# Synoptic Meteorology and Weather Analysis Midterm

##### Author: @1chooo

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## 靜力平衡假設

### 何謂靜力平衡假設？試以流體靜力平衡假設推導與說明兩等壓層空氣之厚度與平均溫度之關係？冷暖心高壓系統之強度隨高度如何變化？

近地表，壓力越大，故有一向上的氣壓梯度力，當氣壓梯度力和萬有引力平衡時，我們視為靜力平衡假設。


| | 高／低壓系統 | 隨高度變化 |
| ---- | ------------ | ---------- |
| 冷心 | 高壓 | 變弱 |
| 冷心 | 低壓 | 加強 |
| 暖心 | 高壓 | 加強 |
| 暖心 | 低壓 | 變弱 |

### （兩次）何謂靜力平衡假設？試說明冷／暖心高／低壓系統之強度隨高度而變化的情形？槽線隨高度如何傾斜？為什麼？


近地表，壓力越大，故有一向上的氣壓梯度力，當氣壓梯度力和萬有引力平衡時，我們視為靜力平衡假設。

| | 高／低壓系統 | 隨高度變化 |
| ---- | ------------ | ---------- |
| 冷心 | 高壓 | 下降 |
| 冷心 | 低壓 | 上升 |
| 暖心 | 高壓 | 上升 |
| 暖心 | 低壓 | 下降 |

槽向冷區傾斜，傾斜度與溫度梯度（或斜壓度）成正比


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## 熱力圖

### 一個空氣快絕熱上升過程中，在飽和前以及飽和後下列哪些變數會如何改變？

| | 溫度 | 相對濕度 | 露點 | 飽和水氣壓 | 絕對濕度 | 混合比 | 比濕 | 位溫 | 相當位溫 | 水氣壓 |
| ------ | ---- | -------- |:---- |:---------- | -------- |:------ |:---- | ---- |:-------- |:------ |
| 飽和前 | 下降 | 上升 | 下降 | 下降 | 下降 | - | - | - | - | - |
| 飽和後 | 下降 | - | 下降 | 下降 | 下降 | 下降 | 下降 | 上升 | - | 下降 |

### （兩次）說明施放一個探空氣球（攜帶探空儀）之後，如何利用斜溫圖求得下列參數？並解釋下列各參數之意義。

| 參數 | 如何求得 | 意義 |
| -------------------:| ------------------------------------------------------------------------ | -------------------------------------------------------------------- |
| LCL 舉升凝結高度 | 地面 $T_d$ 線沿著等混合比線上升，地面 T 沿乾絕熱線之交點 | 氣塊被舉升而冷卻凝結高度 |
| CCL 對流凝結高度 | 地面 $T_d$ 沿等混和比線上升與環境溫度線之交點 | 氣塊被加熱上升，水氣凝結的高度 |
| LFC 自由對流高度 | 從 LCL 沿假絕熱線上升與環境溫度線之交點 | 氣塊被強迫抬升後到自由對流之高度，達此高度後則不須外力就可以自由上升 |
| CAPE 對流可用位能 | 氣塊沿假絕熱線上升與環境溫度線T | 考慮空氣中的水氣蒸發冷卻釋放潛熱的溫度 |
| 濕球溫度 $T_w$ | LCL 沿假絕熱下降到地面之溫度 | 水氣蒸發後所量到的溫度 |
| 相當位溫 $\theta_e$ | LCL 沿假絕熱線上升到高空與乾絕熱線平行，沿乾絕熱線下降到 1000 hPa 之溫度 | 即空氣塊內的水氣全部凝結，釋放 出潛熱來。 |

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### （三次）說明天氣圖分析中，如何判定鋒面的位置以及斜壓性大小？以系統之位移及強度變化說明槽線之移速與發展？

* 鋒面：通常會在兩個氣團之間，水平方向上溫度梯度最大的地方。
* 斜壓性大小：即重力位場和等溫線有交角 -> 斜壓，交角越大，斜壓性越大。


### 何謂地轉平衡？何謂地轉風？說明熱力風的意義以及適用之條件？

| | 意義 | 適用之條件 |
| ------ | ---- | ---------- |
| 地轉風 | 科氏力與氣壓梯度力兩者近似平衡，且風向平行於等壓線 | 科氏力與氣壓梯度力兩者近似平衡 |
| 熱力風 | 高層地轉風 - 低層地轉風，且風向平行於等溫線，大小與溫度梯度成正比| 大氣為斜壓大氣 |

### （兩次）請以溫度露點隨高度分佈圖繪製 3 種逆溫情況（鋒面、輻射、沉降），並說明其發生的環境。（圖須標示高度）

* 鋒面逆溫：冷、暖鋒相遇時，暖鋒向上爬上冷鋒上方，造成下層空氣冷、上層空氣暖的逆溫現象。

* 輻射逆溫：冬天晴朗無雲無風的夜晚，地表所發散輻射不會被雲吸收，所以散熱快，地表附近溫度低，所以造成輻射逆溫發生。

* 沉降逆溫：高空中，因為沈降作用造成絕熱增溫，使得某一層空氣升溫，此時相對濕度降低，造成溫度線跟露點溫度線岔開的結果。

### K 指數之定義如下：$KI = T_{850} + T_{d850} - (T_{700} - T_{d700}) - T_{500}$ 說明 K 指數各項代表之物理意義。為何可以用 K 指數來判斷雷雨發生之可能性？
K 指數的定義為 $K =（T_{850} - T_{500}）+ T_{d850} -(T_{700} - T_{d700})$
K 指數計算式中第一項表示溫度直減率，第二項表示低層水汽條件，第三項表示中層飽和程度。

因此K指數可以反映大氣的層結穩定情況。

### 解釋以下常見氣象名詞，詳細說明大環境條件以及天氣狀況：

| 常見氣象名詞 | 大環境條件 | 天氣狀況 |
| ------------------------------ | ---------- | -------- |
| 寒流／大陸冷高壓／東北季風增強 | 冷空氣快速南下 | 氣溫急劇下降 |
| 高壓迴流 | 大陸冷高壓出海後，高壓中心繼續向東移動 | 天氣較為穩定，擴散條件不佳，影響臺灣地區之環流風場轉成東風至東南風。 |
| 海陸風環流 | 海陸交界地區，由於地表和海洋對熱量的吸收與散失速度不同，形成的局部風系 | 白天，陸地受熱後，上升的熱氣形成低氣壓，吸引海上涼爽的空氣流入，形成海風；晚上，陸地散熱較快，形成高氣壓，吸引陸地的冷空氣流向海上，形成陸風 |
| 雲街現象 | 極冷的空氣碰到相對溫暖的海水，底部的空氣被加溫，開始產生垂直運動對流 | 可以用來預測風向、風速和不穩定天氣。 |
| 輻射冷卻 | 在晴朗無雲的夜晚，地表向外空間散發熱量的過程 | 地表散熱速度會更快，導致氣溫下降。 |

### 說明下列這些天氣系統之水平、垂直空間尺度以及時間尺度之特徵。

| 天氣系統 | 水平空間尺度 | 垂直空間尺度 | 時間尺度 |
| -------- | -------------- | ------------ | -------- |
| 熱帶氣旋 | 數百公里 | 十公里 | 十天 |
| 溫帶氣旋 | 數百至一千公里 | 十公里 | 十天 |
| 鋒面 | 數百公里 | $10^3m$ | 數天 |
| 雷暴雨 | $10^3m$ | $10^4m$ | 數十分鐘 |
| 龍捲風 | 一百公尺 | $10^3m$ | 十分鐘 |


### 說明靜力不穩定與潛在不穩定之特性，發生條件以及動力機制。

* 靜力不穩定：


* 潛在不穩定：

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### 大尺度之天氣系統一般可以滿足 hydrostatic assumption，試說明其依據之理由為何？試分別舉例並說明（理由及其尺度）那些天氣系統屬於 hydrostatic and non-hydrostatic regime？

大尺度的系統，水平尺度比垂直尺度大很多，所以垂直加速度對整個系統而言微不足道。

| | 舉例 | 尺度 | 理由 |
| ------------------ | ------ |:-------- | -------------------- |
| hydrostatic regime | 鋒面 | 數百公里 | 垂直加速度可忽略不計 |
| non-hydrostatic | 龍捲風 | 一百公尺 | 垂直加速度劇烈 |

### 說明高空噴流入區與出區的地轉偏差風，輻合輻散區以及可能的天氣分佈。

* 流入區：產生輻合，氣流在水平上匯聚，輻合區通常與較強的上升氣流相關，導致雲和降水。
* 流出區：產生輻散，氣流在水平上擴散，導致空氣下沉，抑制雲和降水發生。

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## 圖題
很多都是圖的題（應該會換吧！），所以以下放有出過圖問的資訊。

### 畫槽縣

### 高壓迴流

### 焚風機制

### 大氣穩定度

### 逆溫

### 環境溫度與露點溫度隨高度變化的特性及成因

### 對流線

### 天氣型態

### 畫探空圖

#### LCL
#### LFC
#### CCL
#### 位溫
#### 相對濕度
#### 相當位溫
#### 濕球溫度
#### CAPE