天氣學概要 申論題歷屆試題與參考架構
普通考試，民國 102～115 年共 14 份試卷、70 題，其中 64 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 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
地球為一球形，但天氣圖是一平面圖，所以要想辦法將球面上之地圖投影到平面上，此即地圖之投影法。其方法有多種，氣象上常用之投影法有下列三種： Polar stereographic projection Lambert conformal conic projection Mercator projector（cyclindric projection）說明這三種地圖投影的特性，以及較適用之範圍。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
地圖投影必然在面積、形狀、距離、方向之間有所取捨；氣象上用的三種投影都屬「保角（conformal）投影」，差別在投影面（平面、圓錐、圓柱）與切點／標準緯線位置，因此各自適用於高緯、中緯與低緯地區。作答要逐一說明投影方式、特性（地圖比例尺隨緯度的變化、經緯線形狀）與適用範圍，最後比較。
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- 2
探空資料可以利用斜溫圖來分析大氣之穩定度。說明如何利用探空斜溫圖來分析大氣之靜力穩定度（Static stability）與潛在穩定度（Latent stability）？並說明靜力穩定度與潛在穩定度在天氣分析與對流發展研判上之應用。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查高空探空斜溫圖的熱力學分析技術，核心在於掌握斜溫圖基本線網之判讀，並準確區分靜力穩定度（局地垂直分佈）與潛在穩定度（氣塊整層抬升響應）的物理機制與對流預報應用。
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- 3
一般而言，地面氣壓可以看成單位面積上方空氣柱之重量。試述氣流的輻合輻散與密度之平流如何影響中緯度低氣壓之形成與發展？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題探討中緯度天氣系統之地面氣壓傾向機制，破題應立足於流體靜力平衡原理，將地面氣壓連結至整層空氣柱質量積分，並依氣壓傾向方程深入闡述質量輻合輻散與密度平流的動力與熱力交互作用。
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- 4
說明 K 指數的定義與物理意義。為什麼 K 指數數值大小可以用來判斷大氣的穩定度，以及判斷氣團性雷雨發生之機率？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查對流不穩定指數之熱力學原理，核心在於精確列出 K 指數計算公式，拆解其所代表的三大物理內涵，並從熱力不穩定、水氣供應與乾空氣夾帶等角度，論證其預報氣團性雷雨的有效性。
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- 5
冬季東北季風盛行下，試由邊界層摩擦力之作用與輻合帶生成之位置，討論臺灣西北沿岸與東北邊沿岸之輻合輻散分布與大氣對流發展之分布。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查冬季東北季風在臺灣複雜地形與海陸交界下之邊界層動力效應，破題應指出地表粗糙度差異引發的摩擦偏轉與減速，如何造就臺灣西北與東北沿岸截然不同的輻合輻散結構與對流降水分佈。
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114 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
若探空觀測在甲地區量測到近地面與 1 公里高度之氣溫分別為 25℃與18℃，在乙地區量測到近地面與 1 公里高度之氣溫分別為 27℃與 24℃，請依據這些溫度直減率資訊來判斷那個地區的靜力穩定度較大。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查大氣直減率之定量計算與靜力穩定度判準，核心在於計算兩地近地面至一公里高度之溫度直減率，並依乾絕熱直減率與濕絕熱直減率之物理基準，比較兩地氣塊垂直位移時的浮力響應以判斷穩定度高低。
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- 2
經由檢視夏季的東亞地面天氣圖與臺灣附近區域的氣象雷達回波圖，會出現的綜觀天氣系統與劇烈天氣系統通常包含那些？請說明之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查夏季東亞地區綜觀天氣尺度與臺灣周遭中尺度劇烈天氣系統之氣候特徵與觀測表徵，作答需清晰區分地面天氣圖之綜觀氣壓場系統，以及雷達回波圖上中尺度高反射率強對流特徵。
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- 3
對於西北太平洋的颱風而言，如果它位於開放海域（open ocean）且往東北方向移行，試討論此颱風運動特性可能的主要貢獻因子。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查西北太平洋颱風移行軌跡之動力機制，核心在於分析轉向後進入開闊洋面並朝東北移動的颱風運動特性，從大尺度環境引導氣流、中緯度西風槽交互作用、內在貝塔飄移及斜壓變性過程進行完整歸納。
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- 4
請寫出自然座標下相對渦度垂直分量的數學表示法，並據此說明槽前經常為正渦度平流的區域。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查流體運動之運動學表示法與準地轉動力學應用，核心在於正確寫出自然座標下相對渦度垂直分量之數學算式，拆解曲率項與風切項之幾何意涵，並沿高空西風波動流線嚴格推導槽前正渦度平流的物理機制。
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- 5
何謂靜力平衡？試分別說明下列天氣狀況或降水系統是否約略處於靜力平衡狀態，並描述其空氣垂直速度特徵：⑴晴朗無風的天氣，⑵雷雨系統，⑶颮線的層狀降水區，⑷晴空亂流。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查大氣動力學之流體靜力平衡假設及其在不同尺度天氣系統之適用邊界，作答需精準定義垂直氣壓梯度力與重力的平衡條件，並逐一檢視四種系統之縱橫比與垂直速度特徵以論述平衡與否。
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113 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明「潛在性不穩定」的定義為何？並且說明當環境熱力條件具有「潛在性不穩定」時，為何容易成雲致雨？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查大氣熱力學之潛在不穩定（條件不穩定）物理本質，作答應從環境溫度直減率與氣塊絕熱路徑出發給出嚴格熱力學定義，並深入闡明外力強迫抬升跨越自由對流高度後，浮力自發做功與潛熱正回饋的成雲致雨機制。
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- 2
板橋探空顯示早上八點的水平風場在 1000 hPa 為西南風（風速為 5 m s-1） ，850 hPa 為西南西風（風速為 10 m s ）-1，700 hPa 為西北風（風速為 20 m s ）-1。請判斷當日臺北市的氣溫變化為何？並說明其原因。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查熱力風原理在大氣探空觀測之逆向應用，破題應指出地轉風隨高度旋轉方向（順轉或逆轉）直接反映氣層的水平溫度平流性質，進而由板橋探空高空風向之連續順轉，判定當日臺北市顯著增溫之趨勢。
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- 3
定量降水預報為民眾很關心的氣象預報產品之一。評估定量降水預報能力時，氣象預報員經常使用預報降水校驗列聯表進行分析，列聯表如下表所示。根據此表，我們可以計算偏離得分（Bias Score; BS） 、預兆得分（Threat Score; TS）、公正預兆得分（Equitable Threat Score; ETS）、及可偵測機率（Probability of Detection; POD）等預報降水能力指標，請說明這四項指標的定義與其優缺點。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
先用題目列聯表定義四格：命中 H、錯誤預報 F、失誤 M、正確否定 CN，總數 N。再逐一寫出 BS、TS、ETS、POD 的公式、範圍、完美值與所衡量的面向，最後說明需多指標並用。
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- 4
請根據以下之簡化的鋒生方程（Frontogenetical Function），說明等號右邊這四項的物理意義為何？以及等號右邊這四項如何造成鋒面區域的位溫梯度增加？（20 分）
（20 分）
- 5
請寫出渦度場在自然坐標下的曲率項與風切項，並說明這兩項的物理意義為何？颱風為自然界具有強烈正渦度的流場，近年來研究颱風的學者大多接受使用 WISHE（Wind Induced Surface Heat Exchange）理論以解釋颱風的生成，請說明 WISHE 理論如何解釋颱風的生成？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查大氣運動學中相對渦度之自然座標分解，以及熱帶氣旋生成的現代熱力-動力邊界層反饋學說（WISHE 理論），作答需準確寫出渦度分解式並釐清其幾何物理，繼而闡明海表面風致熱焓通量對颱風自激發展的熱機機制。
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112 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
利用靜力平衡與理想氣體之狀態方程，導出兩層空氣間之厚度與其平均溫度之關係。說明七月份1000 hPa及700 hPa間之平均厚度圖大約會呈現怎樣的分布，並解釋此分布之成因。 （25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查氣象熱力學核心之測高方程推導，並以此連結北半球夏季大尺度熱力場特徵，作答需以微積分嚴格聯立靜力方程與狀態方程推導厚度式，並結合盛夏海陸熱力比熱差異解釋七月份千至七百百帕厚度場之空間配置。
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- 2
什麼是靜力穩定度（static stability）？利用未飽和空氣之乾絕熱溫度遞減率與飽和空氣之溫度遞減率說明靜力穩定度之條件。另利用位溫與相當位溫的垂直變化，分別說明未飽和大氣與飽和大氣之靜力穩定度的條件。（25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查大氣靜力穩定度之理論體系，核心在於釐清氣塊法微擾判據，分別以未飽和（乾絕熱）與飽和（濕絕熱）直減率建立溫度直減率準則，繼而自熱力狀態函數位溫與相當位溫之垂直梯度推演穩定度判據。
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- 3
鋒面可以視為性質不同的兩個氣團之間的狹窄過渡帶。比較鋒區與兩側氣團內水平與垂直溫度梯度之熱力特徵的差異。說明鋒區附近風的水平與垂直變化特徵。（25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查大氣鋒面之結構特徵與運動學特質，作答應從斜壓過渡帶的本質出發，嚴格對比鋒區內部與兩側氣團在水平與垂直溫度梯度之顯著差異，並依地轉平衡與熱力風原理解釋鋒區風場的水平氣旋式切變與垂直風切特徵。
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- 4
說明溫度平流、垂直運動以及渦度平流如何影響溫帶氣旋的生成與發展。（25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查中緯度斜壓系統發展之核心動力機制，作答應建立在準地轉理論（QG Theory）架構下，分別剖析溫度平流、垂直運動與高空渦度平流如何協同驅動溫帶氣旋自初始波動向成熟渦旋的爆發性演變。
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111 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）試導出測高方程（hypsometric equation）。（5 分）
（二）承上題，試說明測高方程的物理意義及其重要的應用有那些？（10 分）
（15 分）
參考架構・破題
本題考查氣象觀測與大氣熱力學最基礎之測高方程（Hypsometric Equation），作答第一小題需嚴謹展示由靜力平衡與理想氣體狀態方程微積分推導過程，第二小題需提煉出厚度正比於平均溫度的物理精髓，並羅列其在高空分析與天氣預報上的四大應用。
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- 2
大氣的穩定度（stability）在天氣系統與對流的發展均扮演重要角色，試說明：
（一）何謂大氣的穩定度？（5 分）
（二）穩定度有那些分類？（5 分）
（三）試列舉有那些常見過程，可以改變大氣的穩定度？並說明這些過程為何造成穩定度變化？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題系統性考查大氣穩定度之基礎物理概念、分類框架及外在驅動機制，作答需條理清晰地界定穩定度的微擾回彈定義，完整列出靜力、對流與動力穩定度分類，並深入闡釋差動平流、輻射加熱與大尺度垂直運動改變穩定度的物理過程。
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- 3
試說明：（一）何謂位渦（potential vorticity）並寫出其公式？（二）試應用位渦，說明山脈地形背風旋生的原理與機制。（三）又試應用等熵位渦圖（isentropic potential vorticity map）的概念，繪圖說明中緯度西風長波波動向西移行的原理。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查大氣動力學核心支柱之位渦理論（Potential Vorticity）及其在地形背風旋生與長波動力學之應用，作答需準確寫出埃特爾位渦或淺水位渦公式，利用氣柱拉伸與壓縮闡明背風氣旋生成，並基於等熵位渦擾動誘導環流原理解釋羅斯貝波逆流西移機制。
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- 4
何謂爆發性旋生（explosive cyclogenesis）？試比較北半球爆發性旋生與一般溫帶氣旋在發生季節、區域及結構特徵的主要異同為何？又爆發性旋生在旋生過程上，有那些較一般溫帶氣旋更為有利的條件？試說明之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
爆發性旋生俗稱「氣象炸彈」，指中緯度溫帶氣旋中心氣壓在短時間內急劇下降的極端天氣系統。本題應從氣壓驟降的量化定義切入，系統性對比爆發性旋生與一般溫帶氣旋在發生時空及結構上的差異，並自大氣動力、熱力不穩定與非絕熱潛熱釋放等機制，詳述其有利的旋生條件。
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- 5
颱風（熱帶氣旋）是夏季影響臺灣天氣的重要天氣系統。試根據重要性依序列舉可影響西北太平洋颱風運動的各項因子，並說明其影響運動之機制。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
颱風路徑決定了風雨分佈與災害規模，其運動是大尺度環境導引與颱風自身動力、周圍天氣系統及下墊面地形相互作用的綜合成果。答題應依重要性主次，依序列舉環境導引氣流、貝他效應、雙颱交互作用、地形影響與不對稱潛熱釋放，並逐一深入剖析其物理運作機制。
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110 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
探空資料對天氣的分析與預報很有幫助，比較豪大雨、龍捲風以及太平洋副熱帶高壓影響時的大氣探空斜溫圖特徵。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
探空斜溫圖（Skew-T log-P diagram）為剖析大氣垂直熱力結構與動力特徵之利器。本題針對豪大雨、龍捲風及太平洋副熱帶高壓三種不同天氣系統，透過溫濕垂直分佈、大氣穩定度與逆溫層、浮力能量指標及垂直風切特性進行對比分析。
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- 2
論述冷暖鋒鋒面斜率之差異以及冷暖鋒前緣附近之測站風向風速隨高度之變化特性。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
冷暖鋒之鋒面斜率差異源於冷暖氣團的動力推進性質與邊界層摩擦效應，可由馬古利斯（Margules）公式與邊界層動力學解釋；而鋒面附近測站風向風速隨高度的變化，則遵循熱力風關係與大氣平流性質。答題應分層論述斜率量值與成因，並結合地轉風隨高度順轉或逆轉特徵剖析測站垂直風場。
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- 3
說明為什麼冬天西伯利亞高壓或蒙古高壓相當淺薄，而高空冷心低壓不會發展延伸至地面附近？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
冬季西伯利亞高壓與高空冷心低壓之垂直結構與生命史差異，本質上是大氣靜力平衡、測高公式（厚度方程式）與熱力風原理在不同熱力配置下的具體體現。答題應由冷性系統之氣溫垂直分佈出發，論述冷空氣柱層厚效應如何使地面冷高壓隨高度迅速消散，並闡明高空冷心低壓何以向下減弱而無法延伸至地面。
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- 4
根據靜力方程以及連續方程推導出地面氣壓之發展方程 p u v t s g s x y dz g s x y dz u v根據此方程式說明有利地面低壓形成之物理過程。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
地面氣壓等於其上整層空氣柱的重量；只要氣柱內空氣質量淨流出（輻散）或較輕空氣平流進來，地面氣壓就下降。本題先由靜力方程與連續方程推導地面氣壓傾向方程：(∂p/∂t)s = −g∫s^∞ ρ(∂u/∂x + ∂v/∂y)dz − g∫s^∞ (u∂ρ/∂x + v∂ρ/∂y)dz，再逐項解釋有利地面低壓形成的物理過程。
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- 5
說明成熟颱風之結構特徵，包括眼牆、眼區以及外圍螺旋雨帶之垂直運動、雷達回波、切向風、內流區、外流區、氣旋式、反氣旋式風場與溫度之分布。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
成熟颱風為組織高度完善的深厚暖心熱帶氣旋，其內部動力與熱力結構呈現高度對稱性與同心圓分佈。本題針對眼區、眼牆及外圍螺旋雨帶三大核心區域，系統性剖析其垂直運動、雷達回波、切向風、輻合輻散流場、旋向特徵與溫度空間分佈。
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109 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請試述下列名詞之意涵：（每小題5分，共25分）
（一）艾克曼螺線（Ekman spiral）
（二）寒潮（Cold surge）
（三）相當位溫（Equivalent potential temperature (e)）
（四）氣團變性（air mass transformation）
（五）露點溫度（dew-point temperature）
（25 分）
- 2
假設有三個位置相鄰之探空站，各有某氣壓層之高空水平風觀測。試繪平面圖說明如何利用此三站的風場資料，計算或估計大氣的輻散度？（15分）
（15 分）
參考架構・破題
輻散度 D＝∂u/∂x＋∂v/∂y，觀測站稀疏時無法直接差分，可把三站圍成三角形，假設風場在三角形內呈線性變化，以線積分或聯立方程求出三角形平均輻散度，即所謂三角形法（運動學法）。
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- 3
試回答下列關於鋒面（front）之問題：
（一）鋒面的定義為何？（5分）
（二）試說明觀測所見之典型地面冷鋒，在鋒面區內有那些特徵，與鋒區外的環境不同？又，這些特徵如何不同？（5分）
（三）觀測所見之地面鋒面，常在地面最強但在中對流層最弱。試由地轉調整之觀點，說明鋒面在中對流層最弱的原因為何？（5分）
（四）承上小題，試說明半地轉（semi-geostrophic）理論較準地轉（quasi- geostrophic）理論，在解釋低層鋒生現象之優勢何在？（10分）
（25 分）
- 4
試分別繪俯視圖顯示下列各項與（北半球冬季）斜壓波有關之現象：
（一）低層典型發展中溫帶氣旋（extratropical cyclone）之結構特徵，及其與高層波動之間的關係為何？（10分）
（二）承上小題，試說明此種高低層關係的原因何在？（5分）
（三）承小題（一），此類溫帶氣旋伴有數股的主要氣流，包括暖運輸帶、冷運輸帶、及冷乾運輸帶，試分別繪圖說明，此三種運輸帶的位置、方向、隨高度變化、以及伴隨雲系等典型特徵為何？（15分）
（四）伴隨高層西風波動的氣流，例如西風槽前之西南氣流與槽後之西北氣流，其軌跡線振幅往往較氣流線為大，試繪圖說明原因何在？（5分）
（35 分）
108 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明現階段氣象學家如何利用氣象衛星資料，探測分析海洋上天氣系統的流場和降雨特徵。（20 分）
（20 分）
- 2
判斷天氣系統的生命期需要知道其垂直速度的大小。試說明估算天氣系統垂直速度大小的方法。（20 分）
（20 分）
- 3
試說明梅雨季鋒面特徵，並分析鋒面附近為何有利豪大雨天氣系統發生發展。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
梅雨鋒是東亞初夏季風過渡期的準滯留鋒面，在臺灣附近的特徵是溫度梯度弱、濕度與風切明顯。作答先描述鋒面結構，再分層說明鋒面附近如何提供豪雨所需的水氣、不穩定與舉升。
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- 4
試說明青藏高原如何影響臺灣的天氣。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
青藏高原平均高度約 4,000 公尺以上，同時以機械阻擋與熱力作用改變東亞環流，並透過其下游系統間接影響臺灣。作答宜分機械作用、熱力作用，再依季節連結到臺灣天氣。
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- 5
颱風又稱熱帶氣旋，其能量來源主要來自海洋。試說明影響颱風強度變化的氣象因子有那些以及相關過程。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
颱風是以海洋潛熱為燃料的熱機，強度變化取決於能量供給、環境干擾與內部結構三方面。作答宜先說明能量來源與最大潛在強度，再分海洋、大氣環境、內部過程與陸地作用逐一說明。
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107 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明下列各氣象名詞的意義：（每小題 5 分，共 25 分）
（一）虛溫（virtual temperature）
（二）海陸風（land-sea breeze）
（三）凍雨（freezing rain）
（四）都卜勒效應（Doppler effect）
（五）藤原效應（Fujihwara effect）
（25 分）
- 2
試說明輻射霧、平流霧、以及鋒面霧的形成原因分別為何？（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
霧是接地的雲，成因不外乎冷卻至飽和或增加水氣達飽和。三種霧分別對應輻射冷卻、暖濕空氣流經冷面，以及鋒面降水蒸發增濕，作答依成因、有利條件、時空特徵比較。
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- 3
試應用梯度風平衡的觀念，回答以下問題：
（一）繪圖並說明，為何中緯度高層西風移行斜壓波的槽前（東側）伴隨有輻散，而槽後（西側）則伴隨輻合？（10 分）
（二）承上小題，在氣壓梯度相同的條件下，為何波長越短的波，其伴隨的輻合／輻散越強，且東移的速度越快？試說明之。（5 分）
（15 分）
參考架構・破題
梯度風考慮了曲率離心力，槽中為次地轉、脊中為超地轉。氣流由槽流向脊時加速、由脊流向槽時減速，沿流方向的速度變化造成輻散與輻合；波長越短曲率越大，效應越強。
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- 4
（一）何謂暖雨（或暖雲）過程？終端速度（terminal velocity）在此過程中有何角色？（10 分）
（二）何謂冷雨（或冷雲）過程？（5 分）
（15 分）
- 5
設已知簡化之準地轉（quasi-geostrophic, QG）渦度方程與熱能方程分別為：G 1 ∂ω ∂χ G ∂Φ ∇ 2 χ = − f 0 Vg ⋅ ∇( ∇ 2 Φ + f ) + f 0 2 與 = − Vg ⋅ ∇( ) − σ ω f0 ∂p ∂p ∂p其中 χ = ∂ Φ / ∂ t ，Φ為重力位， σ = −α (d ln θ / dp) 為靜力穩定度參數，其它符號均為一般通用者。
（一）試由上述兩式推導出準地轉 omega 方程（QG omega equation）。 （10 分）
（二）解釋各項之作用與所代表之物理意義。 （10 分）
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 6
臺灣梅雨季內，冷鋒常在通過臺灣進入巴士海峽與南海北部後，迅速減弱。試說明其主要原因為何？（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
梅雨鋒是一條溫度梯度弱、水氣梯度強的準靜止鋒，通過臺灣南下後，斜壓性來源被切斷、地形與海洋又不斷削弱冷暖對比，因此迅速鋒消。作答要從「熱力對比減弱」「動力支持消失」「地形阻擋」三方向說明。
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106 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
天氣預報常利用外延法進行初估（first guess），試舉例說明應用外延法的基本考量、其適用性及需注意之處。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
外延法是假設天氣系統在短時間內維持既有的移動速度、方向與強度變化趨勢，將其向未來延伸作為初估，屬於最基本的主觀預報方法。答題要「舉例、基本考量、適用性、注意事項」四塊都寫到。
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- 2
說明何謂非地轉風和熱力風，並分別說明其重要特性及在天氣診斷分析的重要應用。（20 分）
（20 分）
- 3
利用斜溫圖（註：需標明斜溫圖之座標）說明何謂 LCL、LFC 及 CCL，並分別說明其重要性及在天氣診斷分析時的可能應用。（20 分）
（20 分）
- 4
颱風為影響臺灣地區之最重要災害性天氣系統，試說明：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）為何颱風是一暖心系統並具反旋式垂直風切？
（二）地球曲率和旋轉效應如何影響颱風之運動？
（20 分）
參考架構・破題
第一小題用潛熱釋放與下沉增溫解釋暖心，再以靜力平衡與熱力風關係推導氣旋式環流隨高度減弱、高層轉為反氣旋；第二小題以 β 效應說明颱風即使無環境氣流也會向西北漂移。
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- 5
何謂臺灣低壓並說明臺灣低壓對臺灣天氣變化之重要性；此外說明典型臺灣低壓之形成過程，並說明為何大多數臺灣低壓的發展均頗緩慢。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
臺灣低壓指冬春季在臺灣附近（多在臺灣北部至東北方海面、東海南部）生成或發展的低壓，常伴隨鋒面系統，是春季天氣轉變的重要徵兆。答題分定義、重要性、形成過程、發展緩慢原因四段。
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105 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試回答下列關於大氣濕度（humidity）的問題：
（一）氣象上，有好幾個可表示大氣濕度的變數，包括絕對濕度、水氣壓、相對濕度、混合比、露點等，試問這五個變數的定義各為何？（15 分）
（二）承（一）題，上述的五個變數，分別在何種條件下會具有保守性？還是在所有條件下都不具保守性？試分別敘述之。（10 分）
（25 分）
- 2
試回答下列有關地轉風（geostrophic wind, Vg）之問題：
（一）試證明在 f 面近似下，地轉風為無輻散。 （10 分）
（二）試寫出地轉風（Vg）與梯度風（Vgr）之關係式。又，考慮實際風較接近梯度風平衡，則在高層西風波之槽區，地轉風將高估、低估或與實際風相等？（8 分）
（三）承（二）題，試分析梯度風與地轉風風速之比（Vgr/Vg）的最大值為多少？又，其發生於高層西風波何處？（7 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題是地轉風與梯度風的推導題：先由地轉風定義證明 f 平面無輻散，再由梯度風平衡導出兩者比值，判斷槽區次地轉，最後由反氣旋梯度風解的存在條件求得比值上限為 2，發生於脊區。
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- 3
已知 z 座標中的渦度方程（vorticity equation）可表為：∂ζ r ∂ζ r ∂u ∂w ∂v ∂w 1 ∂ρ ∂p ∂ρ ∂p ∂Fy ∂Fx = − V ⋅ ∇η − w − η (∇ ⋅ V ) + ( − )+ 2( − )+( − ) ∂t ∂z ∂z ∂y ∂z ∂x ρ ∂x ∂y ∂y ∂x ∂x ∂y
（一）試問其中那一項代表傾側（或扭轉）效應，又此效應如何使大氣產生旋轉？（10 分）
（二）設應用於綜觀尺度，試對渦度方程進行合理簡化，並應用此簡化方程討論高層移行短波槽系統所伴隨之輻合／輻散分布為何？（10 分）
（三）承（二）題，試做必要假設，推導出絕對渦度守恆定律。 （5 分）
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
高層噴流條（jet streak）的入區常伴有明顯的鋒生作用，試回答下列相關問題：
（一）該區域為何會有鋒生作用？試說明之。 （5 分）
（二）由地轉調整的觀點，試繪跨越入區之南北向垂直剖面圖，並討論其所伴隨之環流與垂直運動分布，及其作用為何（含平流層內者）？（10 分）
（15 分）
- 5
經驗與觀測顯示，臺灣的劇烈天氣現象，例如冰雹、龍捲風等，有些時候會在冬季伴隨冷鋒過境發生。試討論：
（一）此情境下有利劇烈天氣現象發生的條件有那些？（5 分）
（二）這些現象最容易出現在冷鋒的何處（鋒前、鋒後或鋒上）？（5 分）
（10 分）
104 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
說明何謂 MOS（Model Output Statistics）和機率預報，並說明其在天氣預報的可能應用（需說明原因）。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
MOS 是以統計方法修正數值模式輸出的客觀預報技術；機率預報則以機率量化天氣預報的不確定性。兩者都在解決數值模式有系統誤差與不確定性的問題，作答要分別說明定義、方法與應用原因。
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- 2
分別說明何謂位溫、相當位溫和潛在不穩定；說明如何才能使具潛在不穩定的氣層釋放其不穩定度，並說明伴隨潛在不穩定大氣所出現的重要天氣特徵。（20 分）
（20 分）
- 3
變形（deformation）為描述風場重要特徵之一，說明其重要特性和作用，尤其是在典型冷鋒與暖鋒之鋒生過程中所扮演之角色。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
變形是風場在旋轉與輻散之外的第三種線性運動，會把流體塊沿伸展軸拉長、沿收縮軸壓扁。只要等溫線（等位溫線）與伸展軸夾角小於 45 度，溫度梯度就會被集中，這是鋒生最主要的運動學機制。作答主線：先說定義，再說特性，最後套到冷鋒、暖鋒。
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- 4
Petterssen 發展方程可寫為∂ζ 1 = Aζ 500 − K∇ 2 ( AT + S + H ) ∂t說明上式中每一項的意義或作用。此外，Petterssen 將旋生過程分為 Type A 和 Type B兩類，試說明兩者之差異，並針對一個透過 Type A 旋生機制而形成的溫帶氣旋，說明其於形成發展過程中之重要結構變化特徵。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
Petterssen 發展方程把地面（1000 hPa）渦度變化歸因於高層渦度平流與熱力因子，是診斷溫帶氣旋生成與加深的經典工具。本題分三部分：逐項解釋方程、比較 Type A 與 Type B、描述 Type A 氣旋的結構演變。
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- 5
說明並探討有利熱帶氣旋形成的環境條件；此外並說明成熟熱帶氣旋之重要結構特徵。（20 分）
（20 分）
103 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 25 分）（mixing ratio）（pseudo-adiabatic process）（Mei-yu season）（subtropical jet stream）（self-development）
（25 分）
- 2
試繪圖並說明如何利用斜溫圖求取下列參數：（每小題 10 分，共 20 分）（level of free convection, LFC）（convective temperature, Tc ）
（20 分）
- 3
針對完美圓形運動之平衡氣流：式（gradient wind equation）。（5 分）（10 分）承上小題，試問北半球綜觀尺度高壓、低壓及超大雷雨胞內之反旋式中尺度氣旋，各屬於何種組合？（5 分）
（20 分）
- 4
已知加速度與非地轉風 ( Va ) 之關係向量式如下，試回答下列問題： dV f kˆ Va dt（geostrophic adjustment）？（5 分），說明為何在地轉調整的過程中，氣壓場與風場兩者均必須有所改變，始能重達平衡？（10 分）為何？（5 分）
（20 分）
- 5
當（北半球）高層噴流條（jet streak）由上游移至具相當振幅之中緯度斜壓波槽線底部時，試回答下列問題：試繪圖並由渦度平流之觀點，討論在噴流條各象限所伴隨的輻合／輻散分布。（10 分）討論對流層內後續可能發生之天氣現象為何？（5 分）
（15 分）
參考架構・破題
噴流條四象限模式說明高層非地轉環流造成的輻合輻散；當噴流條移到槽底，噴流條出口區與槽前正渦度平流區重疊，高層輻散大增，常觸發地面氣旋快速發展與劇烈天氣。
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102 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明外延法和 CLIPER 在天氣預報或預報評估上的可應用價值，以及應用時應注意之處（須說明理由）。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
外延法與 CLIPER 都是不依賴數值模式的簡單預報方法，實用價值在於極短時預報與作為校驗預報技術的基準；應用時要注意它們無法掌握系統的生成、消散與路徑轉折。
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- 2
夏季西南季風期間，臺灣西南部迎風面山區易有對流出現而下雨，試利用斜溫圖（答案中須註明斜溫圖之座標）說明出現此種對流的過程，說明中須包含出現此種對流的必要環境條件以及有利出現此種對流的大氣過程。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
西南季風期間臺灣西南部山區的對流，本質是潮濕不穩定的西南氣流受地形強迫抬升而突破自由對流高度；作答要在斜溫圖上畫出這個抬升過程，並分別說明必要條件與有利過程。
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- 3
鋒面斜率的舉升作用為導致鋒面區降雨的重要因素之一；試利用馬古列斯方程（Margules’s equation）推估典型冷、暖鋒面之斜率，並說明造成冷、暖鋒面斜率差異之主要原因。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
馬古列斯方程描述地轉平衡下零階不連續面的坡度，與兩側溫差成反比、與兩側地轉風切成正比；代入典型數值可推得鋒面坡度約百分之一以下，再以摩擦與動力差異解釋冷鋒陡、暖鋒緩。
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- 4
分別說明何謂地轉風和非地轉風及其重要特性；（10 分）此外並說明非地轉風在天氣診斷分析上的重要性。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
地轉風是氣壓梯度力與科氏力平衡下的理想風，描述大尺度風場的主體；實際風減去地轉風即非地轉風，量值雖小，卻是輻合輻散與垂直運動的來源，天氣系統的發展都靠它診斷。
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- 5
繪出典型發展中溫帶氣旋之 1000 hPa（實線）、500 hPa（虛線）等高線和 1000 ~ 500 hPa 等厚度線圖（點線），利用所繪之圖分析 Petterssen 發展方程中之溫度平流的分布；（10 分）並探討溫度平流在典型溫帶氣旋之形成和發展過程中所扮演之角色。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
典型發展中溫帶氣旋的高低層系統向西傾斜，地面低壓位於 500 hPa 槽前；厚度線呈暖脊在東、冷槽在西的波動，使低壓東側暖平流、西側冷平流，這正是 Petterssen 發展方程中溫度平流項促使氣旋加深的配置。
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- 6
試說明典型熱帶氣旋的重要結構特徵；（10 分）並就結構和能量機制，比較溫帶氣旋和熱帶氣旋的異同。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
熱帶氣旋是軸對稱、暖心、靠潛熱釋放維持的系統；溫帶氣旋是不對稱、伴隨鋒面、靠斜壓不穩定釋放可用位能的系統。先描述熱帶氣旋結構，再用結構與能量兩個面向列表比較。
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題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。