113 高普考高考三級 氣象 天氣學（包括天氣分析與天氣預報） 考古題詳解

核心觀念

MCS（中尺度對流系統）的降水通常由對流降水區與層狀降水區共同組成。兩區差異不只是雨勢強弱，也反映出不同的垂直運動尺度、雲微物理過程，以及由加熱與冷卻所造成的水平風場輻散結構。

• 對流區：由深厚、局部而強烈的對流塔構成，強上升氣流支撐快速凝結與降水粒子成長。
• 層狀區：常由對流塔輸送、擴散的冰相粒子形成廣闊降水盾；垂直運動較弱且具層狀結構，冰粒子沉降融化後形成降雨。

分析時，依序比較雷達回波、垂直速度、微物理過程與水平風場輻散度，即可辨識兩區的典型差異。

解題方法

題目指定四項比較面向，可用「回波形態—垂直運動—粒子成長—輻散剖面」建立因果鏈：

1. 對流區的強上升氣流形成垂直發展深厚的強回波核心，並快速製造大量液態與冰相降水粒子。
2. 對流塔將冰晶、雪及霰等粒子向上輸送，部分粒子向外流出並在高空擴散，供應層狀區。
3. 層狀區的冰粒子在上升氣流中藉由水汽凝華與粒子聚合長大，之後沉降；通過約 $0^\circ\mathrm{C}$ 高度附近的融化層後成為雨滴。
4. 兩種區域的垂直運動剖面不同，因此其水平輻散度的垂直分布也不同。

其中，層狀區常見的雷達「亮帶」是融化層附近回波增強的特徵，反映冰相粒子融化成液態水滴時的雷達散射差異。

對流區與層狀區比較

核心觀念

可預報度描述大氣演變能被預報的程度與時間範圍。由於大氣具有非線性，初始狀態的微小差異會隨時間增長；然而，預報誤差的來源不只一種，因此須區分：

• 本質可預報度（intrinsic predictability）：在假設模型完美、初始狀態已知的條件下，大氣系統本身所容許的預報能力。它受系統內部的混沌性與尺度間交互作用限制。
• 實際可預報度（practical predictability）：使用真實觀測、有限解析度與近似數值模式時，實際能達到的預報能力。它除了受大氣本身的限制，也受初始條件誤差、模式誤差、資料同化及計算資源等因素影響。

一般而言，實際可預報度不會優於本質可預報度；本質可預報度則可視為在理想條件下的上限。

解題方法：如何估計本質可預報度

本質可預報度要排除觀測及模式不完美所造成的限制，重點是觀察大氣系統內部誤差如何隨時間增長。常用方法如下：

1. 完美模式集合預報：假設模式完美，從非常接近但略有差異的初始狀態出發，進行多組集合預報。比較各成員隨時間的發散程度，估計系統自身造成的預報不確定性。
2. 初始擾動實驗：對基準初始場加入微小擾動，計算擾動隨時間的成長。擾動成長若快速達到飽和，表示該尺度的本質可預報時間較短。
3. 誤差成長與飽和分析：分析預報誤差或集合離散度隨預報時間的變化，並估計誤差增長率、特徵成長時間或達到飽和的時間。這些量可用來衡量系統對初始狀態的敏感度及其內在可預報期限。
4. 混沌與李雅普諾夫分析：以李雅普諾夫指數等方法量化相近軌跡的平均分離速率。

核心觀念

囚錮鋒是溫帶氣旋發展時，移動較快的冷鋒追上暖鋒，將原本位於地面的暖氣團抬離地面後形成的鋒面。此時地面暖區縮小或消失，地面囚錮鋒附近有三種氣團相會：冷鋒後方氣團、暖鋒前方氣團，以及已被抬升的暖氣團。

暖型與冷型的分類，取決於冷鋒後方氣團與暖鋒前方氣團的相對冷暖：

• 暖鋒囚錮（暖型囚錮）：冷鋒後方氣團較暖，暖鋒前方氣團較冷。後方氣團較輕，沿前方冷氣團上滑。
• 冷鋒囚錮（冷型囚錮）：冷鋒後方氣團較冷，暖鋒前方氣團較暖。後方氣團較重，從下方楔入並迫使前方氣團上升。

解題方法：先比較兩側氣團，再判讀剖面

題目要畫出垂直與水平結構，判斷順序如下：

1. 找出冷鋒後方與暖鋒前方兩個地面氣團。
2. 比較兩者溫度與密度，判斷哪一個氣團位於下方。
3. 在垂直剖面畫出暖氣團被抬升的結構；在水平圖上標出低壓中心、囚錮鋒、暖區及鋒面符號。

暖鋒囚錮（暖型囚錮）

垂直剖面：由冷鋒後方往暖鋒前方看

高度
 ↑ 暖氣團（原暖區）
 | ／￣￣￣￣￣￣
 | 後方較暖 ／
 | ／
 |__________／________________ 地面
 後方較暖氣團 前方較冷氣團
 囚錮鋒

冷鋒後方的氣團雖然較冷於原暖區，卻比暖鋒前方氣團暖，因此密度較小，不能深入前方冷空氣下方；它沿前方冷氣團上滑，暖氣團則被抬升至高空。地面囚錮鋒的熱力結構較接近暖鋒。

冷鋒囚錮（冷型囚錮）

核心觀念

氣團（air mass）是指在廣大範圍內，水平方向上的溫度與水氣等物理性質大致均勻，且垂直方向上具有相當一致特徵的一大團空氣。氣團在源地停留一段時間，與下墊面充分交換熱量和水氣後，便會取得源地的特性；源地的性質因此是判斷氣團冷暖、乾濕的重要依據。

Bergeron（白吉龍）分類以氣團源地的特徵為基礎，主要從三個方面分類：

1. 緯度帶（熱力性質）：依源地所處緯度區分氣團的冷暖，如赤道、熱帶、極地與北極（或南極）氣團。
2. 下墊面（乾濕性質）：依源地是大陸或海洋區分為大陸性（continental，c）與海洋性（maritime，m）。大陸性氣團較乾，海洋性氣團較濕。
3. 源地的熱力與地表性質：依源地的地表及其熱力狀況再細分，例如赤道海洋氣團、熱帶海洋氣團、極地大陸氣團等；實際名稱與代碼由緯度帶和下墊面代碼組合表示。

解題方法

先以氣團的定義交代「大範圍、性質相對均勻、源地特性」，再把 Bergeron 分類拆成緯度、海陸與源地熱力特徵三個面向。最後將夏季臺灣的主導氣團連結到副熱帶太平洋暖海面的源地，判定為熱帶海洋氣團，並由暖、濕特性推論臺灣的典型天氣。

核心觀念

本題考查颱風的雙眼牆結構及**眼牆置換（eyewall replacement cycle, ERC）**中的軸對稱次環流。眼牆是環繞颱風眼的強對流環帶；眼牆置換期間，外側的新眼牆形成並增強，內側的舊眼牆則逐漸減弱消散。

軸對稱剖面以半徑 $r$ 為水平軸、高度 $z$ 為垂直軸，著重描述徑向速度 $u$ 與垂直速度 $w$：

• $u<0$：徑向向內流；$u>0$：徑向向外流。
• $w>0$：上升運動；$w<0$：下沉運動。
• 眼牆深對流區通常有強上升運動；其低層有輻合，高層有向外流出。
• 兩道眼牆之間的少雨區稱為間隙區（moat），常有下沉運動。

解題方法：畫出半徑—高度剖面

由颱風中心向外依序標示颱風眼、內／舊眼牆、間隙區、外／新眼牆及外圍雨帶，再畫出各區的上升、下沉與徑向流向。下圖表示典型結構，箭頭為次環流示意：

高度 z
 ↑
高層 ←────── 上層向外流出 ─────────────────────→
 ↑ ↑
 ↑↑↑↑↑ ↑↑↑↑↑ 雨帶
 ↑ 內／舊眼牆 ↓↓↓ 外／新眼牆 ↑
 ↓ │ ↓↓↓ │ ↑
地面／海面 ←──低層向內流──┴──────────┴────────┴──低層向內流──
中心 颱風眼 內眼牆 間隙區 外眼牆 外圍
 └────────────────────────────────────────────────────→ 半徑 r
 下沉