<4D F736F F F696E74202D20B1D7B7C5B9CFB0F2A5BBB1D0A7F7>

Transcription

1 斜 溫 圖 簡 介 怎 麼 畫 斜 溫 圖 如 何 求 取 大 氣 物 理 參 數 逆 溫 層 現 象 大 氣 穩 定 度 探 空 熱 力 圖 的 種 類 探 空 熱 力 圖 種 類 繁 多, 主 要 有 下 面 幾 種 能 量 圖 (Emagram)((-lnp)-T) 溫 熵 圖 (Tephigram)(lnθ-T) Refsdal 圖 ((-Tlnp)-lnT ) 司 徒 夫 圖 (Stuve Diagram, 又 稱 為 假 絕 熱 圖 (The Pseudo Adiabatic Diagram))(-P kd -T) 斜 溫 氣 壓 對 數 圖 (SkewT-LogP, 簡 稱 斜 溫 圖 ) 使 用 斜 溫 圖 的 目 的 使 用 探 空 熱 力 圖 最 主 要 目 的 在 於 利 用 探 空 資 料 所 繪 製 之 曲 線, 來 決 定 大 氣 中 未 能 直 接 量 測 之 氣 象 因 子 ( 如 混 合 比 位 溫 舉 升 凝 結 高 度 對 流 可 用 位 能. 等 等 ), 藉 以 瞭 解 大 氣 的 垂 直 分 布 狀 態 及 穩 定 度 情 形, 作 為 輔 助 天 氣 預 報 之 用 在 眾 多 熱 力 圖 中, 又 以 斜 溫 圖 (SkewT-LogP) 最 為 氣 象 學 界 所 採 用 斜 溫 圖 的 優 勢 1. 重 要 的 等 值 線 均 為 直 線 ( 如 等 溫 線 等 壓 線 飽 和 混 合 比 線 等 ) 2. 等 壓 線 為 直 線, 便 於 氣 壓 層 高 度 的 估 計 3. 等 溫 線 傾 斜 45 度 並 與 絕 熱 線 有 明 顯 交 角, 讓 垂 直 溫 度 梯 度 之 變 化 較 敏 感, 對 於 分 析 綜 觀 尺 度 天 氣 系 統 ( 例 : 鋒 面 和 氣 團 ) 有 極 大 之 幫 助, 也 利 於 穩 定 度 之 推 估 4. 圖 上 之 面 積 可 代 表 能 量 怎 麼 看 斜 溫 圖? 線 條 意 義 如 何? 5. 熱 力 線 ( 例 如 : 乾 濕 絕 熱 線 ) 等 於 氣 塊 位 移 時 之 座 標, 對 於 分 析 較 為 有 利

2 等 壓 線 等 溫 線 (1) 水 平 之 棕 色 實 線 (2) 範 圍 從 1050 hpa 到 100 hpa, 每 10 hpa 畫 一 條 直 線, 每 50 hpa 標 示 出 氣 壓 值 ( 寫 於 等 壓 線 的 中 間 以 及 左 右 兩 側 ), 間 距 大 小 由 氣 壓 之 對 數 值 來 決 定 (3) 從 400 到 100 hpa 之 間, 也 可 兼 作 100 至 25 hpa 之 等 氣 壓 面 使 用, 氣 壓 值 大 小 加 上 掛 號 (1) 由 左 下 方 往 右 上 方 延 伸 之 棕 色 實 直 線 (2) 等 溫 線 之 間 隔 均 等, 每 1 度 畫 一 條 線, 每 5 度 標 上 溫 度 刻 度, 每 10 度 之 底 色 改 用 綠 色 標 示 (3) 最 底 下 有 相 對 應 之 華 氏 溫 度 ( 黑 色 小 字 ) (4) 左 側 氣 壓 值 底 下, 有 標 準 大 氣 之 氣 壓 值 所 相 對 應 之 高 度, 小 括 號 為 英 呎, 中 括 號 為 公 尺 乾 絕 熱 線 濕 ( 飽 和 ) 絕 熱 線 (1) 由 右 下 方 斜 向 左 上 方 之 棕 色 實 直 線 (2) 乾 絕 熱 線 為 未 達 飽 和 階 段 之 空 氣 塊 上 升 或 下 降 時 所 依 循 之 移 動 路 徑, 也 代 表 未 達 飽 和 之 空 氣 塊 溫 度 變 化 率, 沿 乾 絕 熱 線 上 升 或 下 降 的 過 程 中, 不 會 與 環 境 大 氣 進 行 熱 量 的 交 換 (3) 乾 絕 熱 線 以 攝 氏 為 其 單 位, 每 兩 度 畫 一 條 線, 每 十 度 將 數 值 大 小 標 示 出, 位 置 則 位 於 1000hPa 至 1050hPa 之 間 以 及 斜 溫 圖 之 上 左 右 三 側 邊 括 號 內 之 數 字 為 100 至 25hPa 之 乾 絕 熱 線 大 小, 間 距 隨 乾 絕 熱 數 值 增 加 而 縮 小 200hPa (1) 由 右 下 方 斜 向 左 上 方, 且 略 呈 向 上 彎 曲 之 綠 色 實 線 (2) 濕 絕 熱 線 為 飽 和 空 氣 塊 上 升 或 下 降 時 所 依 循 之 移 動 路 徑, 也 代 表 飽 和 空 氣 塊 之 溫 度 變 化 率 空 氣 塊 上 升 達 到 飽 和 後 會 釋 放 出 潛 熱, 並 與 環 境 大 氣 進 行 熱 量 交 換 ( 於 此 假 定 所 有 的 潛 熱 釋 放 均 為 液 態 水 所 造 成, 不 包 含 固 態 水 或 冰 晶 ) (3) 濕 絕 熱 線 以 攝 氏 為 其 單 位, 每 兩 度 畫 一 條 線, 並 將 數 值 大 小 標 示 出, 標 示 位 置 則 位 於 500hPa 至 550hPa 之 間 以 及 200hPa 處 (4) 線 條 僅 延 伸 至 200hPa (5) 低 溫 度 低 氣 壓 低 濕 度 情 況 下, 濕 絕 熱 線 與 乾 絕 熱 線 趨 於 平 行 飽 和 混 合 比 標 準 大 氣 200hPa (1) 由 左 下 方 斜 向 右 上 方, 且 略 呈 彎 曲 之 綠 色 虛 線 (2) 單 位 為 g/kg, 表 示 每 公 斤 空 氣 中 所 含 水 氣 量 (3) 間 距 隨 飽 和 混 合 比 數 值 增 加 而 縮 小 ( 左 疏 右 密 ) (4) 線 條 僅 延 伸 至 200hPa 之 等 壓 面 P(hPa) H(m) T( ) (1) 純 乾 空 氣 組 成 之 大 氣 且 其 垂 直 向 之 化 學 成 份 固 定, 平 均 分 子 量 M= (2) 理 想 氣 體 之 行 為 (3) 海 平 面 重 力 加 速 度 為 g 0 = (m/s 2 ) (4) 垂 直 向 為 靜 力 平 衡 (5) 海 平 面 溫 度 為 T 0 =15 = K (6) 海 平 面 氣 壓 為 P 0 = hPa=1atm (7) 當 高 度 H 低 於 11000m, 溫 度 遞 減 率 為 常 數, 且 其 大 小 為 (8) 當 高 度 介 於 11000(m) 和 20000(m) 之 間 時, 溫 度 為 常 數 且 其 值 為 T=-56.5 當 高 度 介 於 20000(m) 和 32000(m) 之 間 時, 溫 度 遞 減 率 為 β=-1.0(k/km-1) (9) 右 側 有 相 對 應 之 標 準 大 氣 高 度 值, 刻 度 單 位 有 千 公 尺 ( thousand of meter) 以 及 千 英 呎 (thousand of feet) 兩 種 (10) 於 斜 溫 圖 中 用 棕 色 粗 線 代 表 ( 位 於 圖 的 中 間 )

3 厚 度 標 尺 風 標 尺 (1) 黑 色 水 平 直 線 (2) 位 於 兩 標 準 等 壓 面 中 間, 氣 壓 之 上 下 限 標 於 左 端 (3) 共 有 十 條 :1000/ / / / / / / /70 70/50 50/30 (4) 標 尺 上 側 以 百 英 呎 為 單 位, 每 500 公 尺 標 示 出 數 值 大 小 下 側 則 以 百 公 尺 為 單 位, 每 100 公 尺 標 示 出 數 值 大 小 (1) 標 示 WIND SCALE 之 處 ( 圖 之 右 邊 ), 用 於 填 寫 高 空 風 資 料, 共 有 三 條 ( 由 右 至 左 ) (2) 實 心 黑 點 通 常 表 示 具 有 高 空 風 報 告 之 高 度, 空 心 點 則 為 特 定 氣 壓 層 之 風 場 資 料 怎 麼 將 探 空 資 料 填 入 斜 溫 圖 中 1. 一 般 高 空 觀 測 一 天 僅 兩 次 (00Z 12Z), 若 遇 特 殊 或 劇 烈 天 氣 ( 如 颱 風 ) 時 則 可 增 加 至 四 次 (00Z 06Z 12Z 18Z), 如 此 可 讓 預 報 人 員 掌 握 高 空 大 氣 的 變 化 2. 若 於 同 一 張 圖 上 填 入 兩 次 探 空 資 料, 則 第 一 次 之 探 空 資 料 以 藍 色 填 入, 第 二 次 則 用 紅 色 3. 斜 溫 圖 中 主 要 填 入 所 觀 測 到 之 各 層 自 由 大 氣 溫 度 以 及 露 點 溫 度 位 置 則 依 溫 度 露 點 所 在 氣 壓 層 決 定, 並 將 資 料 標 示 於 該 等 壓 面 上 之 相 對 位 置 4. 所 填 入 之 自 由 大 氣 溫 度 與 露 點 溫 度 均 以 小 圓 點 表 示, 以 方 便 作 各 層 之 連 結 5. 探 空 曲 線 表 現 方 式 有 兩 種, 一 為 採 用 不 同 形 式 之 線 條 ( 如 : 自 由 大 氣 溫 度 曲 線 通 常 採 用 實 線, 露 點 溫 度 曲 線 則 用 虛 線 ) 另 一 種 方 式 則 用 顏 色 區 隔 ( 如 : 自 由 大 氣 溫 度 曲 線 通 常 採 用 藍 色 線 條, 露 點 溫 度 曲 線 則 用 紅 色 線 條 ) 怎 麼 由 斜 溫 圖 求 取 大 氣 物 理 參 數 6. 遇 到 資 料 缺 漏 時, 曲 線 於 該 缺 漏 層 之 下 限 終 止, 而 於 該 層 之 上 限 開 始, 並 於 缺 漏 層 之 中 間 填 上 misdat 7. 將 所 觀 測 之 風 場 資 料 填 於 右 側 相 對 應 探 空 曲 線 位 置 之 垂 直 線 小 圓 圈 上 填 寫 順 序 由 右 至 左 8. 填 完 圖 後 應 填 寫 圖 說, 包 括 測 站 代 號 測 站 名 稱 日 期 時 間 等 等 濕 度 變 數 比 濕 (Specific Humidity, 代 表 符 號 :q) 混 合 比 (Mixing Ratio, 代 表 符 號 :W) 飽 和 混 合 比 (Saturation Mixing Ratio, 代 表 符 號 :Ws) 相 對 濕 度 (Relation Humidity, 簡 稱 :RH) 飽 和 水 氣 壓 (Saturation Vapor Pressure, 代 表 符 號 :es) 水 氣 壓 (Vapor Pressure, 代 表 符 號 :e) 比 濕 (Specific Humidity, 代 表 符 號 :q) 定 義 朝 濕 空 氣 中, 所 含 水 氣 質 量 與 潮 濕 空 氣 總 質 量 ( 實 際 大 氣 ) 之 比 值 即 q=m v /(M v +M d ), 單 位 為 g/kg 或 Kg/Kg 註 斜 溫 圖 中 無 法 直 接 求 出 比 濕, 需 透 過 數 學 式 計 算, 然 該 物 理 量 於 氣 象 研 究 上 非 常 重 要

4 混 合 比 (Mixing Ratio, 代 表 符 號 :W) 意 義 潮 濕 未 飽 和 之 空 氣 中 所 含 水 氣 質 量 (m v ) 與 乾 空 氣 質 量 (m d ) 之 比 值, 即 W= M v / M d 單 位 為 g/kg 或 Kg/Kg 為 露 點 與 氣 壓 的 函 數 求 法 先 找 出 氣 壓 (P) 與 露 點 (Td) 之 交 點, 再 內 插 交 點 處 之 飽 和 混 合 比 線 ( 綠 虛 線 ), 所 得 之 值 即 為 當 時 環 境 大 氣 之 混 合 比 範 例 假 設 在 700hPa 等 壓 面 上 露 點 溫 度 為 零 下 13 度, 則 混 合 比 為 (g/kg) 範 例 假 設 在 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 零 下 5 度, 則 飽 和 混 合 比 為 (g/kg) 飽 和 混 合 比 (Saturation Mixing Ratio, 代 表 符 號 :Ws) 意 義 飽 和 空 氣 中 所 含 水 氣 質 量 (m v ) 與 乾 空 氣 質 量 (m d ) 之 比 值 單 位 為 :g/kg 或 Kg/Kg 為 溫 度 與 氣 壓 的 函 數 求 法 斜 溫 圖 中 的 綠 色 虛 線 ( 由 左 下 斜 向 右 上 方 ) 就 是 飽 和 混 合 比 線 要 找 出 某 一 氣 壓 層 之 飽 和 混 合 比, 首 先 要 找 到 氣 壓 (P) 與 自 由 大 氣 溫 度 (T) 之 交 點, 再 內 差 交 點 處 之 飽 和 混 合 比 線 值, 所 得 到 的 值 即 為 當 時 環 境 大 氣 之 飽 和 混 合 比 相 對 濕 度 (Relation Humidity, 簡 稱 :RH) 意 義 為 定 量 空 氣 中 實 際 所 含 之 水 氣 量 與 該 定 量 空 氣 在 相 同 溫 度 下 若 達 到 飽 和 時 應 含 水 氣 量 之 比 值, 透 過 該 因 子 可 了 解 到 實 際 環 境 大 氣 距 離 飽 和 的 程 度 求 法 一 將 所 求 得 之 混 合 比 與 飽 和 混 合 比 相 除 再 乘 上 100% 即 為 相 對 濕 度 值 求 法 二 (1) 由 氣 壓 (P) 與 露 點 (Td) 之 交 點 沿 飽 和 混 合 比 線 上 升 或 下 降 至 1000hPa, 先 將 兩 者 之 交 點 稱 為 A, 並 從 A 點 沿 等 溫 線 繪 一 平 行 線 (2) 再 由 氣 壓 (P) 與 溫 度 (T) 之 交 點 沿 飽 和 混 合 比 線 上 升 並 與 (1) 所 繪 之 直 線 相 交 得 一 氣 壓 值, 將 此 氣 壓 值 除 10 所 得 之 值 即 為 相 對 濕 度 範 例 假 設 在 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 零 下 5 度, 露 點 溫 度 為 零 下 13 度, 則 相 對 濕 度 為 (2.0/3.8) 100%=53% 水 氣 壓 (Vapor Pressure) 意 義 未 飽 和 空 氣 塊 中 所 含 之 水 氣 在 大 氣 總 壓 力 中 所 佔 的 比 重 大 小 用 於 瞭 解 未 飽 和 空 氣 塊 中 的 水 氣 所 產 生 之 壓 力 大 小, 為 氣 壓 與 混 合 比 之 函 數, 單 位 為 hpa 求 法 由 氣 壓 (P) 與 露 點 (Td) 之 交 點 沿 等 溫 線 向 上 或 向 下 至 與 622 hpa 之 等 壓 面 相 交, 此 交 點 所 具 有 之 飽 和 混 合 比 值 即 為 當 時 環 境 大 氣 所 具 有 之 水 氣 壓 註 乾 濕 空 氣 之 氣 體 常 數 比 為 飽 和 水 氣 壓 (Saturation Vapor Pressure) 意 義 飽 和 空 氣 塊 中 所 含 之 水 氣 在 大 氣 總 壓 力 中 所 佔 的 比 重 大 小 用 於 瞭 解 飽 和 空 氣 塊 中 的 水 氣 所 產 生 的 壓 力 大 小, 單 位 為 hpa 求 法 由 氣 壓 (P) 與 溫 度 (T) 之 交 點 沿 等 溫 線 向 上 或 向 下 至 與 622hPa 之 等 壓 面 相 交, 此 交 點 所 具 有 之 飽 和 混 合 比 值 即 為 當 時 環 境 大 氣 所 具 有 之 飽 和 水 氣 壓 範 例 假 設 在 700hPa 等 壓 面 上 露 點 溫 度 為 零 下 13 度 則 水 氣 壓 為 2.3(hPa) 範 例 假 設 在 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 零 下 05 度 則 飽 和 水 氣 壓 為 4.2(hPa) 溫 度 變 數 露 點 溫 度 (dew point, 代 表 符 號 :T d ) 位 溫 (Potential Temperature, 代 表 符 號 :θ) 濕 球 溫 度 (Wet-bulb Temperature, 代 表 符 號 :T w ) 濕 球 位 溫 (Wet-bulb Potential Temperature, 代 表 符 號 :θ w ) 相 當 溫 度 (Equivalent Temperature, 代 表 符 號 :T E ) 相 當 位 溫 (Equivalent Potential Temperature, 代 表 符 號 :θ E ) 虛 溫 ( 代 表 符 號 :T v ) 對 流 溫 度 ( 代 表 符 號 :T c )

5 露 點 溫 度 (dew point,t d ) 定 義 在 定 壓 下 溫 度 下 降 至 飽 和 時 所 具 有 的 溫 度 即 為 露 點 求 法 若 已 知 某 等 壓 面 上 之 溫 度 及 飽 和 混 合 比 值, 則 從 該 點 沿 著 該 等 壓 面 至 與 飽 和 混 合 比 線 相 交 的 溫 度 值 即 為 露 點 溫 度 註 探 空 觀 測 可 直 接 測 出 露 點 溫 度 位 溫 (Potential Temperature,θ) 意 義 在 絕 熱 條 件 下, 空 氣 塊 所 具 有 之 位 溫 保 守 ( 即 不 隨 空 氣 塊 上 升 或 下 降 而 改 變 ), 因 此 我 們 可 利 用 此 參 數 來 比 較 不 同 高 度 空 氣 塊 之 溫 度 高 低, 藉 以 判 斷 空 氣 塊 所 處 環 境 大 氣 之 穩 定 度 狀 態 若 θ 隨 高 度 上 升 而 上 升, 表 示 環 境 大 氣 是 處 於 穩 定 狀 態 的, 反 之 則 表 其 處 於 不 穩 定 狀 態 求 法 氣 壓 (P) 與 溫 度 (T) 之 交 點 沿 乾 絕 熱 線 ( 即 符 合 絕 熱 變 化 過 程 ) 上 升 或 下 降 至 1000hPa 標 準 氣 壓 面 時 所 具 有 的 溫 度 即 稱 為 位 溫 單 位 : o K 範 例 假 設 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 零 下 5 度, 則 該 層 之 位 溫 為 297 o K 或 24 濕 球 溫 度 (Wet-bulb Temperature,T w ) 意 義 定 量 空 氣 在 等 壓 過 程 中 借 水 氣 蒸 發 冷 卻 使 空 氣 溫 度 降 低 並 達 飽 和 之 溫 度, 即 稱 為 濕 球 溫 度 ( 非 實 際 大 氣 之 溫 度 ) 目 前 氣 象 上 常 透 過 濕 球 溫 度 與 實 際 量 測 之 大 氣 溫 度 ( 即 乾 球 溫 度 ) 差 作 比 較, 藉 以 瞭 解 環 境 大 氣 之 濕 度 大 小 氣 壓 (P) 與 溫 度 (T) 之 交 點 沿 乾 絕 熱 線 ( 即 符 合 絕 熱 變 化 過 程 ) 上 升 或 下 降 至 1000hPa 標 準 氣 壓 面 時 所 具 有 的 溫 度 求 法 由 LCL 沿 濕 絕 熱 線 上 升 或 下 降 至 原 等 壓 面 所 具 有 之 溫 度 也 就 是 將 空 氣 沿 乾 絕 熱 線 上 升 達 飽 和 高 度, 然 後 循 著 濕 絕 熱 線 下 降 至 原 高 度 所 具 有 之 溫 度 濕 球 位 溫 (Wet-bulb Potential Temperature,θ w ) 求 法 濕 球 溫 度 (T w ) 沿 著 濕 絕 熱 線 上 升 或 下 降 至 1000hPa 標 準 氣 壓 面 時 所 具 有 之 溫 度 範 例 假 設 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 攝 氏 零 下 5 度, 露 點 溫 度 為 零 下 13 度, 則 該 層 之 濕 球 溫 度 為 攝 氏 零 下 8 度, 濕 球 位 溫 為 攝 氏 9.5 度 由 LCL 沿 濕 絕 熱 線 上 升 或 下 降 至 原 等 壓 面 所 具 有 之 溫 度 也 就 是 將 空 氣 沿 乾 絕 熱 線 上 升 達 飽 和 高 度, 然 後 循 著 濕 絕 熱 線 下 降 至 原 高 度 所 具 有 之 溫 度 相 當 溫 度 (Equivalent Temperature,T E ) 意 義 當 一 空 氣 塊 沿 乾 絕 熱 線 上 升 到 達 飽 和, 並 沿 濕 絕 熱 線 上 升 到 水 氣 完 全 凝 結 並 攜 出 空 氣 塊, 而 後 再 沿 乾 絕 熱 線 下 降 至 原 高 度 之 溫 度 即 稱 為 相 當 溫 度 求 法 由 LCL 沿 濕 絕 熱 線 向 上 延 伸 直 到 與 某 一 條 乾 絕 熱 線 平 行 為 止, 然 後 再 向 下 沿 乾 絕 熱 線 回 到 原 氣 壓 層, 此 時 之 溫 度 即 稱 為 相 當 溫 度 相 當 位 溫 (Equivalent Potential Temperature,θ E ) 定 義 假 設 空 氣 塊 中 所 含 之 水 氣 均 凝 結 變 成 液 態 水, 凝 結 之 水 滴 全 部 離 開 空 氣 塊 且 不 帶 走 能 量, 並 將 凝 結 所 釋 放 出 之 能 量 ( 潛 熱 ) 均 用 以 加 熱 空 氣 塊, 此 時 空 氣 塊 所 具 有 的 位 溫 就 稱 為 相 當 位 溫 (θe) 求 法 由 相 當 溫 度 沿 乾 絕 熱 線 上 升 或 下 降 至 1000hPa 所 具 有 的 溫 度 求 法 一 空 氣 塊 沿 乾 絕 熱 線 上 升 至 舉 升 凝 結 高 度 (LCL), 再 沿 濕 絕 熱 線 上 升, 使 所 含 水 氣 全 部 凝 結 釋 出 ( 乾 絕 熱 線 和 濕 絕 熱 線 平 行 之 高 度 ), 再 沿 乾 絕 熱 線 下 降 至 1000 hpa, 此 時 溫 度 就 稱 為 相 當 位 溫

6 範 例 假 設 700hPa 等 壓 面 上 大 氣 溫 度 為 攝 氏 零 下 5 度, 露 點 溫 度 為 零 下 13 度, 則 該 層 之 相 當 溫 度 為 攝 氏 0.5 度, 相 當 位 溫 為 30 度 ( 或 絕 對 溫 度 303 度 ) 求 法 由 LCL 沿 濕 絕 熱 線 向 上 延 伸 直 到 與 某 一 條 乾 絕 熱 線 平 行 為 止, 然 後 再 向 下 沿 乾 絕 熱 線 回 到 原 氣 壓 層, 此 時 之 溫 度 即 稱 為 相 當 溫 度 虛 溫 ( 代 表 符 號 :Tv) 定 義 在 等 壓 條 件 下, 當 乾 空 氣 具 濕 空 氣 密 度 時 之 溫 度 即 稱 為 虛 溫, 由 此 可 知 其 代 表 乾 空 氣 的 溫 度 目 的 定 義 虛 溫 的 用 意 在 於, 濕 空 氣 之 分 子 量 會 隨 環 境 水 氣 量 改 變 而 改 變, 使 氣 體 常 數 (R) 成 為 變 數, 而 較 難 正 確 計 算 出 來 為 使 計 算 方 便, 所 以 利 用 乾 空 氣 之 氣 體 常 數 來 計 算, 因 此 定 義 虛 溫 來 代 替 濕 空 氣 之 溫 度, 如 此 就 不 用 考 慮 變 動 的 氣 體 常 數 了, 亦 即 可 以 處 理 掉 複 雜 的 水 氣 效 應, 由 此 可 知, 虛 溫 為 水 氣 的 函 數 因 為 實 際 觀 測 環 境 大 氣 所 得 之 溫 度 為 濕 空 氣 之 溫 度, 而 所 使 用 之 氣 體 常 數 為 乾 空 氣 之 氣 體 常 數 (R), 所 以 實 際 上 狀 態 方 程 (P=ρRT) ( 其 中 R=R*/md) 並 不 成 立 ( 因 為 其 使 用 乾 空 氣 之 氣 體 常 數 (R), 而 溫 度 卻 用 濕 空 氣 的 ), 所 以 為 使 其 成 立 需 使 用 虛 溫 ( 即 乾 空 氣 之 溫 度 ), 如 此 才 可 使 R 與 T 均 為 乾 空 氣 之 值 由 於 虛 溫 與 實 際 觀 測 之 溫 度 誤 差 不 算 大 ( 仍 在 允 許 的 誤 差 範 圍 內 ), 因 此 目 前 大 多 數 的 人 仍 直 接 利 用 實 際 觀 測 之 溫 度 來 代 替 虛 溫 求 法 Tv=T+W/6 其 中 T 為 實 際 大 氣 之 溫 度,W 為 飽 和 混 合 比 值 表 示 虛 溫 與 實 際 溫 度 之 差 距, 等 於 露 點 溫 度 所 在 之 飽 和 混 合 比 數 值 的 六 分 之 一 凝 結 高 度 舉 升 凝 結 面 (Lifting Condensation Level, 簡 稱 :LCL) 對 流 凝 結 面 (Convective Condensation Level, 簡 稱 CCL) 自 由 對 流 面 (Level of Free Convection, 簡 稱 :LFC) 混 合 凝 結 層 (Mixing Condensation Level, 簡 稱 :MCL) 平 衡 面 ( 簡 稱 :EL) 正 面 積 ( 正 能 區 )(Positive Area, 簡 稱 :PA) 負 面 積 ( 負 能 區 )(Negative Area, 簡 稱 :NA) 舉 升 凝 結 面 (Lifting Condensation Level, 簡 稱 :LCL) 意 義 此 凝 結 面 為 當 空 氣 塊 自 地 面 受 外 力 舉 升 並 沿 乾 絕 熱 線 上 升 而 開 始 產 生 凝 結 的 高 度, 因 此 可 知 其 為 動 力 作 用 所 導 致 之 凝 結 面 一 般 而 言, 此 凝 結 面 為 層 狀 雲 之 雲 底 高 度 所 在 位 置 求 法 (1) 由 氣 壓 (P) 與 露 點 (Td) 之 交 點 沿 飽 和 混 合 比 線 上 升 (2) 由 氣 壓 (P) 與 溫 度 (T) 之 交 點 沿 乾 絕 熱 線 上 升 兩 者 之 交 點 即 為 舉 升 凝 結 面 對 流 凝 結 面 (Convective Condensation Level, 簡 稱 CCL) 意 義 當 地 球 表 面 受 太 陽 輻 射 加 熱 作 用, 而 使 空 氣 塊 產 生 上 升 運 動, 並 造 成 凝 結 之 高 度 即 稱 之 為 對 流 凝 結 面, 因 此 可 知 其 為 熱 力 作 用 所 導 致 之 凝 結 面 一 般 而 言, 此 凝 結 面 為 積 狀 雲 之 雲 底 所 在 高 度 求 法 由 Td 與 1000hPa 之 交 點 沿 飽 和 混 合 比 線 上 升 或 下 降 至 與 探 空 溫 度 曲 線 相 交 所 在 之 高 度 即 稱 為 CCL LCL 對 流 溫 度 (Tc) 定 義 當 地 球 表 面 受 太 陽 輻 射 加 熱 作 用 後 開 始 形 成 對 流 時 之 地 面 溫 度, 我 們 即 稱 為 對 流 溫 度 LCL LCL T c 求 法 由 CCL 沿 乾 絕 熱 線 向 下 至 地 面 氣 壓 時 所 具 有 之 溫 度

7 自 由 對 流 面 (Level of Free Convection, 簡 稱 :LFC) 意 義 當 空 氣 塊 經 乾 絕 熱 舉 升 達 飽 和, 而 在 隨 後 的 飽 和 絕 熱 過 程 中 當 空 氣 塊 變 得 比 周 圍 環 境 空 氣 暖 時 之 高 度 即 稱 為 自 由 對 流 高 度 此 時 由 於 空 氣 塊 本 身 所 具 有 之 浮 力 較 環 境 場 大, 因 此 空 氣 塊 可 自 由 上 升 而 不 需 藉 助 外 力, 直 到 溫 度 較 周 圍 環 境 溫 度 低 時 才 停 止 此 對 流 面 不 一 定 每 次 都 會 出 現 求 法 由 LCL 沿 濕 絕 熱 線 上 升 至 與 探 空 溫 度 曲 線 相 交 所 在 之 高 度 LFC LCL 比 較 CCL LCL 及 LFC (1)CCL 是 由 熱 力 作 用 所 造 成, 而 LCL 則 是 由 動 力 作 用 ( 外 力 ) 所 導 致, 所 以 兩 者 之 形 成 機 制 並 不 相 同 (2)LCL 只 要 有 水 氣 就 會 存 在, 但 LFC 卻 不 盡 然,LFC 的 出 現 主 要 取 決 於 空 氣 塊 水 氣 含 量 的 多 寡 與 環 境 大 氣 穩 定 與 否 (3)CCL 與 LCL 於 探 空 圖 中 之 求 取 方 式 不 相 同, 因 此 正 負 面 積 之 求 法 亦 不 同 若 為 熱 力 作 用 所 導 致 之 上 升, 則 需 以 CCL 為 其 基 準 點 來 看 正 負 面 積, 若 為 外 力 作 用 所 導 致 之 上 升 運 動, 則 需 使 用 LCL 為 基 準 點 (4) 理 論 上 CCL 高 度 會 高 於 LCL, 然 而 當 地 面 至 雲 底 之 溫 度 遞 減 率 為 乾 絕 熱 時, 兩 者 即 合 而 為 一 混 合 凝 結 層 (Mixing Condensation Level, 簡 稱 :MCL) 定 義 若 近 地 層 有 風 擾 動 而 使 氣 層 完 全 混 合, 則 當 其 發 生 飽 和 時 之 最 低 高 度 即 稱 為 混 合 凝 結 層 MCL 求 法 經 過 平 均 之 後 的 飽 和 混 合 比 線 與 平 均 乾 絕 熱 線 之 交 點 即 為 混 和 凝 結 面 可 利 用 面 積 法 加 以 判 斷 MCL 平 衡 面 ( 簡 稱 :EL) 定 義 當 一 原 本 溫 度 較 周 圍 環 境 高 之 浮 升 空 氣 塊 其 溫 度 再 度 與 周 圍 環 境 溫 度 相 等 時 之 高 度 即 稱 為 平 衡 面, 此 時 若 空 氣 塊 繼 續 上 升, 則 空 氣 塊 之 溫 度 便 會 低 於 環 境 大 氣 在 氣 流 過 山 中, 此 高 度 即 可 視 為 山 前 雲 層 之 雲 頂 高 度 求 法 探 空 溫 度 曲 線 與 對 流 凝 結 面 之 飽 和 絕 熱 線 再 相 交 點 之 位 置 即 為 平 衡 面 之 所 在 高 度 正 面 積 ( 正 能 區 )(Positive Area, 簡 稱 :PA) 定 義 由 於 空 氣 塊 於 氣 層 內 所 沿 升 之 絕 熱 線 溫 度 均 大 於 四 周 環 境 之 溫 度, 因 此 空 氣 塊 能 自 由 上 升, 此 時 濕 絕 熱 線 與 探 空 溫 度 曲 線 所 夾 之 面 積 與 空 氣 塊 所 釋 放 出 來 的 動 量 總 合 成 正 比, 此 面 積 即 稱 之 為 正 能 區 正 面 積 的 大 小 代 表 著 空 氣 塊 在 上 升 過 程 中 所 釋 放 出 來 的 能 量 大 小, 也 就 表 示 大 氣 所 潛 藏 之 不 穩 定 程 度 求 法 1. 因 加 熱 作 用 所 形 成 :( 如 : 太 陽 輻 射 ) 由 對 流 凝 結 高 度 (C.C.L.) 沿 濕 絕 熱 線 上 升 至 與 溫 度 探 空 曲 線 相 交 為 止, 此 溫 度 探 空 曲 線 與 濕 絕 熱 線 所 圍 之 區 域 即 為 因 加 熱 作 用 所 導 致 之 正 能 區 2. 因 舉 升 作 用 所 形 成 :( 如 : 地 形 鋒 面 輻 合 ) 由 自 由 舉 升 凝 結 面 (L.F.C.) 沿 濕 絕 熱 線 上 升 至 與 溫 度 探 空 曲 線 相 交, 此 溫 度 探 空 曲 線 與 濕 絕 熱 線 所 圍 成 的 區 域 即 為 因 舉 升 作 用 導 致 之 正 能 區 負 面 積 ( 負 能 區 )(Negative Area, 簡 稱 :NA) 定 義 當 空 氣 塊 於 某 氣 層 內 所 沿 升 之 絕 熱 線 溫 度 均 小 於 其 四 周 環 境 之 溫 度 時, 此 空 氣 塊 於 該 氣 層 內 無 論 上 升 或 下 降 均 需 仰 賴 外 界 環 境 能 量 的 輸 入 才 可 運 動, 此 時 濕 絕 熱 線 與 探 空 溫 度 曲 線 所 圍 之 面 積 與 空 氣 塊 獲 自 四 周 環 境 之 動 量 總 合 成 正 比, 此 面 積 即 稱 為 負 能 區 所 以 負 面 積 的 大 小 代 表 著 外 力 需 對 上 升 空 氣 塊 作 功 使 其 達 到 自 由 上 升 之 作 功 量 因 此, 負 面 積 愈 大, 表 示 環 境 大 氣 愈 不 易 產 生 雲 雨 求 法 1. 因 加 熱 作 用 所 形 成 : 由 對 流 凝 結 高 度 (LCL) 沿 乾 絕 熱 線 下 降 至 地 面 為 止, 此 溫 度 探 空 曲 線 與 乾 絕 熱 線 所 圍 成 之 區 域 即 為 因 加 熱 作 用 所 導 致 的 負 能 區 2. 因 舉 升 作 用 所 形 成 : 由 地 面 沿 乾 絕 熱 線 上 升 至 L.C.L., 再 從 L.C.L. 沿 濕 絕 熱 線 至 與 探 空 溫 度 曲 線 相 交 為 止 ( 此 點 即 為 舉 升 凝 結 面 (L.F.C.)), 此 所 圍 成 的 區 域 即 為 因 舉 升 作 用 所 導 致 的 負 能 區

8 舉 升 凝 結 導 致 之 正 負 能 區 求 法 加 熱 抬 升 導 致 之 正 負 能 區 求 法 EL 平 衡 面 EL 平 衡 面 正 區 正 區 LFC LCL 負 區 CCL 負 區 逆 溫 層 的 類 別 怎 麼 由 斜 溫 圖 探 討 逆 溫 層 ( 現 象 ) 一 輻 射 逆 溫 (Radiation Inversion) 二 沈 降 逆 溫 (Subsidence Inversion) 三 鋒 面 逆 溫 (Frontal Inversion) 四 混 合 逆 溫 (Mixing Inversion) 輻 射 逆 溫 (Radiation Inversion) 於 夜 間 或 極 區, 由 於 近 地 面 急 速 輻 射 冷 卻 所 造 成 一 般 常 出 現 於 清 晨 或 夜 晚, 尤 其 是 在 白 天 為 陰 天 而 晚 上 為 晴 天 且 當 地 面 風 速 很 小 時 特 別 容 易 發 生, 另 外 在 高 緯 之 內 陸 地 區 亦 常 見 到 ; 主 要 出 現 於 近 地 層 逆 溫 層 之 厚 度 會 受 風 速 雲 量 地 表 狀 況 氣 團 與 地 表 溫 度 的 影 響 沈 降 逆 溫 (Subsidence Inversion) 因 整 層 空 氣 自 上 層 大 氣 下 沈, 在 下 沈 過 程 中, 透 過 絕 熱 增 溫 所 導 致 的 逆 溫 現 象 一 般 而 言, 常 與 反 氣 旋 相 伴 出 現, 尤 其 是 具 有 強 烈 下 沈 作 用 之 極 地 反 氣 旋 氣 團 出 現 時 更 易 產 生 此 種 逆 溫 一 般 較 常 出 現 在 中 上 層 大 氣, 而 少 見 於 低 層 大 氣 當 沈 降 逆 溫 出 現 時, 一 般 具 有 下 列 幾 項 特 點 : 相 對 濕 度 隨 高 度 急 速 減 少 混 合 比 隨 高 度 之 遞 減 率 變 大

9 鋒 面 逆 溫 (Frontal Inversion) 鋒 面 為 冷 暖 空 氣 交 會 之 界 面, 由 於 暖 空 氣 較 冷 空 氣 輕, 因 此 當 冷 暖 空 氣 交 會 時, 暖 空 氣 會 沿 著 冷 空 氣 爬 升, 使 暖 空 氣 在 上 冷 空 氣 在 下, 而 形 成 逆 溫 鋒 面 逆 溫 之 特 性 為 : 相 對 濕 度 隨 高 度 上 升 而 上 升 混 合 比 隨 高 度 增 加 而 增 加 風 向 顯 著 改 變 一 般 而 言, 逆 溫 層 頂 即 為 鋒 面 所 在 位 置 鋒 前 與 鋒 後 之 探 空 曲 線 分 布 情 形 鋒 前 鋒 後 混 合 逆 溫 (Mixing Inversion) 當 底 層 大 氣 風 速 較 大 時, 會 使 底 層 大 氣 產 生 混 合, 讓 混 合 層 之 水 氣 含 量 均 勻 分 布, 造 成 相 對 濕 度 於 底 層 減 少 上 層 增 加 的 現 象 若 水 氣 含 量 及 混 合 層 之 厚 度 足 夠 到 達 混 合 凝 結 面, 就 會 產 生 凝 結 的 現 象, 使 溫 度 遞 減 率 接 近 濕 絕 熱 線, 同 時 產 生 層 積 雲, 所 產 生 之 逆 溫 層 則 位 於 混 合 層 之 頂 端 範 例 此 為 何 種 類 型 之 逆 溫? 範 例 此 為 何 種 類 型 之 逆 溫? 怎 麼 由 斜 溫 圖 探 討 大 氣 穩 定 度

10 穩 定 度 的 類 別 絕 對 穩 定 絕 對 不 穩 定 條 件 性 不 穩 定 中 性 平 衡 在 此 我 們 所 談 論 的 穩 定 度 問 題, 主 要 是 探 討 空 氣 塊 在 環 境 大 氣 中 的 穩 定 情 形, 因 此 一 般 均 利 用 氣 塊 法 原 理 來 處 理 空 氣 塊 ( 假 設 空 氣 塊 絕 熱 ) 決 定 穩 定 度 的 方 式 為 利 用 探 空 溫 度 曲 線 ( 代 表 環 境 大 氣 )( 理 論 上 應 利 用 虛 溫 曲 線 較 合 理 ) 與 乾 或 濕 絕 熱 曲 線 ( 代 表 空 氣 塊 ) 之 傾 斜 角 加 以 比 較 判 定 若 空 氣 塊 未 飽 和, 則 利 用 探 空 溫 度 曲 線 與 乾 絕 熱 線 相 比 較 ; 若 空 氣 塊 飽 和, 則 與 濕 絕 熱 線 相 比 較 於 此 所 指 的 傾 斜 角 為 探 空 溫 度 曲 線 與 等 壓 面 之 交 角, 因 此 可 瞭 解, 若 傾 斜 角 愈 小, 則 愈 趨 於 穩 定, 若 傾 斜 角 愈 大, 則 愈 趨 於 不 穩 定 絕 對 穩 定 若 探 空 溫 度 曲 線 ( 環 境 ) 之 傾 斜 角 小 於 濕 絕 熱 線 ( 空 氣 塊 ) 之 傾 斜 角 (AB 曲 線 ), 則 表 示 空 氣 塊 之 降 溫 率 大 於 環 境 場, 因 此 若 上 升 同 樣 的 高 度, 空 氣 塊 之 溫 度 將 會 低 於 環 境 場, 使 空 氣 塊 處 於 一 個 穩 定 環 境 中 因 此 當 這 種 情 況 發 生 時, 對 空 氣 塊 而 言, 是 絕 對 穩 定 的, 亦 可 說 空 氣 塊 是 處 於 絕 對 穩 定 的 環 境 中 絕 對 不 穩 定 若 探 空 溫 度 曲 線 之 傾 斜 角 大 於 乾 絕 熱 線 之 傾 斜 角 (CD 曲 線 ), 則 表 示 空 氣 塊 之 降 溫 率 小 於 環 境 場, 因 此 若 上 升 同 樣 的 高 度, 空 氣 塊 之 溫 度 將 會 高 於 環 境 場, 使 空 氣 塊 處 於 一 個 不 穩 定 的 環 境 中 因 此 當 這 種 情 況 發 生 時, 對 空 氣 塊 而 言, 是 絕 對 不 穩 定 的, 亦 可 說 空 氣 塊 是 處 於 絕 對 不 穩 定 的 環 境 中 條 件 性 不 穩 定 若 探 空 溫 度 曲 線 之 傾 斜 角 大 於 濕 絕 熱 線 之 傾 斜 角 但 卻 小 於 乾 絕 熱 線 之 傾 斜 角 時 (EF 曲 線 ), 則 表 示 空 氣 塊 是 處 於 條 件 性 不 穩 定 的 環 境 中 當 空 氣 塊 未 飽 和 時, 因 為 空 氣 塊 之 降 溫 率 小 於 環 境 大 氣, 所 空 氣 塊 處 於 不 穩 定 環 境 中,; 若 空 氣 塊 飽 和, 則 空 氣 塊 處 於 穩 定 環 境 中, 因 為 空 氣 塊 之 降 溫 率 大 於 環 境 大 氣 中 性 平 衡 對 未 飽 和 空 氣 塊 而 言, 若 探 空 溫 度 曲 線 平 行 乾 絕 熱 線, 則 表 示 此 未 飽 和 空 氣 塊 是 處 於 中 性 平 衡 的 環 境 中 ( 即 空 氣 塊 的 運 動 不 受 環 境 場 影 響 ), 但 若 此 時 為 飽 和 空 氣 塊, 則 是 處 於 不 穩 定 的 環 境 中 對 飽 和 空 氣 塊 而 言, 若 探 空 溫 度 曲 線 平 行 濕 絕 熱 線, 則 表 示 此 飽 和 空 氣 塊 是 處 於 中 性 平 衡 的 環 境 中, 但 若 為 不 飽 和 空 氣 塊, 則 是 處 於 穩 定 的 環 境 中

11 氣 壓 溫 度 露 點 作 業 1. 畫 出 探 空 曲 線 2. 求 取 950hPa 之 混 合 比 3. 求 取 925hPa 之 水 氣 壓 4. 求 取 850hPa 之 相 對 濕 度 5. 求 取 500hPa 之 位 溫 6. 求 取 700hPa 之 相 當 溫 度 7. 求 取 LCL 之 高 度 8. 求 取 LFC 之 高 度