大氣、天氣與颱風

本關重點

• 大氣依溫度隨高度的變化分成對流層、平流層、中氣層、增溫層；氣壓隨高度一路遞減。
• 飽和水氣壓隨氣溫升高而變大；相對濕度＝實際水氣壓 ÷ 飽和水氣壓 × 100%。
• 露點：水氣量不變時，空氣降溫到剛好飽和的溫度；低於露點就凝結成露、霧、雲。
• 空氣上升膨脹而降溫，降到露點以下就成雲致雨。
• 風由氣壓梯度力、科氏力、摩擦力共同決定；北半球近地面低壓逆時針向內旋入。
• 颱風需要溫暖海水；颱風眼風弱、眼牆風雨最強；路徑常受太平洋高壓導引。

核心觀念

一、大氣的垂直結構

對流層的溫度大約每上升 100 m 下降 0.5–0.6 °C。臺灣的氣象站資料就能看到：臺北年均溫 23.3 °C，海拔約 3845 m 的玉山只有 4.4 °C。氣壓則因上方空氣越來越少，隨高度一直遞減。

二、水氣、濕度與露點

空氣能容納的水氣有上限，用飽和水氣壓表示，它只由氣溫決定：氣溫越高，上限越大，而且是越來越快地變大。

• 絕對濕度：單位體積空氣中實際含有的水氣量。
• 相對濕度：實際水氣壓 ÷ 該氣溫的飽和水氣壓 × 100%。水氣量不變時，氣溫上升 → 相對濕度下降；氣溫下降 → 相對濕度上升。
• 露點：在圖上從「實際水氣壓」畫水平線，碰到曲線那一點的溫度就是露點。露點越高，代表空氣越潮濕。
• 乾濕球溫度計：濕球外包濕紗布，水分蒸發吸熱使濕球溫度較低；空氣越乾燥，蒸發越快，乾濕球溫差越大。

清晨的露水、冬天車窗起霧、冰飲料杯「流汗」，都是物體表面讓空氣降到露點以下的結果。

三、雲是怎麼形成的

空氣上升時，周圍氣壓變低，空氣膨脹、溫度下降。降到露點以下，水氣凝結在空氣中的微粒（凝結核）上，形成雲。讓空氣上升的方式有：地面受熱的對流、沿山坡爬升（地形抬升）、冷暖氣團交會的鋒面、低氣壓的輻合。

四、風的三種力

1. 氣壓梯度力：由高壓指向低壓，等壓線越密集，力越大、風越強。這是風的「起動力」。
2. 科氏力（Coriolis force）：地球自轉造成的偏向效果，北半球向右偏、南半球向左偏，只改變方向、不改變快慢。
3. 摩擦力：近地面才明顯，使風速變慢。

高空摩擦力很小，氣壓梯度力與科氏力平衡，風與等壓線平行，稱為地轉風。近地面因摩擦，風斜穿等壓線吹向低壓。所以北半球近地面：低壓逆時針向內旋入、空氣上升易成雲雨；高壓順時針向外旋出、空氣下沉多晴朗。

五、天氣圖與颱風

天氣圖上的等壓線、高低壓中心、鋒面符號，加上衛星雲圖，是判斷天氣的基本工具。臺灣 5–6 月的梅雨，常是滯留鋒面帶來的連續降雨。

颱風是發生在熱帶海洋上的強烈低氣壓。生成條件包括：溫暖的海水（約 26.5 °C 以上）提供大量水氣與能量、足夠的科氏力讓空氣旋轉（所以很少在赤道附近生成）、高低空的風向風速差異不大。

颱風的結構由內而外是颱風眼（下沉氣流、風弱雲少）、眼牆（最強的上升氣流與風雨）、螺旋雨帶。颱風中心通過時，測站會看到氣壓降到最低、風速出現「強 → 弱 → 強」的變化。颱風的移動常受太平洋高壓導引，沿著高壓的邊緣走；高壓強而西伸時颱風容易往西，高壓減弱東退時颱風容易提早北轉。

素養怎麼考

• 飽和水氣壓曲線：算相對濕度、讀露點、解釋凝結現象（學測曾直接考這條曲線）。
• 測站資料：海拔與氣溫、颱風通過時的氣壓與風速時間序列。
• 天氣圖判讀：給等壓線與某點位置，推風向與風力強弱。
• 颱風路徑潛勢與太平洋高壓：依高壓位置推論路徑變化。

真題考法對照（用自己的話描述，不轉貼原題）

• 115 學年度學測第 4 題：飽和水氣壓曲線上標出四個狀態點，把冷飲罐、溫泉、電暖器等生活情境對應到「點往哪個方向移動」。
• 113 學年度學測第 30、34 題：判斷哪些過程不會讓水氣凝結（空氣下沉、過山下坡）；題幹給上升空氣的降溫率與露點變化率，推算雲底高度，數值都由題幹提供，不需要背。
• 112 學年度學測第 6 題：乾、濕球溫度相同代表空氣已飽和，再比較兩地的水氣含量。
• 115 學年度學測第 6 題、114 學年度學測第 44–46 題：颱風通過時的氣壓與風向變化、太平洋高壓的導引；用氣溫或氣壓隨高度的平均變化估計所在高度，並選出颱風中心通過時的氣壓曲線。

解題技巧

1. 濕度題先寫公式：相對濕度 ＝ 實際 ÷ 飽和，確定分子分母再代數字。
2. 露點用水平線：從水氣壓值往曲線畫水平線，交點的溫度就是露點。
3. 風向三步驟：先畫氣壓梯度力 → 北半球向右偏 → 近地面再往低壓斜一點。
4. 風向命名看「從哪裡來」：往東北吹的風叫西南風。
5. 時間序列圖找對應：氣壓最低 ≈ 中心最近；風速的兩個高峰 ≈ 眼牆通過。

常見陷阱

• 以為降溫會讓相對濕度變低（其實是變高）。
• 以為相對濕度 100% 是「空氣全是水」。
• 只用氣壓梯度力判斷風向，忘了科氏力或摩擦力。
• 以為颱風眼風雨最大（其實眼牆才是）。
• 以為臭氧層在中氣層（其實在平流層）。

BOSS 戰

延伸閱讀與資料來源

• 中央氣象署：每月氣候統計（1991–2020 平均值）：測站海拔與年均溫（政府資料開放授權條款第 1 版）
• 中央氣象署：颱風百問：颱風結構、生成條件與路徑（政府網站資料開放宣告）
• NOAA/NWS：Vapor Pressure Calculator：飽和水氣壓計算（美國聯邦政府公有領域）
• 十二年國教課綱 自然科學領域（國家教育研究院）：EFa、EIb、EMd 學習內容（公開閱覽）