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上Ch.4 大氣和海洋的變動 (大氣變化 (風 (影響空氣流動的力 (科氏力 ((Link Title, 風速越快科氏力越大,…
上Ch.4
大氣和海洋的變動
大氣變化
風
影響空氣流動的力
科氏力
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風速越快科氏力越大
在大尺度的運動系統中科氏力才較顯著
因地球自轉,使空氣運動時會產生一個假想的偏向力
緯度越高科氏力越大
科氏力永遠垂直於空氣的運動方向
北半球科氏力使空氣朝原前進方向的右側偏;南半球科氏力使空氣朝原前進方向的左側偏
摩擦力
陸地摩擦力較大,
海洋摩擦力較小
氣壓梯度力
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等壓線越密集,氣壓梯度力越大
氣壓梯度力垂直等壓線,使空氣由高壓向低壓移動
氣壓梯度:單位距離內的氣壓差值
地轉風與近地表的風
地轉風
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流動方向:平行等壓線
離地1公里以上的高空風
空氣最初因氣壓梯度力開始流動,流動後科氏力隨即作用在空氣上,且始終垂直空氣前進方向,當氣壓梯度力與科氏力達靜力平衡時,風向平行等壓線
受力:氣壓梯度力+科氏力
近地表的風
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靠近地表1公里以內的風
受力:氣壓梯度力+科氏力+摩擦力
流動方向:與等壓線有一小夾角,約15~25度
近地面的風受摩擦力影響使風速減慢,當三力達平衡時風向與等壓線有一夾角
空氣在垂直與水平方向的受力 :
水平
主要受力:水平向氣壓梯度力、科氏力、摩擦力
空氣會從高壓處往低壓處移動
垂直
一般不太劇烈
主要受力:垂直向氣壓梯度力、重力
北半球高低壓系統
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低氣壓(氣旋)
高空水平向空氣流動:順時針輻散
中心垂直向空氣流動:上升
天氣:陰雨
地面水平向空氣流動:逆時針輻合
高氣壓(反氣旋)
中心垂直向空氣流動:下沉
天氣:晴朗
高空水平向空氣流動:逆時針輻合
地面水平向空氣流動:順時針輻散
天氣系統
鋒面
鋒面上會有垂直方向的空氣運動,常伴有濃密雲層與降水現象
影響台灣的鋒面
冬季:冷鋒
春末夏初:滯留鋒
兩個不同溫度、濕度的氣團交界面
囚錮鋒的分類
暖囚錮鋒
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冷囚錮鋒
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氣團
氣團性質受發源地影響,範圍廣達數千公里,當溫度與濕度不同的兩個氣團相遇時,不會輕易混合
溫度、濕度與密度相近的一大團空氣,天氣圖上為高壓系統
影響台灣的氣團
冬季:西伯利亞大陸冷氣團
夏季:太平洋暖氣團
鋒面的分類
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成雲致雨
空氣垂直上升的方法
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輻合作用:地面低壓中心輻合
鋒面抬升:暖空氣密度較小,會沿鋒面抬升
對流舉升:因地面加熱而形成
地形抬升:空氣沿地形上升
空氣的絕熱膨脹冷卻與絕熱壓縮增溫
絕熱膨脹冷卻:空氣塊上升時,外界環境的氣壓降低,使空氣塊體積膨脹,而溫度下降
絕熱壓縮增溫:空氣塊下降,外界環境的氣壓增加,使空氣塊體積壓縮,而溫度上升
乾絕熱與濕絕熱過程
乾絕熱過程:若空氣塊在上升或下降過程中,內部的水無相變。一般來說,每上升或下降1公里,空氣塊降溫或增溫9.8°C
濕絕熱過程:若空氣塊在上升過程中,發生水的相變。
濕絕熱的降溫或增溫率會因空氣塊溫度不同而異。一般來說,濕絕熱降溫率大多介於4~7°C/公里。
成雲的條件:水氣達飽和、有凝結核
大氣能量傳送
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低緯地區:淨輻射量為正,使溫度升高
高緯地區:淨輻射量為負,使溫度降低
太陽對不同緯度的地表加熱強度不一以及地表紅外線輻射的不均,會導致大氣運動
大氣與海洋運動會輸送能量,達到能量收支平衡
水的三相變化、飽和與相變
相對濕度與露點溫度的測量
乾溼球溫度計
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乾球:測量氣溫
濕球:溫度會小於等於乾球溫度
相對濕度
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露點溫度
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相對濕度與露點溫度
相對濕度
日常生活常用相對濕度表示大氣潮濕程度
定義:定溫下,定量空氣中的實際水氣壓(e)與飽和水氣壓的百分比
露點溫度
壓力與水氣含量皆不變動的狀態下,降溫至恰好飽和時的溫度
飽和與飽和水氣壓曲線圖
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使未飽和空氣達飽和方法:降低溫度、增加水氣
飽和水氣壓:定溫下定量空氣中的水氣含量,超過一定值就開始凝結,此時的水氣壓值
濕度:大氣中水氣含量
水的三相變化
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潛熱:因水相態改變
而吸收或放出的熱
海水的運動
洋流
行星風系
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水團與溫鹽圖
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溫鹽圖用途:了解水團特性、追蹤水團的演變
水團定義:溫鹽性質相似的一團水
海洋中凡溫鹽曲線非常相似的範圍,就是同一水團
分類
溫鹽環流
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流動方向:水平與垂直
成因:海水密度出現差異引起的洋流流動
風吹環流
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成因:風吹拂海面帶動海水流動
流動方向:水平
海水運動形式
潮汐
運動方向:垂直
星球的引潮力造成海面週期性升降的現象
波浪
運動方向:垂直
表面海水的水分子做上下方向的圓形或橢圓形運動
海流
運動方向:水平+垂直
海水因密度變化產生相當大規模流動
運動方向:水平
海水大規模往特定方向流動的現象
台灣冬夏兩季的海流
冬季
主要海流:黑潮、中國沿岸流
夏季
主要海流:黑潮、台灣海峽暖流
波浪
波浪改變海岸地形
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波浪前進方向一般會垂直於等深線
波高越大能量越大
區域現象:海灣、岬角
海底等深線鬆散顯示坡度平緩;海底等深線密集顯示坡度陡峭
沿岸流與突堤效應
沿岸流
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常挟帶漂沙,為海岸地帶搬運沉積物的主要營力
突堤效應
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由於海堤突出於海岸,阻擋原先沿岸流之路徑,造成飄沙於上游堆積,下游則因飄沙量減少,海岸受蝕
波浪概論
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特性
深度越深水分子運動的圓周越小
風越大,波長越長
波浪前進時,水分子不前進
水分子進行上下方向的圓形或橢圓形運動
成因:風吹拂海面、海面氣壓變化、海面或海底地層劇烈震動等,最常見的是風浪
區域分類
深水波海域
淺水波海域
特殊類型:湧浪、海嘯、瘋狗浪
潮汐
潮汐種類
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半日潮:半天完成一潮汐週期,約12小時25分鐘
全日潮:一天完成一潮汐週期,約24小時50分鐘
太陽與月球造成的潮汐現象
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大潮:一個月中潮差最大的日子
天體位置:日地月三者排成直線
日月引潮力:最大
農曆初一、十五左右
小潮:一個月中潮差最小的日子
天體位置:日地月三者排成90度
日月引潮力:最小
農曆初七、二十二左右
引潮力與潮汐現象
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滿潮或高潮:潮汐上升到最高水位時
引潮力:星球間引發海水垂直震盪的作用力
乾潮或低潮:潮汐下降到最低水位時
潮差或潮高:高潮與低潮的水位差
潮間帶:高潮與低潮間的海岸地帶
潮汐週期:高潮到低潮到高潮(或是低潮到高潮到低潮)所需時間
潮汐:地球自轉時,海水呈現週期性升降的現象
暴潮
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暴風來襲,風力增強、大氣壓力下降導致水位上升,俗稱海水倒灌
聖嬰現象
正常年
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太平洋赤道東邊斜溫層深度淺,湧升流旺盛,海面水溫低,營養鹽豐富,形成漁場
高壓籠罩,氣候乾燥
赤道海域盛行東風
聖嬰年
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海溫上升導致氣壓下降,氣候變潮濕多雨
赤道暖水東移,斜溫層深度變深,東太平洋湧升流減弱或消失,導致漁獲減少
原本盛行東風減弱
近岸潮流與海岸環境
潮波
潮汐是波長很長的波動,水從高水位滑到低水位即形成潮波
漲潮流:與潮波前進方向相同的潮流
退潮流:與潮波前進方向相反的潮流
台灣的潮波與漲退潮流
台灣的潮流:漲(退)潮流始於東岸,北邊逆(順)時鐘方向繞過台灣進入(流出)海峽;南邊順(逆)時鐘方向繞過台灣進入(流出)海峽
台灣的潮波:始於東岸,分開兩股,北(南)股逆(順)時鐘方向繞過台灣進入台灣海峽,在台中海域會合