109 高普考普通考試 氣象 大氣科學概要 考古題詳解

核心觀念

本題要比較溫帶氣旋（extratropical cyclone）與熱帶氣旋（tropical cyclone）的水平與垂直結構，以及兩者維持發展的主要能量來源。最重要的區分是：

• 溫帶氣旋：斜壓系統，主要利用不同氣團間的水平溫度差，經斜壓不穩定發展。
• 熱帶氣旋：暖心、近似正壓的非鋒面系統，主要利用暖海面供應的水氣，以及深對流凝結釋放的潛熱維持。

「近似正壓」不代表熱帶氣旋完全沒有垂直風切或水平溫度梯度，而是指成熟熱帶氣旋的核心在水平上較對稱，垂直方向的低壓中心大致重疊。

解題方法

以「空間結構」和「形成機制」兩條主線比較，再補充兩者的共同點與生命史轉變。作答時應避免只寫「一個在溫帶、一個在熱帶」；題目真正要辨析的是兩種氣旋的熱力結構與能量來源。

一、空間結構比較

上述是典型成熟系統的理想化特徵，實際氣旋會隨生命史演變而改變。

二、形成與維持機制比較

核心觀念

季風是具有明顯季節變化的環流，典型特徵是盛行風向在夏、冬季發生顯著轉換，並伴隨乾、濕季交替。傳統上常以風向季節反轉描述季風；廣義的全球季風系統，也包括風向反轉不完全、但夏季降水與環流相較冬季明顯增強的區域。

季風的形成與陸地和海洋受熱差異有關：夏季陸地升溫較快，容易形成低壓，海洋上的暖濕空氣向陸地輸送，帶來較多降雨；冬季陸地冷卻較快，氣壓分布改變，風向轉為由陸地吹向海洋，天氣通常較乾。季節性日照變化、熱帶輻合帶（ITCZ）的南北移動，以及地形與海陸分布，也會影響季風環流。

解題方法

本題是名詞解釋與地理分布題，作答分成兩部分：

1. 先下定義：指出季風的核心特徵是盛行風隨季節顯著轉變，並說明常伴隨乾、濕季交替。
2. 再列主要區域：由亞洲、非洲、澳洲、美洲等大區域整理，並列出具代表性的次區域。

世界主要季風區

核心觀念

中尺度對流複合體（mesoscale convective complex, MCC）是中尺度對流系統（mesoscale convective system, MCS）的一種大型、組織化型態。MCC 的經典定義由 Maddox（1980）提出，依據的是紅外線衛星影像所見的雲頂溫度、雲盾面積、持續時間與形狀，不是單靠地面降雨量或雷達回波判定。

判定標準與解題方法

作答時先寫明 MCC 是「具備特定衛星雲盾尺度、持續時間與形狀條件的 MCS」，再列出四項經典標準：

1. 雲盾尺度：紅外線雲頂溫度不高於 $-32^\circ\text{C}$ 的連續雲盾面積至少為 $100{,}000\ \text{km}^2$。
2. 內部冷雲區尺度：雲頂溫度不高於 $-52^\circ\text{C}$ 的內部冷雲區面積至少為 $50{,}000\ \text{km}^2$。
3. 持續時間：上述兩項面積標準須同時維持至少 6 小時。
4. 形狀：系統達到最大範圍時，雲盾長短軸比（短軸／長軸）至少為 $0.7$，因此整體呈近圓形或橢圓形。

這些溫度門檻反映高而冷的雲頂範圍；面積門檻則界定系統的空間尺度。回答「何謂」時須先交代它是大型 MCS；回答「有哪些特徵」時，則分別說明尺度、時間、形狀與常見天氣表現。

典型特徵

核心觀念

可見光通過大氣時，會與空氣分子、氣膠、雲滴、雨滴及冰晶作用，因而改變傳播方向、能量分布或光束形狀。題目要求分別說明反射、散射、折射、繞射的光學原理，並舉出相應的大氣光學現象。

解題方法

依序掌握每種作用的判別特徵，再連結典型現象：

一、反射

光射到介質界面時，部分能量會返回原介質。幾何光學中，反射定律為：

其中 $\theta_i$ 是入射角，$\theta_r$ 是反射角，兩者均相對於介面法線量度。

大氣中的雲滴、冰晶等粒子可反射光線；在雨滴形成彩虹的光路中，陽光先折射進入雨滴，在內部經一次或多次反射，再折射出滴。冰晶反射則可參與形成日柱等光學現象。

二、散射

光遇到空氣分子或懸浮粒子後，原本的傳播方向改變，並向不同方向重新分布，稱為散射。其強弱與粒子大小和光波長有關：

• 空氣分子遠小於可見光波長，主要造成瑞利散射；短波長的藍光比長波長的紅光散射強，因此晴朗白天的天空呈藍色。日出、日落時陽光穿過較長的大氣路徑，藍光較多被散射離開直射光束，直射光遂偏紅橙色。

核心觀念

逆溫層是指大氣中某一層的氣溫隨高度增加而上升，即垂直氣溫遞減率反轉。一般對流層中，氣溫大致隨高度降低；形成逆溫時，較暖空氣位於較冷空氣上方，垂直交換受到抑制，大氣層結穩定。

依形成機制，常見逆溫可分為輻射逆溫、下沉逆溫、鋒面逆溫與平流逆溫。有些分類會將輻射逆溫稱為地面逆溫，或把平流逆溫列為冷海面造成的局部型態。

解題方法與形成原理

作答時先寫出逆溫的定義，再依各種機制說明「哪一層變冷或變暖」，以及如何形成上暖下冷的結構。

一、輻射逆溫（地面逆溫）

晴朗、風弱的夜間，地表以長波輻射向外散熱，地面降溫後再冷卻緊貼地面的空氣；上方空氣降溫較慢，因此近地面形成冷空氣、上方較暖的配置。山谷地形中，冷而密的空氣容易沿坡下沉並聚集，會加強近地面逆溫。

輻射逆溫通常從地面開始，常在夜間發展，日出後地表受熱，逆溫逐漸減弱或消散。

二、下沉逆溫

高壓系統中常有大範圍空氣下沉。空氣下沉時受壓縮而絕熱增溫；若下沉暖空氣位於較冷的低層空氣上方，便形成逆溫層。下沉逆溫常位於離地面一定高度，能抑制下方空氣的垂直混合。

核心觀念

本題考查雲的高度分類。依雲底所在高度與雲體垂直發展情形，常分為高雲族、中雲族、低雲族及直展雲族。這是依雲底高度為主、並將垂直發展旺盛的雲另列一族的分類方式；雲底高度界線是概略值，會因緯度與季節而異。

解題方法

先依雲族整理各雲種，再用中文名稱的字首協助辨認：卷字多屬高雲，高字多屬中雲，層字多屬低雲；積雲與積雨雲則列為直展雲族。雨層雲雲體厚、垂直範圍大，但通常按其低雲底歸入低雲族。

核心觀念

本題考查地球自轉偏向力（科氏力）如何影響低壓附近的水平氣流。氣流會受水平氣壓梯度力作用，由高壓流向低壓；地球自轉則使運動中的氣流偏轉。偏轉方向在北、南半球相反，因此低壓環流方向也相反。

科氏加速度可寫為：

其中 $\boldsymbol{\Omega}$ 是地球自轉角速度，$\mathbf{v}$ 是氣流速度。就水平運動而言，科氏力在北半球使氣流向運動方向的右側偏，在南半球則向左側偏。

解題方法

先判斷低壓周圍氣流受水平氣壓梯度力作用而向低壓中心流動，再套用兩半球的偏轉規則：

核心觀念

題目考中央氣象局依「颱風中心附近最大平均風速」所作的強度分類，以及各級風速所對應的蒲福風級。颱風分為輕度、中度、強烈三個等級；風速以公尺／秒表示，蒲福風級則是依風速劃分的風力等級。

解題方法

先列出三種颱風強度的風速範圍，再對照各範圍所相當的蒲福風級：