107 高普考高考三級 氣象 大氣測計學（包括傳統觀測與遙測） 考古題詳解

核心觀念

本題評量氣象觀測儀器中「傳統機械式集水」與「現代光學遙測式」降水測計之物理原理、測量誤差與資料應用價值：

1. 光學雨量計（Optical Rain Gauge, ORG / Optical Disdrometer）之光電轉換原理：

• 遮蔽阻斷型（Beam-occlusion / Extinction）：雨滴穿過平行光束產生陰影，光敏接收器測得電壓脈衝信號。脈衝幅度正比於雨滴有效截面積（推算等效粒徑 $D$），脈衝寬度（遮蔽持續時間）反比於粒子下落速度 $v(D)$。
• 光閃爍型（Optical Scintillation）：利用雨滴通過光路引起光強度的隨機擾動（高頻閃爍頻譜），經由閃爍變異數與特定頻譜功率推算平均降雨強度。
• 降水微物理積分：透過雨滴粒徑分佈（Drop Size Distribution, DSD）$N(D)$，積分計算降水強度 $R$： $R = 6\pi \times 10^{-4} \int_0^\infty D^3 v(D) N(D) \, dD \quad (\text{mm hr}^{-1})$

2. 傾斗式雨量筒（Tipping Bucket Rain Gauge, TBRG）：

• 基於「承雨承水口累積水重」之機械式量測，兩側對稱傾斗輪流裝水，到達額定容量（如 $0.1\text{ mm}$ 或 $0.5\text{ mm}$）後翻轉排水並觸發磁簧開關輸出脈衝計數。

3. 資料層次差異：

• 傾斗式僅具備「時序累積雨量」之單一標量維度。
• 光學儀器具備「高時空解析度」、「粒子動態譜（粒徑與落速）」及「降水型態鑑別」等多維微物理資訊。

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解題方法

本題為典型的公職申論對比題，作答應採取「分項論述、矩陣對比、微物理深入」架構：

1. 原理精確拆解：將光學雨量計依市面主流技術分為「光遮蔽型」（如 OTT Parsivel 譜儀）與「光閃爍型」，分別闡釋其物理信號轉換為降水強度之推導邏輯。
2. 誤差來源分類化：不可漫無邊際列舉，應按「大氣與流場效應」、「微物理與多粒子重疊」、「儀器硬體與光學邊界」三大維度有條理地剖析光學測計的失真機制。
3. 觀測方式與詮釋應用對比：建立綜合對比矩陣，從「取樣尺度（體積取樣 vs. 面積取樣）」、「響應時間」、「微物理資料價值（如雷達 $Z$-$R$ 校正）」切入，完整回答兩者的根本差異。

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選項分析

本題為非選擇題（專業申論題），無選項可逐一分析。答題關鍵在於全面回應題幹之三大核心子題：光學原理、光學誤差來源、與傾斗式之觀測與資料詮釋差異。

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解題技巧

1. 掌握得分關鍵詞：閱卷委員尋找的關鍵字包括「光遮蔽（Shadow/Extinction）」、「雨滴譜（DSD, $N(D)$）」、「取樣體積（Sampling Volume）」、「重疊效應（Coincidence effect）」、「非接觸式瞬間量測」、「傾轉延遲漏水誤差」。
2. 切忌泛泛而談：不能僅寫「光學是用光感應、傾斗是用桶子裝」，必須說明光脈衝與雨滴「截面積、終端速度」的物理映射，並點出光學資料可用於「都卜勒雷達反射率因子 $Z$ 之 $Z = \int N(D)D^6 dD$ 校準」等高級應用，方能拿取高分。
3. 避免常見陷阱：

• 勿將光學雨量計視為有集水承雨口的傳統儀器；光學儀器多屬「開放光束之採樣體積（Sampling Volume）」。
• 傾斗式雨量筒在極端強降雨時會產生「傾轉期間漏水」造成「低估」，而非高估，此為經典考點，切勿記反。

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【答案】

一、光學雨量計之量測原理

光學雨量計主要利用大氣降水粒子通過特定光學採樣區時，所造成的光強變化或衰減特性進行測計，主流架構可分為兩類：

1. 光遮蔽阻斷式（Beam-occlusion / Disdrometer 原理）

• 幾何取樣區：由發光二極體（LED）或半導體雷射發射出一道水平準直扁平光束（例如寬數公分、厚度約一毫米的光帶），照射至光電接收端。
• 粒徑推算：當單一雨滴下落穿過光束時，會遮蔽部分光通量，使接收端光電二極體產生負向電壓脈衝。電壓脈衝的振幅（最大衰減量）$\Delta V$ 與雨滴投影截面積成正比，由此可反推雨滴等效直徑 $D$： $\Delta V \propto D^2$
• 下落速度推算：雨滴進出光束所經歷的時間即脈衝持續時間 $\Delta t$，結合光束厚度 $H$ 與粒徑大小，可計算該粒子的終端下落速度 $v(D) \approx (H + D) / \Delta t$。

核心觀念

本題考查氣象遙測領域中「主動式微波遙測儀器」的波段選擇原理、散射機制以及微物理觀測應用，主要涉及以下物理觀念與公式：

1. 雷達氣象方程式與瑞立散射（Rayleigh Scattering）： 當粒子直徑 $D$ 遠小於雷達電磁波波長 $\lambda$（即尺度參數 $x = \frac{\pi D}{\lambda} \ll 1$）時，球形水象粒子的後向散射截面積 $\sigma_b$ 滿足瑞立散射近似： $\sigma_b = \frac{\pi^5 |K|^2 D^6}{\lambda^4}$ 其中 $|K|^2 = \left|\frac{m^2-1}{m^2+2}\right|^2$ 為複數折射率因子。雷達所測得的等效雷達反射率因子 $Z_e$ 與單位體積內粒子直徑六次方成正比（$Z = \sum D^6$），而回波接收功率 $P_r$ 則與 $\lambda^{-4}$ 成正比。
2. 目標物尺度與波段權衡（Trade-off）：

• 天氣雷達（降水雷達）：主要觀測降水粒子（雨滴、雪、冰雹，直徑約 $0.5 \sim 6\text{ mm}$）。為避免電磁波能量穿透降水區時發生嚴重衰減，採用波長較長、穿透力高的公分波段。
• 雲雷達（毫米波雷達）：主要觀測非降水之雲滴、冰晶或氣膠（直徑約 $10 \sim 50\ \mu\text{m}$）。微小雲滴的 $D^6$ 極小，公分波雷達無法測得有效回波；由 $\sigma_b \propto \lambda^{-4}$ 可知，大幅縮短波長至毫米波段，可使後向散射截面積激增數萬倍，從而大幅提升對微弱雲訊號的偵測靈敏度，但代價是電磁波在大氣與降水中的衰減（Attenuation）顯著增加。

3. 微物理參數推估與相態識別： 雲雷達結合多波段微分衰減（Dual-Wavelength Ratio, DWR）、高頻都卜勒光譜分析與雙偏極化技術，能從「總體宏觀降水特徵」跨入「微觀雲滴譜與相態動態」解析。

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解題方法

本題為申論題，答題架構分為兩大主軸，採系統化對比與層次推進展開：

1. 第一部分：異同點比較

• 相同點：歸納兩者在主動微波探測原理、都卜勒效應應用及偏極化訊號處理等共通架構。
• 相異點：以「波段波長」、「目標粒子尺度」、「散射機制與衰減效應」、「天線孔徑與空間解析度」、「覆蓋範圍與佈設平台」五大關鍵指標切入，整理為對比架構。

2. 第二部分：雲雷達新參數與新應用

• 新參數：從高靈敏度反射率、多波段微分衰減、精細都卜勒速度譜、微物理水含量參數（LWC/IWC）逐項論述。
• 新應用：涵蓋雲微物理與降水萌生機制、雲垂直立體結構（雲底/雲頂）、氣候數值模式參數化校驗、飛航安全（過冷水滴結冰警戒）及衛星遙測地面校驗。

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選項分析（申論題各子題要點解構）

本題非選擇題，評分標準著重於論點之完整度與氣象物理學理依據，子題架構剖析如下：

• 子題一：天氣雷達與雲雷達之異同
• 相同點要點：主動式脈衝電磁波收發、都卜勒頻移測速原理、雷達方程式理論基底相同。
• 相異點要點：波長差異（公分波 vs 毫米波）導致散射靈敏度（$\propto \lambda^{-4}$）與衰減特性的根本差異；目標物由「降水粒子」縮小為「非降水雲滴與冰晶」。
• 子題二：雲雷達預期拓展之新參數
• 要點：低至負分貝的極低反射率因子（$Z < -20\text{ dBZ}$）、液態水/冰水含量（LWC/IWC）、有效粒子半徑（$r_{eff}$）、都卜勒光譜譜寬與垂直氣流微結構、雙頻比（DWR）。
• 子題三：雲雷達之新應用
• 要點：不可僅寫「看雲」，需明確點出「降水初生微物理機制」、「多層雲邊界判定」、「氣候輻射收支評估（模式參數化）」、「飛機積冰（過冷水滴）監測」與「空基衛星任務搭配（如 CloudSat/EarthCARE）」。

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解題技巧

1. 善用物理公式背後的定性意義：答題時寫出 $\sigma_b \propto \frac{D^6}{\lambda^4}$，直接說明為何雲雷達選用毫米波（$\lambda$ 縮小使極微小雲滴的散射訊號被顯著放大）。
2. 對比記憶波段數值：

• 業務天氣雷達：S波段（$\approx 10\text{ cm}$）、C波段（$\approx 5\text{ cm}$）。
• 雲雷達：Ka波段（$\approx 8.6\text{ mm}$，約 $35\text{ GHz}$）、W波段（$\approx 3.2\text{ mm}$，約 $94\text{ GHz}$）。

3. 避免常見陷阱：切勿將雲雷達視為「功能更強、可完全取代天氣雷達的升級品」。必須點出雲雷達遇強降水時衰減極為劇烈（甚至訊號遭完全遮蔽），兩者在氣象業務上屬於功能互補而非替代。

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【答案】

一、天氣雷達與雲雷達之異同

比較項目	業務天氣雷達（Weather Radar）	研發中雲雷達（Cloud Radar）
相同點	1. 均屬主動式微波遙測儀器，藉由發射電磁脈衝並接收水象粒子的後向散射能量。<br>2. 均基於雷達方程式推求反射率因子，並藉由都卜勒相移量測徑向運動速度。<br>3. 均可結合雙偏極化技術（Dual-Polarization）判別粒子形狀與相態。

核心觀念

本題旨在評量大氣遙測與氣象觀測網整合的核心知能，考點涵蓋：

1. 全球降水觀測（GPM）計畫的系統架構與技術特徵：了解接續 TRMM（熱帶降雨觀測任務）之 GPM 核心觀測衛星（Core Observatory）酬載配置（DPR 雙頻雷達、GMI 微波輻射計）、衛星星系（Constellation）運作概念、觀測緯度擴展及微物理偵測能力（微量降雨與固態降水）。
2. 三種降水觀測系統之物理本質與量測特徵：

• 地面雨量站網：原位觀測（in-situ）、點量測、直接測量降水深度（地面真值，Ground Truth）。
• 地基氣象雷達：主動式微波遙測、區域二維/三維容積掃描、間接推估（利用雷達反射率因子 $Z$ 與降雨率 $R$ 之 $Z = aR^b$ 經驗公式或雙偏極化參量反演）。
• 太空降水衛星（GPM）：主/被動微波遙測結合、全球無縫隙覆蓋、間接反演。

3. 資料互補與多感測器融合機制：空間尺度互補（點－面－全球）、時空解析度代償、微物理反演校準（以地面驗證太空、以太空標準校正跨國星系）、多感測器定量降水估計（QPE/IMERG）綜整技術。

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解題方法

本題為典型申論題，配分應切分為兩大主軸，解題切入點如下：

1. 第一部分：剖析 GPM 特點 從「衛星架構」、「核心儀器與頻段」、「觀測覆蓋與偵測門檻」三維度展開：

• 強調其為 NASA 與 JAXA 合作之跨國計畫，採用「1 顆核心校準衛星 ＋ 多顆夥伴衛星（星系）」架構。
• 詳述核心衛星兩大酬載：雙頻降水雷達（DPR：Ku 頻段 $13.6\text{ GHz}$ 與 Ka 頻段 $35.5\text{ GHz}$）與 GPM 微波輻射計（GMI：13 個頻道，覆蓋 $10\text{--}183\text{ GHz}$）。
• 點出技術突破：軌道傾角擴展至 $65^\circ$（涵蓋極地圈邊緣至中高緯度）、具備微量降水（$< 0.5\text{ mm/hr}$）與降雪偵測能力、具備三維雨滴粒徑分佈（Drop Size Distribution, DSD）垂直剖面檢索能力。

2. 第二部分：建構三種資料的互補論述 依循「物理原理差異 $\to$ 各自優劣勢 $\to$ 跨尺度協同互補」之邏輯鏈進行比較：

• 空間與幾何尺度互補：點觀測（雨量計）提供高精確度定點基準；區域觀測（地基雷達）提供幾百公里內高時空解析度連續場；全球觀測（GPM）填補無人區、高山與廣大洋面之盲區。
• 反演演算法與跨感測器校正：雨量計校正地基雷達的系統偏差（Bias Correction）；地基雷達網提供地面驗證場（Ground Validation, GV）校驗 GPM 演算法；GPM 核心衛星則充當太空中的「統一校準器」，消除不同極軌衛星間之微波輻射校準落差。
• 產品融合與綜合應用：如 NASA IMERG 演算法，結合 GPM 微波反演、地球同步衛星紅外線高頻率插補與地面雨量站偏差修正，產出最佳化之全球降水場。

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選項分析（申論重點要素對比）

本題非選擇題，為使答題層次嚴謹，特將三種觀測技術之物理特性與評估要素歸納於下表，作為申論答題之支撐架構：

評估維度	地面雨量站網	地基型氣象雷達	太空降水衛星（GPM）
觀測物理機制	原位直接接觸量測（秤重式、翻斗式）	主動發射微波後向散射（S/C/X 頻段）	主動散射（DPR: Ku/Ka）＋ 被動輻射（GMI 微波）
空間覆蓋範圍	極小（點量測，代表半徑僅數公尺至數公里）	中尺度區域（半徑約 $150\text{--}250\text{ km}$）	全球性（南緯 $65^\circ$ 至北緯 $65^\circ$，軌道掃描帶覆蓋）
時間更新頻率	高（數分鐘至小時）	極高（單次體積掃描約 $5\text{--}10\text{ 分鐘}$）	低（單星重訪約數天；星系合成約 $2\text{--}3\text{ 小時}$）
主要誤差與限制	空間代表性不足、風阻效應、地形代表誤差	地形阻擋、波束展寬、亮帶污染、$Z$-$R$ 變異	觀測瞬時性（時間間隔大）、微波衰減、高地表發射率干擾
在觀測網的角色	地面真值（Ground Truth）	即時降雨與強對流預警監測	全球大尺度水循環監測與無人區補盲

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解題技巧

1. 破題黃金關鍵詞：閱卷老師評閱 GPM 時，必找「TRMM 接續者」、「DPR（Ku/Ka 雙頻）」、「GMI」、「$65^\circ$ 軌道傾角」、「降雪與微量降雨偵測」、「衛星星系校準標準」等關鍵字，開篇務必開門見山列出。
2. 切忌泛泛而談：論述互補時，不可僅寫「各取所長、衛星補足海上、雷達補足陸地」。必須深入「物理微物理機制」與「校準機制」：

• 提到 GPM DPR 提供的垂直 DSD 剖面如何改善地基雷達的 $Z$-$R$ 反演假定。
• 提到雨量站網如何作為地面真值修正雷達與衛星反演偏差（例如 IMERG 中的 Monthly Gauge Calibration）。

3. 架構分明：答題時明確標出「一、GPM 之特點」與「二、三種雨量資料之互補性」，第二部分細分為「空間覆蓋互補」、「時間解析度互補」、「觀測精度與物理校正互補」，展現清晰的邏輯架構。

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【答案】

核心觀念

本題評量下墊面（土壤與海洋）熱物理特性之現場觀測（In-situ measurement）、遙測技術（Remote sensing）與熱力邊界層物理結構：

1. 熱傳導與能量傳輸機制：固體土壤以分子熱傳導（Molecular conduction）為主；流體海水則以紊流混合（Turbulent mixing）、風應力帶動之對流與輻射穿透為主。
2. 土壤溫度觀測規範與儀器：世界氣象組織（WMO）規範之標準深層觀測深度（5、10、20、30、50、100、200、300、500 cm），傳統玻璃水銀地溫計（曲管、垂深地溫計）及自動化電阻式感溫元件（Pt100 RTD、熱敏電阻）。
3. 海水溫度觀測規範與儀器：海表溫度（SST）與垂直剖面觀測工具，包括溫鹽深儀（CTD）、投棄式溫深儀（XBT）、自主式剖面浮標（Argo floats）、錨定浮標與衛星熱紅外／微波遙測。
4. 垂直溫度剖面理論：土壤一維熱傳導方程式之解（振幅隨深度呈指數衰減、相位呈線性落後）；海洋垂直三層結構（混合層、斜溫層／溫躍層、深水層）。

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解題方法

本題為典型的申論題，答題架構應分為三大主軸：

1. 土壤溫度之量測技術（分傳統現場觀測、現代自動化測器與衛星遙測說明）。
2. 海水溫度之量測技術（分海表溫度量測、剖面探測儀器與衛星遙測說明）。
3. 表層至深層溫度剖面特徵之異同（先歸納共性機制，再對比分層結構、傳熱動力與穿透深度的物理差異）。

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選項分析

本題非選擇題，為公職高考之專業問答題。評分重點與答題構面如下：

• 評分點一（土壤溫度量測）：能否準確寫出傳統儀器（曲管地溫計、垂深地溫計之結構設計理由）與現代電氣測器，並提及衛星遙測量測地表皮溫。
• 評分點二（海水溫度量測）：能否掌握垂直剖面關鍵儀器（CTD、XBT、Argo 浮標）之運作方式，以及海表溫度之紅外／微波遙測原理。
• 評分點三（剖面特徵異同）：能否運用熱力學與流體力學原理解釋「日／年週期衰減與相位延遲」的共通性，以及土壤「單純導熱平滑曲線」與海洋「混合層—斜溫層—深水層」結構性差異。

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解題技巧

1. 儀器細節加分亮點：

• 曲管地溫計（量測淺層 5~20 cm）：感溫管彎曲設計（常約 $120^\circ \sim 135^\circ$），目的是讓感溫球深埋土中時，刻度柱能平貼地面或斜露於地表，便於觀測員視線垂直讀數而不干擾地表受熱。
• 垂深地溫計（量測 30~500 cm）：置於金屬或塑膠護套管內，感溫球周圍包裹石蠟或浸入油中，以增大熱時間常數（熱惰性），提起至地面讀數時溫度不致受氣溫影響而驟變。
• 海水 XBT 與 CTD：XBT 是靠重力自由下沉，利用導線回傳電阻變化，深度是由「下沉時間與阻力落速公式」換算得來；CTD 則是透過水壓感測器（壓阻或石英震盪器）精確測得深度。

2. 剖面比對關鍵字必背：

• 共通點：「振幅指數衰減（Exponential damping）」、「相位落後（Phase lag）」。
• 相異點：「分子熱傳導 vs. 紊流對流混合」、「平滑衰減 vs. 三層結構（混合層、溫躍層、深水層）」。

3. 避免常見陷阱：

• 切勿只回答海表溫度（SST）而忽略深層觀測工具（CTD、Argo）。
• 衛星熱紅外線遙測只能觀測極薄的「皮溫」（Skin temperature，微米至毫米級），不可視為深層剖面測量。

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【答案】

一、 土壤溫度的量測方法

土壤溫度觀測分為「現場就地觀測（In-situ）」與「衛星遙測（Remote sensing）」兩大途徑：

1. 現場傳統與自動化量測： 氣象觀測標準深度通常為 5、10、20、30、50、100、200、300 及 500 cm。

• 曲管地溫計（Bent-stem thermometer）：用於淺層（5、10、20 cm）。其感溫管球部與毛細管刻度柱呈 $120^\circ \sim 135^\circ$ 夾角，球部水平埋入預定深度的原狀土中，刻度部斜露於地面，可直接讀數且不破壞地表輻射平衡。
• 垂深地溫計（Symons earth thermometer）：用於深層（30 cm 至數公尺）。將專用玻璃溫度計懸掛於深埋地下的鐵管或 PVC 管內。感溫球外部包裹石蠟或導熱膠，藉由加大熱容量（延長熱響應時間），使觀測員拉出管外讀數時，讀值不致受環境氣溫迅速干擾。
• 電氣測溫感測器：現代自動氣象站多採用白金電阻溫度計（Pt100 RTD）或熱敏電阻（Thermistor），封裝於防水探棒中，依標準深度直接埋入土壤，透過電阻阻值變化轉換為電壓訊號自動連續記錄。

2. 衛星遙測量測：

• 熱紅外線輻射計：透過大氣視窗通道（如 $10.5 \sim 12.5\,\mu\text{m}$）量測地表向外長波輻射，依據普朗克輻射定律反演地表**輻射皮溫（Sk

核心觀念

本題測驗氣象高空觀測（Upper-air Observation）的核心技術——無線電探空系統（Radiosonde / Rawinsonde System）的硬體架構與觀測誤差物理機制。主要涉及觀念包含：

1. 系統工程架構：從空中載具、探空儀本體感測與遙測（Telemetry）發射模組，到地面追蹤接收、基線校正（Ground Check）及數據處理終端之全系統鏈結。
2. 大氣熱力與動力參數感測原理：包含雙金屬片／熱敏電阻測溫、電容式薄膜測濕、空盒氣壓計（或 GNSS 幾何高推導氣壓），以及利用都卜勒頻移／GNSS 差分定位解算高空風。
3. 量測不確定性（Measurement Uncertainty）物理機制：依據世界氣象組織（WMO）儀器與觀測方法委員會（CIMO）標準，不確定性涵蓋感測器固有物理限制（如熱滯後、化學惰性）、環境輻射與動力干擾（日射加熱、長波輻射冷卻、氣球熱尾流、吊繩擺動），以及流體熱力變換計算時的誤差傳遞（如靜力平衡測高方程之累積誤差）。

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解題方法

本題屬於典型的高考氣象專業申論題，作答策略採「模組化系統剖析」結合「分項物理成因拆解」：

1. 全系統組成要件：必須跳脫「只有一顆氣球加一個盒子」的狹隘思維，由空中到地面，依「空中飛行總成」、「探空儀器本體」、「地面接收處理終端」、「校驗與充填輔助設備」四個子系統條理分述，展現全系統（End-to-End System）工程視野。
2. 參數量測不確定性來源：切忌籠統回答「儀器老化」或「天氣不好」，應按氣象探空最關鍵的「溫、濕、壓、風、高」五大基本要素，分別深入剖析儀器感應特性、熱傳導／輻射環境效應、動力氣流干擾與演算法誤差機制。

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解題技巧

1. 結構層次化：閱卷委員評閱時著重視野完整度。第一部分系統要件務必包含「地面基線校驗（Ground Check Unit）」，這是作業規範中最關鍵卻最常被考生遺漏的環節。
2. 專業術語精準化：

• 描述溫度誤差時，點出「太陽短波日射增溫（Solar Radiative Heating）」與「感測器熱滯後（Thermal Lag）」。
• 描述濕度誤差時，必須強調著名的「輻射乾偏差（Radiation Dry Bias）」與低溫下的「響應遲滯（Response Time Slowdown）」。
• 描述測風誤差時，點出「吊繩擺動（Pendulum Effect）」對瞬時風向量測的雜訊干擾。

3. 理論方程輔助論述：說明氣壓與位勢高度不確定性時，適度寫出測高方程（Hypsometric Equation），展現高分考生具備理論公式與誤差傳遞分析的連結能力。

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【答案】

一、無線電探空儀全系統（Radiosonde System）之組成要件

現代無線電探空系統由空中載具組件、空中探空儀本體、地面接收處理站以及地基校驗輔助設施四大要件構成：

(一) 空中飛行總成（Flight Train）

1. 高空氣象氣球（Sounding Balloon）：通常以天然乳膠（Latex）或氯丁橡膠製成，具有高延展性與耐低溫特性，內部充填氦氣（$\text{He}$）或氫氣（$\text{H}_2$），提供穩定淨浮力以維持每分鐘約 $300\sim350\text{ m}$（即約 $5\sim6\text{ m/s}$）的上升速度。
2. 降落傘（Parachute）：置於氣球與探空儀之間，氣球破裂後張開以減緩探空儀墜落速度，保障地面安全。
3. 退線器與吊繩（Unwinder and Suspension String）：長度通常約 $20\sim30\text{ m}$，釋放後逐漸延伸，作用是讓探空儀本體遠離氣球熱尾流（Thermal Wake）及氣球擺動引起的紊流擾動。

(二) 探空儀本體（Radiosonde Proper）

1. 氣象感測單元（Sensor Boom & Assemblies）：

• 溫度感測器：微型陶瓷熱敏電阻（Bead Thermistor）或白金電阻絲，表面具高反射塗層以減低輻射效應。
• 相對濕度感測器：薄膜高分子聚合物電容式感測器（Thin-film Capacitive Polymer Sensor），現代探空儀常採加熱型雙晶片交替量測以防結冰與遲滯。
• 氣壓感測器：矽壓阻晶片或精密空盒氣壓計（Aneroid Capsule）；若採無感壓計設計（GPS-only Sonde），則利用衛星定位高度結合靜力平衡方程反演氣壓。

2. 衛星定位導航模組（GNSS/GPS Receiver）：接收衛星訊號，精確解算探空儀即時三維座標（經度、緯度、幾何高度）與都卜勒頻移，用於推導水平風向、風速及位勢高度。
3. 訊號調理與微處理器模組（Microcontroller Unit）：進行類比／數位訊號轉換（A/D Conversion）、感測器校正係數代入、溫度補償與數據封包編碼。
4. 無線電發射機與天線（Transmitter and Antenna）：工作於氣象專用頻段（如 $403\text{ MHz}$ 或 $1680\text{ MHz}$），將觀測封包定時調變發送至地面。
5. 輕量化電池組（Power Supply）：耐低溫鋰電池或水激活電池，確保在對流層頂低至 $-80^\circ\text{C}$ 的環境下仍能穩定供電數小時。

(三) 地面接收與資料處理系統（Ground Receiving and Processing System）

1. 地面接收天線與射頻接收機（Antenna and Receiver）：全向性天線或自動追蹤定向天線，配合高靈敏度超外差接收機，負責接收下傳之無線電遙測信號。