113 專技高考高等考試 漁撈技師 海洋學與氣象學 考古題詳解

核心觀念

潮汐可視為多個具有固定天文頻率的分潮疊加而成。調和分析利用潮位站的連續水位觀測資料，估計各分潮的振幅與相位遲角；這兩項合稱該分潮的調和常數。取得調和常數後，便可依天文潮位變化預報未來潮位。

常用表示式為：

其中：

• $\eta(t)$：時刻 $t$ 的潮位。
• $Z_0$：平均水位或觀測期間的基準水位。
• $H_j$：第 $j$ 個分潮的振幅。
• $g_j$：第 $j$ 個分潮的相位遲角。
• $\omega_j$：該分潮的角頻率，由天文週期決定。
• $V_j(t)$：分潮的天文平衡潮位角。
• $f_j、u_j$：考慮月球軌道等因素的振幅修正因子與相位修正量。

實際分析時，常以各分潮的 $H_j$ 與 $g_j$ 作為所求的調和常數；頻率則依分潮種類預先指定。

解題方法

1. 整理潮位觀測資料 使用潮位站連續量測的水位資料，檢查時間、單位與缺測情形，並設定一致的水位基準。觀測期間須足夠長，才能區分週期相近的分潮；資料品質與長度會影響分析結果。

2. 選定分潮與天文頻率 依分析目的選取待估分潮，並使用其已知天文頻率及天文相位。不同分潮頻率不同，例如主要半日潮分潮 M₂、S₂，及主要日潮分潮 K₁、O₁。

3. 建立潮位模型並線性化 因 $H_j$ 和 $g_j$ 同時出現在三角函數中，常將每個分潮改寫成正弦、餘弦項的線性組合。令 $\theta_j(t)=V_j(t)+u_j+\omega_jt$，則：

其中 $A_j=H_j\cos g_j$、$B_j=H_j\sin g_j$。將各觀測時刻的資料代入，即得包含 $Z_0、A_j、B_j$ 等未知數的線性方程組。

核心觀念

本題考查引潮力（tidal force）是重力的差異效應。月球對地球各處的引力大小不同；地球中心、近月側與遠月側受到的月球引力並不相同。引潮力可視為各處月球引力與地心處月球引力的差值。

設地月中心距為 $r$，地球半徑為 $R$，月球質量為 $M_m$。月球引力依反平方定律隨距離改變，因此引潮力的尺度約為：

其中 $G$ 為萬有引力常數。潮汐效應與距離的三次方反比，而不是單純與引力大小成正比。

解題方法：遠月側為何也有滿潮？

可在隨地球與月球共同運動的參考系中比較地球各處受到的作用。地月系統繞共同質心運動，整個地球受到近似相同的離心效應；它與地心處的月球引力大致平衡。真正造成潮汐的是相對於地心的引力差。

• 近月側：距月球比地心近，受到的月球引力較強。扣除地心處的引力後，剩餘作用朝向月球，海水形成近月側隆起。
• 遠月側：距月球比地心遠，受到的月球引力較弱。地球整體受到的離心效應仍近似相同；遠月側的月球引力不足以抵消這項效應，因此相對地心呈現背離月球的剩餘作用，海水在遠月側也形成隆起。

遠月側的滿潮不是月球把遠側海水直接「拉向外側」，而是遠側受到的月球引力比地心小，因而產生背向月球的相對潮汐效應。地球自轉使不同海域依序經過這兩個隆起區，形成通常所說的兩次滿潮；實際潮時與潮高還會受海盆形狀、海岸線及海底地形影響。

解題方法：月球引潮力為何大於太陽？

核心觀念

本題考查太平洋海氣交互作用的兩個相反位相：聖嬰與反聖嬰，以及它們如何透過改變西北太平洋的大尺度環流，影響颱風生成位置、移動路徑和強度。

聖嬰（El Niño）是熱帶中、東太平洋海表溫度持續偏暖的現象；反聖嬰（La Niña）則是同一海域海表溫度持續偏冷。兩者合稱聖嬰—南方振盪（ENSO），不只是局部海溫變化，也伴隨信風、氣壓、對流與降雨分布的改變。

常用的監測指標為聖嬰海溫指標（ONI）：觀測赤道中太平洋 Niño 3.4 區（約北緯 5 度至南緯 5 度、東經 170 度至西經 120 度）的三個月平均海溫距平。一般以 ONI 持續高於 $+0.5^\circ\text{C}$ 判定聖嬰條件，持續低於 $-0.5^\circ\text{C}$ 判定反聖嬰條件；正式事件判定還須符合持續時間與大氣環流特徵等條件。

解題方法

先辨認兩種現象的海溫方向，再沿著「海溫與對流改變 → 西北太平洋環流及颱風生成位置改變 → 颱風路徑與強度受到影響」作答。題目問的是侵臺機率與強度，須分別說明，不能把西北太平洋颱風總數直接當成侵臺颱風數。

典型氣候傾向如下：

核心觀念

本小題考查黑潮的來源、流向，以及水溫、鹽度、密度與垂直水團分布。描述時應區分表層與次表層特性：黑潮整體是暖而鹹的西太平洋邊界流，但不同深度的溫鹽性質並不相同。

解題方法與作答要點

1. 來源與流向 黑潮主要由北赤道流在菲律賓附近分出的北向支流補給，經呂宋海峽進入臺灣東南方海域，沿臺灣東岸向北流，再續往琉球、日本方向。它是西太平洋重要的西方邊界流，流速較強，輸送大量熱量。

2. 表層水溫與鹽度 黑潮表層水受熱帶、副熱帶海域影響，具有高溫、高鹽特徵。表層水溫隨季節變化，夏季較高、冬季較低；表層鹽度通常約在 34 左右至 35 之間，實際數值會隨季節、位置及水團混合而改變。

3. 垂直水團結構 黑潮水柱並非均一水體。表層為暖水；次表層常見高鹽水特徵；更深處則逐漸轉為低溫水，並呈現中層水、深層水的溫鹽特徵。溫鹽隨深度的變化反映不同來源水團的輸送與混合。

4. 密度與生物地球化學特徵 表層高溫使海水密度相對較低；鹽度增加則會提高密度，兩者共同決定其密度分布。黑潮表層通常營養鹽較低，水色較深；但次表層水營養鹽較高，若受上升流、垂直混合或地形作用帶至表層，可增加局部生產力。

解題技巧

作答可依「來源與流向—表層溫鹽—垂直結構—密度與營養鹽」排序。常見失分點是只寫「高溫、高鹽」，卻未說明季節變化或垂直水團結構；另須避免將整個水柱都描述成表層的高溫、高鹽性質。

二、等密度水團混合後的密度變化

核心觀念

海水密度由溫度、鹽度與壓力共同決定，可概念性表示為：

核心觀念

大氣邊界層（atmospheric boundary layer, ABL），又稱行星邊界層（planetary boundary layer, PBL），是大氣中直接受地表或海面影響的最低層。地表摩擦、加熱或冷卻，以及水氣與物質交換，會在此層改變風、溫度、濕度與湍流狀態。

邊界層的頂界不是固定高度，而是地表影響隨高度逐漸減弱、上方大氣開始較少受地表直接控制的過渡區。一般約為數百公尺至一、二公里；強烈對流時可發展至數公里，穩定層結時則可薄至數十公尺。實際厚度隨時間、天氣、地表性質與大氣穩定度而變。

解題方法

本題屬於名詞解釋與特徵說明題，作答可依序掌握三部分：

1. 先下定義：指出邊界層是近地表、受地表直接影響的大氣層。
2. 再說明主要作用：交代摩擦、熱量與水氣交換如何影響風場及熱力狀態。
3. 最後整理垂直結構與變化：說明湍流、風速隨高度變化、邊界層高度不固定，以及日夜與海陸差異。

大氣邊界層的主要特徵

1. 地表摩擦影響風場

近地表風受到地表或海面的拖曳作用，風速通常低於上方自由大氣；地表摩擦效應向上逐漸減弱。由於風速及風向受摩擦影響，邊界層內的風不完全遵循自由大氣的地轉平衡，並會產生跨等壓線的氣流分量。在較高處，風向逐漸轉向接近地轉風向，風速也逐漸增大。

2. 湍流旺盛，垂直混合作用重要

邊界層中的主要垂直傳輸方式是湍流。湍流能快速傳遞動量、顯熱、水氣及其他物質，使溫度、濕度與風速在垂直方向混合。湍流可由地表加熱造成的浮力作用產生，也可由風與地表摩擦造成的機械作用產生。

3. 熱量與水氣通量集中於近地層