112 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

本題考查三件事：地面氣溫的標準量測條件、日平均與日最高／最低氣溫的觀測及計算方式，以及地面氣溫升高的非溫室氣體成因。氣溫是測站周圍近地面空氣的溫度，並非地表本身的溫度；量測時須避免日射、地表輻射、雨水及建物等因素直接干擾。

解題方法：量測過程

1. 選擇測站位置：測站設於通風良好、具代表性的開闊地，避開建物、鋪面、熱源及遮蔽物；儀器周圍保留足夠空間，使量到的氣溫能代表當地近地面環境。
2. 安裝儀器：將溫度感應器設於通風防輻射的百葉箱或等效防護裝置內，避免陽光直射及地面長波輻射直接影響。標準氣象觀測的溫度感應器通常設於地面上方約 $1.25$ 至 $2$ 公尺。
3. 讀取或記錄氣溫：人工觀測依固定觀測時次讀取溫度計；自動測站則由感應器連續量測，依設定頻率取樣並記錄。儀器須經校驗，並維持通風與防輻射條件。
4. 品管與彙整：檢查資料是否缺測、異常或受儀器故障影響，再依規定的日界與時區整理成日資料。臺灣的日資料通常以當地標準時間的一日為統計區間。

日平均氣溫

有完整逐時氣溫資料時，日平均氣溫以統計日內各逐時氣溫的算術平均計算。若一日有 $n$ 筆有效的逐時觀測值，則

完整逐時資料通常以 $n=24$ 計算。若資料缺測，須依資料規範處理，不可逕將缺測值當作零度。

部分氣候統計或只有極值資料的情況，會採用最高、最低氣溫的平均作為日平均估計值：

此法是以日較差兩端估算日平均，與完整逐時氣溫平均的定義不同；作答時應交代採用的資料與方法。

當日最高與最低氣溫

自動測站由感應器在統計日內連續或高頻取樣，從有效資料中取最大值及最小值：

核心觀念

地面反照率（surface albedo）是地表反射的短波輻射通量與入射到地表的短波輻射通量之比，表示地表反射太陽輻射的能力，通常以百分比或無因次比值表示：

其中，$K_{\downarrow}$ 是地表接收到的向下短波輻射通量，$K_{\uparrow}$ 是地表反射向上的短波輻射通量。反照率受地表材質、顏色、濕度、植被、積雪、太陽高度角及雲況等影響；一般而言，雪地反照率高，深色或潮濕地表反照率低。

解題方法：觀測儀器與程序

觀測時，在同一地點架設一對短波輻射表（pyranometer）：一支感測器朝上，量測入射的向下短波輻射 $K_{\downarrow}$；另一支感測器朝下，量測地面反射的向上短波輻射 $K_{\uparrow}$。兩支儀器應水平安裝，並保持相同的光譜響應與校正狀態，以便比較。

將同一時間區間內兩支儀器的觀測值配對，代入反照率公式即可。若使用一段時間的平均值，應以該期間向上與向下短波輻射的平均通量計算其比值：

核心觀念

本題比較高空風觀測中，追蹤探空氣球位置的兩種定位方式：早期的無線電三角定位與現今的 GPS 定位。兩者都先以探空氣球攜帶的儀器測得不同高度的位置，再由位置隨時間的變化求出高空風速與風向。

風是空氣相對於地面的水平運動，因此須先取得氣球在各時刻的位置。若相鄰觀測點的位置為 $(x_1,y_1)$、$(x_2,y_2)$，時間間隔為 $\Delta t$，則水平風速可由位移除以時間求得：

風向則由水平位移的方向換算；氣象風向通常表示風從哪個方向吹來，與氣球移動方向相反。

解題方法

作答時抓住共同原理與定位來源的差異即可：兩者都追蹤探空氣球的水平位置，藉位置變化推算風；不同之處在於，無線電三角定位依靠地面測站接收氣球發出的無線電訊號，GPS 則依靠衛星訊號計算接收器的位置。

核心觀念

氣象雷達直接量測的是降水粒子造成的雷達回波強度，通常以反射因子 $Z$ 表示；地面降雨量則須先由回波推估降雨強度 $R$，再對時間累積。這類由雷達估算降雨量的程序稱為定量降水估計（QPE）。

雷達反射因子與降雨強度常以經驗性的 $Z$–$R$ 關係表示：

其中 $Z$ 為反射因子，$R$ 為降雨強度，$a$、$b$ 依降雨型態及地區校正。常見的 Marshall–Palmer 關係為：

雷達回波常以對數單位 dBZ 表示：

因此須先將 dBZ 轉為線性反射因子，再代入 $Z$–$R$ 關係。

解題方法

1. 取得並校正雷達回波。 以雷達反射因子資料辨識降水回波，並排除地物雜波、異常傳播、波束遮蔽、衰減及亮帶等影響。因雷達觀測的是空中降水粒子，資料須盡量代表接近地面的降水。
2. 由回波推估降雨強度。 若回波以 dBZ 表示，先換算為 $Z=10^{\mathrm{dBZ}/10}$，再依適用的 $Z$–$R$ 關係求得 $R$。例如採用 Marshall–Palmer 關係時：