110 高普考普通考試 氣象 大氣測計學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查中央氣象局綜觀氣象站「新一代觀測系統」的五類地面氣象觀測：溫度、濕度、風、降雨與氣壓。作答需分清楚三件事：實際觀測儀器、查核儀器或標準器，以及觀測量的解析度與單位。解析度是儀器或系統可辨識的最小刻度，不等同於量測準確度。

解題方法

依五項觀測要素逐項整理；風須拆成風向與風速，濕度則以相對濕度表示。查核儀器應寫出用來比對或校驗觀測儀器的標準器或查核設備，不可把觀測感應器本身重複填入查核欄。

核心觀念

本題考查雨量器的場址選擇與暴露條件，以及影響降水量量測的主要誤差。雨量器測得的水量應代表落在集水口水平投影面積上的降水；然而風會改變雨滴軌跡，也會使雨量器周圍氣流變形，因此實測雨量常低於實際降水量。

解題方法：五項環境條件

設置雨量器時，應兼顧地形、遮蔽物、地面、集水口高度與水平狀態：

1. 地勢平坦、地面水平：避免陡坡、凹地或周圍地勢急劇變化處，以免局部地形改變風場或造成積水。
2. 避免附近有突兀遮蔽物：遠離建築物、樹木、牆面等；遮蔽物會改變氣流並攔截降水。一般以遮蔽物高出雨量器集水口的高度為基準，距離至少為其高度的兩倍，最好達四倍。
3. 周圍地表宜為短草、土壤或碎石：避免水泥等堅硬平面，以減少雨滴濺入或濺出集水口造成的誤差；草木也應維持低矮。
4. 集水口高度應低而適當：降低高度可減少風速對集水的影響，但仍須避免地面濺水、積水進入雨量器。常見設置高度約為地面以上 $0.3\ \text{m}$；積雪或積水風險較高時，須依環境調整。

核心觀念

本題考的是氣壓量測的安裝位置與暴露條件。氣壓計應感受當地大氣的靜壓；若儀器受風吹、日照、局部加熱或震動影響，讀值可能偏離環境靜壓。

氣流若直接衝擊感壓部位，會疊加動壓，其量級可表示為：

其中 $\rho$ 為空氣密度、$V$ 為氣流速度。風吹造成的壓力擾動因此可能形成風壓（動壓）誤差。

解題方法與配置

依測量情境判斷安置方式：地面站要讓氣壓計處於穩定、通風且避開外界干擾的室內環境；移動塔要避免塔身受風造成的局部壓力擾動；探空儀則須讓感壓部位能感受周圍大氣壓力。

1. **中央氣象局所屬氣象站：**氣壓量測設備置於氣壓室（氣壓表室）內，與室外大氣保持連通，並避免陽光直射、熱源與穿堂風等干擾。

2. **移動式氣象塔：**氣壓感測器設於塔底的儀器箱或防護箱內，避免直接裝在塔身高處、暴露於塔體周圍受擾動的氣流中。

核心觀念

本題考測風氣球上升時的垂直受力平衡，以及實際上升速度為何隨高度改變。以氣球、升力氣體及懸掛的探空儀視為一個整體，主要受三種垂直作用力：

1. 浮力：周圍空氣對氣球的向上作用力，依阿基米德原理為 $F_B=\rho_a Vg$ 其中 $\rho_a$ 為環境空氣密度，$V$ 為氣球排開的空氣體積，$g$ 為重力加速度。

2. 重力：氣球、升力氣體及探空儀總重量，方向向下： $W=mg$

3. 空氣阻力：氣球上升時，空氣對其運動的阻力，方向向下。常用近似式表示為 $D=\frac{1}{2}C_D\rho_a A v^2$ 其中 $C_D$ 為阻力係數，$A$ 為迎風面積，$v$ 為氣球相對於周圍空氣的上升速度。

解題方法

氣球釋放後先有向上的合力，因而加速上升；速度增加時，向下的空氣阻力也隨之增加。當上升速度接近穩定時，加速度近似為零，依牛頓第二運動定律，垂直方向的合力近似為零：

$F_B-W-D\approx 0$

因此，上升接近等速時，是浮力、重力與空氣阻力三種力的平衡，也可寫成：

$F_B\approx W+D$

這裡的「等速」是指三力作用下的近似終端速度狀態；並非浮力單獨等於重力，而是浮力要平衡總重量與阻力。

上升速度不完全等速的原因

核心觀念

本題考查三種大氣光象的觀測符號、光學成因，以及如何依據形成介質、光線作用、位置與角尺度、色彩排列加以區分。日暈、日華與虹都與陽光和大氣中的水或冰粒子作用有關，但形成機制不同。

天氣符號與成因

上列符號為氣象觀測使用的傳統國際天氣符號；符號字形在不同教材或印刷資料中可能略有差異，作答時應將符號與名稱一併標示清楚。

解題方法與觀測辨別

先看光象相對於太陽的位置，再看環的大小、色彩和當時天氣：