108 公務人員升官等薦任 氣象 氣候學（包括氣象統計） 考古題詳解

核心觀念

本題考的是不同緯度接收的日平均太陽入射量如何隨季節變化。圖中橫軸為月份，縱軸為入射量（W/m²）；曲線標示北半球各緯度：$0^\circ$、$20^\circ$、$40^\circ$、$60^\circ$、$66.5^\circ$及$90^\circ$。這類曲線描述水平面在大氣層頂端接收的日平均太陽輻射，重點是比較各緯度的年變化形狀與振幅。

控制入射量的主要天文量是太陽赤緯 $\delta$、緯度 $\phi$、日出至日落的時角 $H_0$，以及太陽高度角。每日平均入射量可寫為

其中 $S_0$ 為太陽常數，$E_0$ 為日地距離造成的修正因子，$H_0$ 以弧度表示。太陽赤緯一年在約 $+23.5^\circ$ 至 $-23.5^\circ$ 間變化；北半球夏至時約為 $+23.5^\circ$，冬至時約為 $-23.5^\circ$。當地緯度與赤緯共同決定太陽高度及白晝長度。

解題方法與各曲線意義

讀圖時，先由曲線標示辨認緯度，再比較每條曲線的年平均高低、季節振幅與峰值月份。圖上曲線的共同原因是太陽赤緯隨季節移動；緯度越高，白晝長度的年變化越大，因而季節差異也越明顯。

• $0^\circ$（赤道）：全年入射量變化較小，春、秋分前後較高，夏、冬至前後較低。赤道附近日長大致全年相近，兩次春分、秋分時太陽赤緯接近零，太陽可接近天頂，形成一年兩次的高值。
• $20^\circ$：呈現北半球夏季較高、冬季較低的季節變化。夏半年太陽高度較高，白晝也較長；冬半年則相反。相較於中高緯，年變化仍較平緩。
• $40^\circ$：夏季高、冬季低的差異更明顯，因太陽高度與白晝長度的季節變化都比低緯度大。

核心觀念

新仙女木期（Younger Dryas）是末次冰期結束、地球逐漸回暖期間的一次突發性冷事件。考題重點在於說明其名稱與古氣候證據的關聯，並解釋冰川融水如何透過海洋環流改變大西洋向北輸送的熱量。

此事件主要發生於北大西洋周邊及北半球高緯度地區。題目所列距今約 $12{,}800$ 至 $11{,}500$ 年，是常用的概略年代；文獻亦常採約 $12{,}900$ 至 $11{,}700$ 年前的年代範圍。

名稱由來

「Dryas」源自仙女木屬植物，常以白仙女木（Dryas octopetala）為代表。這種耐寒植物的花粉出現在歐洲湖泊沉積物等古氣候紀錄中，顯示當時環境轉冷。其前後另有較早的仙女木期，因此這次發生在較晚時段的冷事件稱為「新仙女木期」。

解題方法與物理過程

作答可依「暖化背景 → 淡水來源 → 海洋環流受抑 → 北向熱輸送減少 → 高緯度降溫」的因果鏈說明。

末次冰期結束時，氣候整體正由寒冷轉向溫暖，北美冰蓋融化，冰川融水及冰緣湖水增加。傳統解釋認為，部分融水經由改變的排水路徑進入北大西洋，降低海表鹽度。

海水密度受溫度與鹽度影響；在其他條件相近時，鹽度降低會使表層海水密度下降。北大西洋高緯度海域的表層水因此較不易下沉，深水形成減弱，進而使大西洋經向翻轉環流（AMOC）及其相關的溫鹽環流減弱。

核心觀念

懸浮微粒（氣膠，aerosol）是懸浮於大氣中的液態或固態微粒，常見粒徑約從奈米尺度至數十微米。題目考查兩個層面：氣膠的自然與人為來源，以及氣膠如何透過散射、吸收太陽輻射與改變雲特性，影響區域輻射收支及氣候。

氣膠的輻射效應常以輻射強迫描述，通常指對流層頂或大氣頂端淨輻射通量的改變。氣膠可造成直接輻射效應，也可藉由改變雲滴與雲的性質造成間接效應。其效應大小與正負，取決於氣膠的成分、粒徑、濃度、垂直分布、地表反照率及雲況。

解題方法

作答可依「來源分類 → 輻射作用 → 雲與氣候影響 → 區域差異」鋪陳。先列自然源與人為源，再說明氣膠對短波與長波輻射的散射、吸收，最後補充雲微物理效應及其對溫度、水文循環與能見度的影響。此架構能同時涵蓋氣膠的直接作用與間接作用，並避免將所有氣膠一概視為冷卻或暖化。

氣膠的來源

自然來源

• 海洋飛沫：海浪破碎及海水泡沫形成海鹽粒子，主要成分為氯化鈉等鹽類。
• 沙塵與土壤揚塵：乾燥地表受強風吹揚，產生礦物塵；沙塵暴可將其輸送至遠距地區。
• 火山活動：火山灰與含硫氣體進入大氣後，可形成硫酸鹽氣膠；若大量硫酸鹽進入平流層，影響可持續較久。
• 生物源排放：植被排放的揮發性有機物可經氧化形成二次有機氣膠；花粉、孢子及微生物粒子亦屬生物氣膠。
• 自然燃燒及其他來源：森林火災可排放煙塵、黑碳與有機粒子；土壤微生物活動亦可形成硫化物等前驅物。

人為來源

• 燃燒排放：燃煤、燃油、交通運輸、生質燃燒與工業燃燒排放黑碳、有機氣膠及一次粒子。
• 工業與能源活動：二氧化硫氧化後可形成硫酸鹽；氮氧化物與氨反應可形成硝酸鹽及銨鹽。
• 農業與畜牧活動：氨排放可與硫酸、硝酸反應生成二次無機氣膠。
• 揚塵與都市活動：營建、道路揚塵及工業製程排放礦物粒子與金屬粒子。

氣膠可依形成方式分為一次氣膠與二次氣膠：前者直接由排放源進入大氣，例如海鹽、沙塵、煙塵；後者由氣態前驅物經化學反應、凝結或氣粒轉換生成，例如硫酸鹽、硝酸鹽及部分有機氣膠。

對區域輻射作用的影響

直接輻射效應

氣膠與輻射交互作用，主要包括散射與吸收：

• 散射型氣膠：硫酸鹽、硝酸鹽、海鹽及多數礦物塵會散射入射短波太陽輻射，使較少太陽能到達地表，通常降低地表短波輻射，造成地表冷卻。散射也會增加大氣中的漫射輻射。
• 吸收型氣膠：黑碳能強烈吸收短波輻射，使大氣層增暖、地表受光減少。部分有機氣膠與礦物塵也具有吸收能力，影響程度依成分及波長而異。
• 長波作用：氣膠亦會吸收及放射地球長波輻射，但多數對流層氣膠的區域氣候效應主要由短波作用主導。

核心觀念

本題考查未分組資料的集中趨勢、位置量數與偏態判讀：

• 平均數：資料總和除以筆數。
• 中位數：資料由小到大排列後，位於中央的數值。
• 眾數：出現次數最多的數值。
• 第 $1$ 個四分位數 $Q_1$ 與第 $7$ 個十分位數 $D_7$：依資料排序後，分別代表約有 $25\%$ 與 $70\%$ 的資料不大於該位置的數值。

分位數有不同的計算慣例。本題採常見的「位置 $=(n+1)p$」法；若考試另有指定算法，應依題目指定。

解題方法

全體共有 $n=22$ 筆。先由小到大排列：

平均數

原始資料總和為 $796$，因此

中位數

因 $n=22$ 為偶數，中位數為第 $11$ 與第 $12$ 個觀測值的平均：

眾數

$11$ 與 $27$ 各出現兩次，其餘數值各出現一次，因此本資料有兩個眾數：

第 $1$ 個四分位數

$Q_1$ 的位置為