#11 大氣觀測

更新於 發佈於 閱讀時間約 5 分鐘

百葉箱

圖片來源: 網路
設計特性
  • 箱子內外是空氣流通的,且會盡量保持通風良好的狀態
  • 箱子外觀漆成白色的: 用以反射太陽光,避免輻射熱干擾
  • 離地架高約1.25~1.5公尺: 避免來自地面輻射熱干擾
  • 放置百葉箱的觀測坪範圍通常會種植草坪以減少日光的反射

*溫度計

溫度計的靈敏度和盛裝液體的球容積大小與管截面積有關,當球容積大且管截面積小,則溫度計靈敏度較高(因為根據毛細現象液柱上升高度公式,管徑與液柱上升高度成反比)
溫度計的設計原理為利用液體熱脹冷縮的物理特性
  • 最高溫溫度計
  1. 盛裝汞(水銀)
  2. 採橫放觀察
  3. 水銀柱底部的通道狹窄的設計,水銀受熱會膨脹擠過瓶頸,遇冷後則因表面張力較大,毛細現象明顯而於瓶頸處與球容積處的水銀被拉斷,因此形成只能上升不能下降的現象,所以能記錄最高溫
  4. 欲再次觀測時只要將最高溫溫度計甩一甩或直放,利用加速度或地心引力將水銀擠回水銀球中即可
  • 最低溫溫度計
  1. 盛裝酒精
  2. 溫度計管頂有一個填裝有少量空氣的膨脹室,目的是要藉由氣壓減低酒精的蒸發
  3. 溫度計內有一個為了減少與酒精之間的摩擦力而設計成兩端為球狀,中間為細棒狀的指標計
  4. 管徑較水銀溫度計(最高溫溫度計)大
  5. 當酒精受熱膨脹時,指標棒不會移動,酒精欲冷收縮時,酒精柱凹面的表面張力及附著力會將指標拖曳而行,使得指標隨著酒精凹面而下降
  6. 欲再次觀測時只要將最低溫溫度計直放,利用地心引力使酒精和指標棒沉降即可
圖片來源: https://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/weather/instrument1.htm / 文字解釋:Wendy

太陽輻射觀測

  • 蒸發皿
  • 直達日射計
  • 太陽追蹤計
  • 日照計
  • 全天日射計

降水量觀測

  • 降水量:指一定時間內累積在平面上的降水,且無蒸發、流失、滲透等減損的情況下,所量測到的雨水累積量(即量測雨量筒中與水累積的深度,單位為毫米)
  • 工具: 雨量筒、雨量儀
  • 傳統雨量筒設計原理: 由內筒跟外筒所組成的工具,內筒中有一特製的量雨尺(刻度計),透過集雨斗將雨水導入內筒並判讀刻度數據,當雨量過大雨水外溢到外筒,則先將內筒的水量測完後,再將外筒的水倒入內筒測量,並將兩者數值相加
  • 傾斗式雨量儀: 由感測器和信號紀錄器組成的遙測儀器,感測器會連接在集雨斗上,利用集雨斗盛接雨水,當雨水累積到一定刻度會因傾斗失去平衡而翻倒,紀錄器則會記錄傾倒的資訊,因此可以整個記錄降雨過程的雨量

*濕度觀測

  • 工具: 乾溼球溫度計
  • 外觀: 為兩隻並排的溫度計,乾球溫度計就是一般的溫度計,濕球溫度計則是包上濕紗布的溫度計
  • 設計原理: 當水分蒸發時會從環境中吸收淺熱,所以量測到的環境溫度會下降,因此觀濕球溫度計的溫差可以顯示相對濕度的大小。當環境相對濕度大,則水氣不易蒸發,濕球溫度計降溫幅度小,與乾球溫度計溫差也較小;當環境相對濕度小,則水氣容易蒸發,濕球溫度計降溫幅度大,與乾球溫度計溫差也較大

氣壓觀測

  • 空盒氣壓計: 盒體外觀上有一組指針和壓力指示盤,空盒內則有一組金屬槓桿傳動裝置與指針相連,且盒內處於真空狀態,當大氣壓力改變時,金屬槓桿裝置會由於氣壓改變而出現彈性位移,由於金屬槓桿傳動裝置與指針相連,所以指針的偏轉可以用來指示大氣壓力的變化
圖片來源https://www.newton.com.tw/wiki/%E7%A9%BA%E7%9B%92%E6%B0%A3%E5%A3%93%E8%A1%A8

能見度觀測

  • 工具:能見度儀
  • 設計原理:利用發射器發射紅外光脈衝,再透過接收器接收紅外光脈衝,定進行數據分析,因為當發射器的紅外光脈衝透過空氣為介質傳到接收器的過程中,空氣中的水氣、塵埃等都會使紅外光脈衝的能量被減弱,因此可以利用能量被減弱的程度概估能見度

*氣象雷達

  • 原理:透過都卜勒效應來偵測水氣的多寡、接近或遠離
都卜勒效應&水氣觀測
  • 雷達的應用
  1. 垂直掃描: 用來了解雷雨胞內部的結構
  2. 水平掃描: 用來推估水氣距離測站多遠、單位半徑內水氣量多寡、單位半徑內水氣的分布

*氣象衛星&雲的觀測

  • 工具: 地球同步衛星、繞極軌道衛星
  1. 地球同步衛星: 又稱作「地球靜止衛星」,因為衛星繞地球一圈的周期和地球自轉的速率一樣,所以衛星看起來就像一直在地表某地的上方,所以能提供特定地區的連續觀測,但是軌道面距離地表較遠,所以影像沒有遶極衛星來得細緻
  2. 繞極衛星: 又稱作「太陽同步衛星」,因為此種衛星的繞行軌道經過南北兩極,所以軌道面和太陽照射地表的角度面是固定的,加上軌道面距離地表較近,因此相較於同步衛星,影像較細緻,可以彌補同步衛星的不足
  • 雲圖
  1. 可見光衛星雲圖:藉由雲反射可見光的能力推估雲的厚度,白=雲厚(反射率高)
  2. 紅外線衛星雲圖:藉由紅外線測溫度去推估雲的高度,亮=高度高(溫度較低)、暗=高度低(溫度較高)
  • 雲的觀測: 雲屬(四族十屬)、雲量(雲量八分表示法)、雲幕、雲高
PS: 雲的觀測可以搭配《大氣現象---雲、霧、雪》這一篇的筆記複習喔!

風向風速觀測

取瞬間值與平均值來縮小誤差
  • 風杯風速計&風向計
風杯風速計&風向計
  • 電子式螺旋槳風向風速計
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你也是正在準備民航特考飛航管制科的考生嗎? 你是否對於航空氣象學毫無準備頭緒呢? 通過民航特考後的Wendy希望能透過這份筆記的分享幫助到正在備戰的你! 這是我學完、研讀完四份不同的教材資源後的心血結晶,它也擁有在國考中航空氣象學科目拿了超過90分的高分認證!
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最後一個要介紹的天氣現象是積冰,雖然對於身處亞熱帶國家的我們來說可能有一點陌生,但是每當冬天到來,當地面或山上可以看見些微結冰的時候卻總讓人驚艷,這一章節會來介紹一些和積冰有關的知識。
雷暴與亂流都是屬於劇烈的天氣現象,變化莫測的它們天空中的航機或地面的人們都會造成一定的影響,這個章節將會帶你對他們有更深一層的認識。
看完了中尺度大氣現象後,接下來的章節會分述一些大氣現象,最先登場的是雲、霧、雪,我們在生活中對於這三種大氣現象一定不陌生,所以我們來看看如何將已經學過的大氣知識結合與應用於生活中吧。
已經建構好基本關於大氣運動的那些物理概念後,接下來我們就要來看看如何將這些概念運用在中尺度的大氣現象上囉!
這一篇會以物理的角度談論大氣運動,雖然有很多專有名詞和知識概念,不過卻也是整篇個專欄筆記說明圖片量偏高的一篇,透過簡單明瞭地作圖,能讓你快速掌握與吸收這些物理觀念!
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