氣候學 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 102～115 年共 14 份試卷、68 題，其中 65 題附參考答題架構。考這一科的類科：氣象。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明（一）季風形成機制為何？而地球上主要季風區有那些？（二）臺灣屬於那個季風區？其氣候特徵為何？（每小題 10 分，共 20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題聚焦於大尺度大氣環流之季風系統，作答關鍵在於從熱力對比、行星風帶季節位移與地形效應三維度剖析季風成因，並結合東亞季風環流特徵具體論述臺灣的氣候表現。
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- 2
根據熱力學理論，大氣含水氣量隨著溫度每升高 1°C 而增加約 7%，你認為在全球暖化的情況下，降水量會增加到與水氣量一樣多嗎？請解釋你的理由（是或否）。（20 分）
（20 分）
- 3
如果有一筆 50 年的全球熱帶地區月平均海面溫度格點資料，請問如何從這筆資料中分離出全球暖化和聖嬰兩種不同海溫變化訊號？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考察氣候統計診斷方法與時空訊號分離技術。作答應以資料前處理為起點，系統性闡述經驗正交函數分解與線性趨勢迴歸濾波兩大主流方法，並探討兩者在空間特徵與時間尺度上的物理差異。
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- 4
21 世紀地球最強超級「聖嬰（El Niño）」發生在 2015～2016 年，造成全球短期氣候劇烈變化，請說明何謂「聖嬰」現象？發生時全球氣候如何受到改變？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題旨在考察熱帶大氣-海洋耦合系統的核心概念及其全球氣候效應。作答應先定義聖嬰現象之物理本質與海氣反饋過程，再由熱帶向外延伸申論其透過大氣遙相關引發的全球氣候異常。
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- 5
「波譜分析」是氣候研究中重要之分析工具，請說明波譜分析之數學原理及其在氣候上之應用。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
波譜分析是將時間序列資料由時域轉換至頻域的關鍵統計工具。解答本題應詳細闡述傅立葉級數展開、自協方差轉換與功率譜密度檢定的數學原理，並緊密結合氣候系統不同時間尺度的物理振盪實例。
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114 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試描述聖嬰現象在成熟期，太平洋熱帶地區環流與海溫的特徵，並從海溫以及環流變異，探討聖嬰發展年夏季對西北太平洋颱風活動（數量、位置、強度）的可能影響。解釋聖嬰現象為何通常在夏（JJA）秋（SON）兩季快速發展，冬季（DJF）達到成熟之後減弱？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題圍繞聖嬰現象的生命週期演變及其對西北太平洋熱帶氣旋的調控機制。作答應依序剖析成熟期海氣環流場特徵、颱風三要素受海氣變異之具體影響，最後運用海氣耦合與波動延遲回饋理論解釋相位鎖定機制。
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- 2
氣候系統包含那五大組成。試舉例說明這些組成的變化如何影響氣候？冰雪圈是過去 30 年改變顯著的組成，試從氣候回饋的觀點解釋之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題全面檢視氣候系統的跨圈層交互作用及非線性回饋機制。考生應精準列舉五大圈層並結合具體物理過程說明其氣候調控機制，進而以冰雪反照率正回饋為核心深入剖析冰雪圈之敏感性。
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- 3
氣候模式是探討氣候變遷的有利工具，試描述氣候模式的原理，科學家如何利用氣候模式推估未來（例如 21 世紀末）氣候的可能變化？氣候模式的限制為何？IPCC 報告對未來氣候的推估為何要使用多重模式？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考察數值氣候模式的理論基礎、未來推估實務流程、內生局限性及多模式集合評估哲學。作答應依序剖析控制方程與參數化原理、外驅情境推估步驟，並著重闡明多模式集合在平滑系統誤差與量化不確定性上的核心價值。
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- 4
地球氣候改變的因子主要分成外部驅動力以及內部驅動力，內部驅動力又可分成人為以及自然兩種。外部驅動力的改變通常造成時間尺度較長的氣候變化，最明顯的例子即冰河週期。冰河週期主要受那幾種力量控制？科學家如何從冰芯資料重建古氣候變化，驗證冰河週期的假說？另內部驅動力，人為以及自然因素有那些？科學家如何推估各別對氣候的影響？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題系統梳理氣候變化的多時間尺度驅動機制。考生需先掌握天文軌道要素與冰芯同位素驗證古氣候之方法，再分類內部驅動因子，並介紹氣候模式之偵測與歸因統計技術。
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- 5
某測站 1951–1980 年（前期）與 1991–2020 年（後期）的每年最高氣溫如下：前期：平均= 33.5°C，標準差= 1.2°C，樣本數= 30；後期：平均= 35.1°C，標準差= 1.5°C，樣本數= 30。試以雙樣本 t 檢定檢視兩時期極端高溫是否有顯著（顯著水準為 0.01）差異（要寫出雙樣本 t 值的數學公式） 。解釋結果與其可能的氣候意涵（20 分） 。（註：自由度=29，p=0.01，t=±2.756）
（20 分）
參考架構・破題
本題是一道結合統計假設檢定計算與氣候極端事件統計診斷的應用題。考生需嚴謹列出雙樣本 t 檢定統計量公式、代入數據計算數值，做出統計決策，並自機率密度函數變化深度闡述氣候意涵。
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113 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
氣象／氣候數據是由多種時間尺度現象所組成。請申論聖嬰－南方振盪現象（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）與馬登－朱利安振盪現象（Madden-Julian Oscillation, MJO）的時間特徵、空間特徵差異，並用統計觀點論述如何確定數據是否具有這些週期振盪現象？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題探討大氣－海洋系統中跨時間尺度的兩大主導振盪現象。作答應以年際尺度（ENSO）與季內尺度（MJO）之對比為主軸，從時空維度深入剖析兩者物理特徵，並運用頻譜、小波及時空正交分解等統計工具論證其週期檢驗方法。
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- 2
統計預報與動力預報方法常被應用在短期氣候的預測。請申論統計預報與動力預報方法的差別性，並論述減少預報不確定性的可能方式。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題探討短期氣候預測的兩大核心範式及其方法論互補性。作答應先清晰對比統計模型（數據驅動）與動力數值模型（物理定律驅動）的機理差異與優缺點，隨後聚焦於初始場、集合預報與動態統計後處理等降減不確定性之關鍵途徑。
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- 3
請申論全球副熱帶高壓的成因及分布特徵。副熱帶高壓的變化可如何影響全球天氣的變化？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
副熱帶高壓是大氣環流中主導中低緯天氣與水氣傳輸的關鍵大型行星尺度系統。解答本題應結合哈德里環流動力下沉與熱力輻射冷卻剖析其成因，歸納洋面分布特徵，並自雨帶推移、颱風引導及極端熱浪深入申論其全球天氣效應。
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- 4
大氣的水氣收支方程（atmospheric water vapor budget）常被使用來檢視降水的成因，試用數學公式解釋水氣收支方程式，並闡述各項對降水的可能影響。在長期平均的情況下，可以如何簡化方程？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
大氣水氣收支方程式是定量診斷區域水分循環與降水機制的核心理論工具。作答應寫出整層大氣柱積分之守恆公式，逐項解析水氣儲存、通量輻散、蒸發與降水的物理聯繫，最後推導長期氣候態下的穩態簡化式。
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- 5
季風的生成與發展主宰了東亞降水的季節性特色。請申論季風肇始日期（monsoon onset date）的判別方式？隨夏季季風的時間發展，東亞地區降水的空間分布特徵、主宰的天氣型態為何？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
東亞夏季季風的爆發與推進主導了東亞大陸與臺灣的雨季進程。作答應以動力風場轉向與對流指標界定季風肇始，進而按時間序列系統性論述南海季風爆發、長江梅雨至華北雨季之空間推移與主控天氣系統。
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112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
地球系統為了維持熱力平衡，低緯度地區多餘的能量會透過大氣及海洋環流傳送到高緯度地區。（每小題10分，共20分）
（一）大尺度經向溫度傳送可由以下式子表示：* * [vT ] [v ][T ] [v T ] [vT ]其中v為經向風，T為溫度，[ ]代表緯向平均，橫線代表時間平均，*代表空間距平，' 代表時間距平。請分別說明等號右邊三項的物理意義及各項在緯度上的貢獻差異。
（二）請畫出北半球中緯度地區大尺度流場的500 hPa等高線與等溫線的氣候平均配置，並說明槽前、槽後的熱量及動量傳送方向分別是什麼？
（20 分）
參考架構・破題
本題考大氣經向熱量傳送的分解，以及中緯度斜壓波的槽脊結構。原式應為：時間與緯向平均的 [vT]（上有橫線）＝[v̄][T̄]＋[v̄*T̄*]＋[v'T'的時間平均]，三項分別是平均經圈環流、駐波（定常渦流）、瞬變渦流。第二小題要畫圖，並由等溫線落後等高線說明熱量與動量都往極區傳送。
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- 2
聖嬰現象是影響全球氣候最顯著的低頻振盪之一，Oceanic Nino Index（ONI）及Southern Oscillation Index（SOI）是兩種常用的聖嬰指數，請分別說明兩種指數設計的原理及對應的聖嬰特徵。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考察監測聖嬰－南方振盪（ENSO）最經典的海洋指標與大氣指標。作答應分別剖析 ONI 之海溫滑動平均算法與 SOI 之跨洋氣壓差標準化計算原理，並深度詮釋兩者在聖嬰發生時的數值表現與物理海氣耦合本質。
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- 3
地球系統包含數個子系統，請說明如何利用此概念建構一個地球系統模式。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
地球系統模式（ESM）是在傳統氣候模式基礎上納入生物地球化學循環的前沿模擬工具。作答應以圈層模組化分解為骨架，闡述各子模組的物理化學控制方程、耦合器通量交換機制以及守恆定律約束，展現系統工程建構之完整邏輯。
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- 4
IPCC已於2021年8月發布第六次評估報告的科學基礎，此報告是長期氣候變遷推估的重要參考依據，請由概念上說明長期氣候推估如何進行？如何評估不確定性？（20分）
（20 分）
參考架構・破題
本題全面檢視政府間氣候變化專門委員會（IPCC）長期氣候推估的科學工作流程與不確定性評估架構。作答應以情境驅動－模式積分－降尺度的概念鏈為主線，並引用霍金斯與薩頓的不確定性分解架構深入闡釋。
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- 5
近年來由於極端天氣事件發生頻率增加，人為暖化經常被懷疑是原因之一，請由統計觀點闡述極端天氣事件與人為暖化間的關係。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
本題要求自統計機率視角剖析人為暖化對極端事件的調控機制。作答應以機率密度函數（PDF）的形態演變為基礎理論，引進極端事件歸因分析中的可歸因風險比率與極值統計，建立嚴密的統計因果論述架構。
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111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
聖嬰／反聖嬰現象會對全球各地的天氣及氣候造成明顯的影響。
（一）試說明如何分析聖嬰現象及其對全球氣候之影響。請說明要選取那些變數及理由、要使用什麼方法、要如何分析及預期得到結果或特徵是什麼。（20 分）
（二）有研究指出非洲伊波拉病毒、東南亞登革熱及美國西南部漢他病毒（鼠疫）的疫情變化，可能都與 ENSO 的變化有關聯。試推論其理由。（5 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題是一道結合大氣海洋診斷分析實務與跨學科氣候生態衝擊評估的綜合申論題。第一小題需完整規劃氣象變數選取、統計診斷方法與預期物理特徵；第二小題則需從氣候異常驅動媒介昆蟲與宿主動物生態鏈的角度切入推論。
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- 2
研究氣候或氣候變遷時，我們需要使用長期的氣候資料來分析。
（一）試問有那些資料及使用什麼方法可以用來探測地球古氣候及近代氣候的特性及變遷？（15 分）
（二）若一地之資料不夠長時或有缺漏時，可以用鄰近測站的資料來補充嗎？統計學上，要如何驗證？（5 分）
（三）氣象／氣候的觀測資料有許多不同的來源及觀測方法，涵蓋的時間及空間解析度也都不一樣。試問要如何將這些資料統合在一起來進行氣候分析呢？（5 分）
（25 分）
參考架構・破題
氣候與氣候變遷研究依賴跨越多元時空尺度的觀測與代用資料。作答宜從古氣候間接代用指標與近代儀器直接觀測之對比出發，進而論述測站缺測之插補與同質性檢驗，最後聚焦於多來源資料之資料同化與網格化再分析整合方法。
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- 3
試說明洋流對氣候及氣候變遷之影響。
（一）先以圖示並說明洋流形成之機制、行進路徑及其交互作用。（15 分）
（二）再深入說明其對當地和全球氣候及氣候變遷之影響。（10 分）
（25 分）
參考架構・破題
洋流為驅動地球系統熱量傳輸、水循環與氣候平衡之核心動力輸送帶。解答應從風生環流與熱鹽環流之形成物理機制切入，配合大洋環流模式與行進特徵，進而延伸說明其對沿岸局地氣候之乾濕溫暖調控，以及在全球氣候變遷中熱鹽輸送帶減緩之深遠衝擊。
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- 4
造成某地氣候或氣候變遷的原因通常是多重的。以臺灣為例，試說明：
（一）臺灣的氣候分布從熱帶到寒帶都有。試問形成這種獨特氣候特性的因素有那些？其作用為何？（15 分）
（二）全球暖化會造成海平面上升及海岸線後退，可是臺灣海岸線後退速度確遠比全球暖化所造成的後退大很多。試問造成臺灣（含離島）海岸線後退的可能原因有那些？有何防範之方法？（10 分）
（25 分）
參考架構・破題
臺灣地處東亞季風要衝且具高聳多山地形，塑造出水平與垂直維度均極為多樣之氣候環境。作答應以緯度、季風、地形垂直降溫與洋流綜合分析氣候成因；海岸退縮題則應剖析人為泥砂阻絕與地層下陷如何遠超全球海平面上升幅度，並提出兼顧生態與工程之防範策略。
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110 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
地球氣候系統中包含多種氣候回饋（climate feedback）過程，也是造成氣候變遷主要物理機制。試論述下列兩種氣候回饋之運作原理：
（一）水氣-溫度回饋（water vapor-temperature feedback）（10 分）
（二）雲返照率-溫度回饋（cloud albedo-temperature feedback）（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候回饋機制為決定氣候系統對外在輻射強迫響應強度之核心物理過程。水氣－溫度回饋為熱力學主導之強力正回饋機制；而雲返照率－溫度回饋則結合短波輻射反射與雲微物理性質，展現出氣候系統中高度關鍵但具高度不確定性之反饋過程。
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- 2
聖嬰-南方震盪（El Nino-Southern Oscillation）是造成短期氣候變化主要因素之一，也是近代氣候學重要研究課題，試說明：
（一）聖嬰-南方震盪時空分布特徵（10 分）
（二）聖嬰-南方震盪主要維持機制（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
聖嬰－南方震盪為熱帶太平洋大氣與海洋高度耦合所產生之全球最強年際氣候變異信號。答題應完整涵蓋海洋海溫、溫躍層傾斜及大氣沃克環流之時空分布與季節鎖定特徵，並深入論述維持與放大暖位相之比雅克尼斯正回饋，以及驅使位相轉換之赤道海洋波動延遲與充放電負回饋機制。
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- 3
太陽輻射是驅動地球大氣運動主要能量來源，試以黑體輻射平衡觀點證明。1/ 4 (1 ) S
（一）無大氣情況下，地表溫度為 Ts 。（10 分） 4
（二）單層大氣（假設大氣對短波輻射透明，但對長波輻射不透明）情況下，1/ 4 (1 ) S 地表溫度為 Ts 。（10 分） 2 SB [註： 為史蒂芬-波茲曼常數， 為地球返照率， S 為太陽常數。]
（20 分）
參考架構・破題
本題以輻射平衡推導地表溫度。原式應為：（一）無大氣 Ts＝[(1−α)S／(4σ)]^(1/4)；（二）單層溫室大氣 Ts＝[(1−α)S／(2σ)]^(1/4)，即 Ts＝2^(1/4)·Te。其中 σ 為史蒂芬－波茲曼常數、α 為返照率、S 為太陽常數。作答重點是寫清假設、能量收支式與代數推導。
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- 4
流函數（stream function）和速度位（velocity potential）是分析熱帶大氣環流常用之物理量，試寫出流函數和速度位之數學方程式，並說明為何流函數圖可看出氣旋和反氣旋之分布？為何速度位圖可辨識上升和下沉運動之中心？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
依據亥姆霍茲定理，任何連續水平風場皆可唯一分解為無輻散之旋生風分量與無旋之輻散風分量。流函數與速度位分別表徵大氣之旋轉渦度與水平輻散特性，為熱帶大氣環流動力診斷、季風槽分析與大規模垂直運動辨識之核心工具。
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- 5
氣候是氣象資料平均後之狀態，請問常用氣象資料平均方法有那幾種？並舉例說明各個方法所對應之氣候現象。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候學本質上為氣象要素之統計表徵。資料平均方法依時間、空間與物理目的之不同，涵蓋氣候標準期平均、滑動平均、空間區域與緯圈平均、距平複合分析及系集平均等維度，藉由濾除短期天氣雜訊，提煉不同時空尺度之氣候特徵與動力結構。
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109 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
地球氣候系統的能量收支以輻射觀點而言是平衡的情形下，請說明為何水文循環過程在此能量收支平衡中扮演相當重要的角色。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
全球平均而言，地表吸收的淨輻射大於零、大氣的淨輻射小於零，輻射本身並不平衡地分布在地表與大氣之間；水文循環藉由蒸發與凝結釋放潛熱，把能量由地表搬到大氣、由低緯搬到高緯，才讓整個系統維持收支平衡。作答要把「垂直調節」「水平傳送」「雲與水氣的輻射效應」三條線講清楚。
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- 2
濃霧會對陸上或海上的交通造成影響，就臺灣的氣候而言，冬末春初比夏末秋初容易有霧的形成，請說明原因何在？（20分）
（20 分）
參考架構・破題
霧的形成需要近地層空氣冷卻至飽和或加入水氣，且大氣下層穩定、風速適中。臺灣冬末春初正值季風轉換期，暖濕空氣流經較冷的海面或陸面，平流霧與輻射霧條件俱全；夏末秋初海溫高、大氣不穩定，缺乏冷卻機制，故霧少。
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- 3
氣候變化具有許多不同時間尺度的訊息，通常在從事深入研究前會先檢驗出有那些可能較顯著的時間頻段，再以不同的濾波器擷取將分析的氣候特徵後進行研討，請敘述此程序所依據的原理為何，並列舉至少三種不同濾波器的運用案例。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候時間序列可視為不同頻率振盪的疊加。先以頻譜分析找出能量集中且通過顯著性檢定的頻段，再設計濾波器保留目標頻段、壓制其他頻段，即可分離出特定時間尺度的氣候現象加以研究。
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- 4
地球氣候系統到當今的21世紀仍呈現持續暖化現象，回顧20世紀的氣候，請說明是否有可能用自然變率來解釋20世紀末期的氣候異常變暖。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
結論是：20 世紀末期的快速增暖無法僅以自然變率解釋。應從外部自然強迫（太陽、火山）與內部變率（ENSO、PDO、AMO）兩方面檢討，再以偵測與歸因研究、指紋特徵說明人為溫室氣體為主因。
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- 5
某氣候測站觀測到一組地面氣壓及氣溫資料如下表所示，若以氣溫為自變數，氣壓為應變數：氣壓(hPa) 1018.5 1017.2 1015.0 1012.0 1008.6 1006.0 1005.5 1004.5 1007.6 1012.2 1015.5 1018.4氣溫(℃) 16.9 17.1 19.5 23.0 25.7 27.6 28.7 28.6 27.8 25.4 22.4 18.9
（一）請繪圖進行這兩變數間的相關分析及推估氣壓的線性迴歸方程。 （10分）
（二）需如何推論檢定此線性關係是否在統計上顯著。（10分）（註：t0.01,12 = 3.05, t0.01,10 = 3.17）
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
108 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試由地球氣候系統的能量收支平衡觀點，說明為何北半球平均最高地面氣溫約發生在七月底或八月初而非在入射太陽輻射量最大的夏至時，又為何北半球冬季的北風會比夏季的南風明顯強勁許多。（20 分）
（20 分）
- 2
東亞冬季盛行東北季風，此季風系統之主要環流結構為何，請敘述之。並請列舉臺灣在此季風環流系統影響下所呈現的顯著天氣/氣候現象。（20 分）
（20 分）
- 3
假使現在有一組 40 年的全球 200 hPa 的月平均網格化風場資料，請問你/妳會使用那些方法來探討並解析此資料組中所有可能的不同時間尺度之氣候變異。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
面對 40 年月平均 200 hPa 網格風場，應先做前處理去除年循環，再以頻譜、統計分解與診斷方法，依時間尺度（季內至季節、年際、年代際、長期趨勢）分別萃取變異。同時要指出月資料的解析限制。
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- 4
由於人類活動引起大氣溫室氣體增加，經由溫室效應造成氣候系統暖化現象，試說明氣候變暖是否可以用來解釋個別極端事件的發生？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候變暖改變的是極端事件的機率與強度分布，個別事件無法單純「由暖化造成」或「與暖化無關」二分。現代以事件歸因（event attribution）的機率觀點回答：暖化使某類事件發生的可能性或強度改變了多少。
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- 5
「政府間氣候變遷專家委員會」（IPCC）對於未來全球氣候之評估，都是以氣候模式來進行模擬預估未來氣候變化，請探討運用氣候模式推估氣候變化的量化估算是否具有可靠性？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候模式推估具一定可靠性，其依據是物理定律、對歷史與古氣候的重現能力，以及多模式系集的一致性；但量化結果存在情境、模式與內部變率三類不確定性，可靠度隨變數與空間尺度而異。作答應「肯定可用、說明限制、提出降低不確定性的方法」。
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107 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請描述如何透過波動第二條件性不穩定（Wave-CISK）機制，生成馬登-朱立安振盪（Madden-Julian Oscillation, MJO）的過程。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
Wave-CISK 認為大尺度波動造成的低層輻合提供水氣，觸發積雲對流，對流釋放的潛熱又回饋加強波動，兩者互相增強。將此機制套用於赤道凱爾文波，可解釋 MJO 以東傳、行星尺度、對流與環流耦合的形式出現。
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- 2
現代氣候及其變化可經由觀測資料呈現，而古氣候及其變化只能以其他非直接記錄手段間接推算出來，其中冰芯中氧同位素分析、花粉分析為歷史氣候重建的有效手段。試說明應用此兩種方式進行氣候資料重建的假設及推論依據。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
代用資料重建古氣候的共同邏輯是：今日可觀測的物理或生態過程，在過去也以同樣方式運作（均變論），因此可由保存下來的訊號反推當時氣候。冰芯氧同位素依據同位素分化與溫度的關係；花粉分析依據植被分布與氣候的關係。
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- 3
資料遺漏或不完整是研究中常見及困擾的問題，卻也是不容易處理的問題。基於實務的需求，有時會採取插補（Imputation）的方式來補救這些遺漏的資料。若採用（一）直接捨棄不完整資料，不進行資料插補（二）以回歸插補（Regression imputation）進行資料處理，試比較這兩種方法的優缺點與使用時機。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
處理遺漏值要先判斷遺漏機制，再比較方法：直接捨棄簡單但損失樣本，可能偏誤；迴歸插補保留樣本但會低估變異。兩者的適用時機取決於遺漏比例、遺漏機制與分析目的。
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海洋是全球氣候系統的重要組成成員之一，試從熱力平衡、水氣循環角度說明海洋對大氣運動和氣候變化的影響。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
海洋熱容量約為大氣的上千倍，是氣候系統的「熱庫」與「水庫」。作答要從能量（熱量儲存、傳送、交換）與水氣（蒸發、潛熱、降水回饋）兩條主線，說明海洋如何驅動大氣運動並調節氣候變化的時間尺度。
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- 5
全球季風系統中，影響人口數最多的夏季季風是東亞季風和印度季風，但兩者的成因、特徵有所差異，試說明之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
東亞季風與印度季風同屬亞洲季風系統，都源自海陸熱力差異與行星風帶季節位移，但因地形（青藏高原、副熱帶高壓）與緯度範圍不同，呈現熱帶季風與副熱帶季風的差異。作答宜先講共同成因，再以表列比較成因與特徵。
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106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
溫鹽環流是地球氣候系統很重要的一部分。試說明：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）溫鹽環流的特徵。
（二）溫鹽環流如何影響地球氣候系統。
（20 分）
- 2
地球能量收支決定氣候系統的變異。試說明：（每小題 10 分，共 30 分）
（一）大氣層頂能量收支平衡的特徵。
（二）地球地表能量收支的特徵。
（三）全球暖化形成的原因。
（30 分）
- 3
進行氣候動力分析經常將大氣變數分成緯向平均（zonal-mean）分量以及相對應之渦流（eddy）分量。譬如：東西方向風場分成平均緯流風（mean zonal flow）[u](y, z, t)以及渦流項 u’(x, y, z, t)。也就是說 u≡[u](y, z, t)+ u’(x, y, z, t)，其中 x, y, z, t 分別代表三度空間自變數以及時間。
（一）試導證在中緯度貝他平面、滿足準地轉運動及不考慮摩擦假設下，平均緯流風隨時間變化方程。（10 分）
（二）何謂剩餘經向環流（residual meridional circulation）？（5 分）
（三）何謂 EP 通量（Eliassen-Palm flux）？（5 分）
（四）試說明其在診斷平均緯流風變化所代表的意義。（10 分）
（30 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
地球火山爆發之噴出物對於地球氣候系統影響深遠。試說明：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）火山爆發之噴出物的特徵。
（二）火山爆發如何影響地球氣候系統？
（20 分）
105 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請問聖嬰現象進行中，赤道太平洋附近的異常大氣及海洋環流特徵為何？請先說明正常情形下的環流特徵，再描述聖嬰現象所帶來的異常情形。（20 分）
（20 分）
- 2
某人擬分析氣候變遷議題，將臺南測站的年均溫相減（西元 2000 年減 1900 年），發現百年溫度上升 1.2℃，請依你的氣候知識評論此方法。（請說明你是否贊同此說法並說明原因）（20 分）
（20 分）
- 3
交通部中央氣象局的氣候資料時常使用月平均資料，然而使用此種分析方式針對雨量資料而言時常分不出梅雨季及颱風季。請提出你的建議以改善此種分析方法。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
月平均把同一月份內性質不同的降水過程混在一起，且梅雨（約5月中至6月中）與颱風季（約7至9月）跨越月份邊界，因此需要更細的時間解析度與依天氣系統分類的方法。
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- 4
由於全球暖化造成極端氣候現象不斷發生，例如幾年前的莫拉克颱風對臺灣造成的災害。請問依聯合國跨政府間氣候變遷小組（IPCC）最新一期的評估報告（AR5）對於全球暖化對颱風的影響有何評論？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
IPCC第五次評估報告（AR5，2013年第一工作小組）對颱風（熱帶氣旋）的結論是：過去長期趨勢的觀測信心低，但未來推估傾向「總數不增或減少、強度與降雨增加」。作答要分「已觀測」與「未來推估」兩層並說明不確定性。
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- 5
以下資料為某種環流指數（單位為公尺 m）經採樣後的樣本資料。請問其自由度、期望值及變異數各為何？作這些計算時有何統計上的假設？（20 分）號 碼 1 2 3 4 5 6環流指數 -39.8 -34.2 -43.8 -35.3 -42.9 -42.7
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
104 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試由能量的觀點，討論在氣候系統中的水圈透過何種機制過程會造成大氣圈快速的變化。（20 分）
（20 分）
- 2
東亞冬季及夏季季風環流系統，除地面分別於冬季吹東北風及夏季吹西南風外，試探討維持此兩季的季風環流系統差異何在。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
東亞冬、夏季風雖都源自海陸熱力差異，但維持機制不同：冬季風由西伯利亞冷高壓與中緯度西風系統的動力、熱力作用維持，屬淺薄、偏乾冷的系統；夏季風由大陸熱低壓、副熱帶高壓與熱帶跨赤道氣流維持，並以凝結潛熱為重要能量來源。
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- 3
迄今在臺灣北、中、南、東等四個地方各收集了 50 年的當地年總雨量資料，請問你 /妳會使用那些方法來找出那個地方的雨量變化較明顯？假使想要了解各地方的長期氣候變遷，需如何進行具有說服性的檢測？（20 分）
（20 分）
- 4
熱帶大氣季內振盪（Intra-Seasonal Oscillation 簡稱 ISO）中以 30-60 天模（或是麥儒振盪-Madden-Julian Oscillation 簡稱 MJO）是氣象界所了解較詳細的主要擾動之一，請說明 30-60 天季內模對亞洲夏季季風系統會有何影響。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
30-60 天季內振盪（MJO）是熱帶對流與環流耦合、向東傳播的行星尺度擾動；北半球夏季其對流區除東傳外，還會由赤道向北（東北）傳播，主導亞洲夏季季風的活躍期與中斷期，也影響季風肇始與颱風生成。作答要先講 MJO 結構與夏季傳播特性，再分區說明對季風的影響。
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- 5
玉山氣象站雖屬高山測站，但雨量時序變化與平地測站的嘉義氣象站呈現一致的變化，請敘述說明。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
玉山與嘉義同位於中央山脈西側、受相同的大尺度天氣系統支配，因此降雨的季節循環與年際變化同步；差別主要在雨量多寡與降水型態，來自地形抬升與高度效應。作答要從「共同的降雨機制」與「地形造成的差異」兩面說明。
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103 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
眾所皆知，地球氣候系統的能量都是直接或間接由太陽所提供。請由能量的觀點出發，說明地球的氣候系統如何被驅動？（例如：鋒面、颱風等現象對氣候系統的意義？）（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
地球氣候系統由太陽輻射驅動，但能量收支在空間上不均：低緯淨收入、高緯淨支出。大氣與海洋必須把熱量往極區輸送以維持平衡，這個「搬運能量」的過程就是大氣環流與各種天氣系統存在的根本原因。鋒面、颱風等都是能量轉換與輸送的工具。
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- 2
假設現在你擁有宜蘭測站逐時觀測資料一百年紀錄。通常你會如何分析這些資料來呈現宜蘭的氣候？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
百年逐時資料可以完整呈現宜蘭氣候的「平均狀態、變異性、極端事件與長期變遷」。作答要依序寫出資料處理流程、基本統計、時間尺度分析、極端值分析與氣候分類，並扣緊宜蘭東北季風迎風面的地方特色。
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- 3
一般氣候研究常使用統計檢測法來檢測東西向及南北向的風，用以偵測所選個案或研究成果是否具有統計上的顯著性（significance）。請說明此方法及基本假設。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
氣候研究常用合成分析比較兩組樣本（例如某類個案與氣候平均、或兩種狀態）的風場差異，再以統計檢定判斷差異是否可能只是隨機抽樣造成。最常見做法是對東西風（u）與南北風（v）分別做 t 檢定，作答要寫清楚檢定步驟、統計量、顯著水準與背後假設。
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- 4
夏季同樣受到太平洋高壓籠罩的影響，位於東太平洋的美國加州沿岸晴朗無雲，而位於西太平洋的臺灣卻天氣炎熱，且具有熱對流、颱風侵襲。請依氣候知識說明此氣候空間差異的原因。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
同受太平洋副熱帶高壓籠罩，加州位於高壓東側、臺灣位於高壓西側。高壓東西兩側的垂直運動、氣流來源、海溫與大氣穩定度截然不同，造成加州乾燥晴朗、臺灣濕熱多對流與颱風。作答以「高壓的不對稱結構＋海洋條件」為主軸比較。
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- 5
有關氣候變遷的議題日益受重視，氣候系統中各因子的交互作用亦吸引學界的注意。請問何謂氣候系統中的正回饋（positive feedback）效應？正回饋效應對目前全球暖化現象有何影響？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
正回饋是指某一擾動引發的系統反應，回頭使原擾動進一步放大；負回饋則使擾動減弱。溫室氣體增加造成的初始增溫，經水氣、冰雪反照率等正回饋放大，使實際暖化幅度遠大於只計輻射強迫的結果。
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102 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試回答下列有關太陽輻射與太陽能的問題：
（一）何謂太陽常數？（5 分）
（二）臺灣南部有一間太陽能屋，屋頂上裝置長和寬各為 10 m 的太陽能板。若欲估計太陽能屋每日平均接收到的太陽能，我們需要利用與觀測那些氣象資料？請列出計算式（符號自行定義，單位採用公制(m)）。（15 分）
（20 分）
參考架構・破題
太陽常數是日地平均距離下、大氣層頂垂直於太陽光的單位面積所接收的太陽輻射通量。估計地面太陽能板的發電量，關鍵在於取得到達地面的日照輻射量，再乘以面積與轉換效率，因此需要日射、日照時數、雲量等氣象資料。
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- 2
南海夏季季風肇始，至今尚未有一致的定義。
（一）試舉一例說明，利用低層環流定義南海夏季季風肇始的方法及原理。（10 分）
（二）依據（一）的定義，繪圖並說明南海夏季季風肇始前與肇始後，低層環流的變化。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
南海夏季季風肇始代表東亞夏季季風的開始，常以低層緯向風由東風轉為西風作為判斷依據：西風出現並持續，表示副熱帶高壓東退、西南季風建立。作答先說明定義與原理，再以示意圖對比肇始前後的低層環流。
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- 3
試回答下列有關大氣循環與大氣能量的問題：
（一）那三種主要的大氣能量組成濕靜能（moist static energy）（S）？（10 分）
（二）試分析 S 隨高度的變化，並討論哈德里環流（Hadley circulation）對南北向能量輸送的貢獻。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
濕靜能結合可感熱、位能與潛熱，在乾絕熱與濕絕熱過程中近似守恆，適合用來分析大氣垂直結構與能量輸送。Hadley 環流上下兩支所攜帶的能量形式不同，淨效果是把能量向極輸送，但淨量是兩支大量反向輸送相互抵銷後的小餘數。
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- 4
大氣中有許多不同時間尺度的訊號。若要研究熱帶綜觀尺度擾動結構與移動的氣候特徵，試問可利用那些氣象資料與基本統計方法？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
熱帶綜觀尺度擾動（如東風波、混合羅士比重力波、赤道波動、熱帶低壓）週期約 2 至 10 天，研究其氣候特徵需先用濾波把它從季內振盪、季節循環等其他時間尺度分離，再以統計方法描述其結構、傳播與發生區域。作答分「資料」與「方法」兩部分。
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- 5
地球氣候系統包含幾個子系統，且包含多重時間與空間尺度。試描述如何推估未來 100 年全球氣候的方法及分析其不確定性。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
推估未來百年氣候需以描述大氣、海洋、陸地、冰雪圈與生物圈交互作用的數值氣候模式，在假設的未來排放情境下進行模擬，再以降尺度取得區域資訊；結果的不確定性主要來自情境、模式與自然變異三方面。作答分「推估方法」與「不確定性分析」兩段。
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