用的結果。

二、臺灣周遭冬季季風特徵

核心觀念

霧是近地面空氣中的微小水滴或冰晶，使水平能見度降至 1 公里以下的懸浮水成物。霧形成的共同條件是空氣達到飽和，水氣凝結；常見途徑有兩種：一是降低氣溫至露點，二是增加水氣含量，使空氣達到飽和。

四種霧的區別，主要看空氣如何達到飽和：輻射霧靠地表夜間冷卻，平流霧靠暖濕空氣移經冷地表，上坡霧靠空氣沿坡上升膨脹冷卻，混合霧則靠不同溫度與濕度的空氣混合而達飽和。

解題方法

逐一說明每種霧的「主要成因、形成過程、適合的環境條件」，並比較冷卻方式、風場與常見地形，即可完整作答。

一、輻射霧（radiation fog）

**形成機制：**晴朗夜間，地表向外放射長波輻射而降溫，再以傳導冷卻貼近地面的空氣。若近地面氣溫降至露點，空氣飽和，水氣凝結形成霧。地表冷卻也會使近地面形成穩定層結或逆溫，有利於霧維持在淺薄的近地層。

環境條件：

• 夜間雲量少，地表長波輻射冷卻強。
• 風弱，通常以微風最適宜；可略為混合近地層，卻不致把冷空氣與水氣充分稀釋。
• 近地面水氣充足，氣溫與露點差距小。
• 常見於秋冬夜間、低窪地或山谷；地面潮濕、前期降雨後更容易發生。
• 日出後地表升溫，霧通常逐漸消散；風增強也可能將霧混合、抬升或吹散。

二、平流霧（advection fog）

**形成機制：**暖濕空氣受水平氣流輸送，移經較冷的地表或海面時，底層空氣被冷卻至露點而凝結成霧。關鍵是「暖濕空氣平流到冷下墊面」，而非夜間地表輻射冷卻。

環境條件：

• 有暖濕空氣及較冷的地表或海面，兩者溫差足以使近地層降至飽和。
• 有持續水平風，使暖濕空氣輸送到冷面；風需足以維持平流，但過強時會造成深厚混合，使霧轉為低層雲或被稀釋。
• 常見於沿海或海上。例如暖濕空氣移經冷海水，可形成海霧；沿岸風再將霧帶到陸地。
• 不必限定在夜間，也可在多雲條件下形成。

三、上坡霧（upslope fog）