民國115年 高考三級 氣象 大氣測計學（包括傳統觀測與遙測）
第1題
請說明福衛三號或七號的掩星觀測（radio occultation）所反演出的溫度 以及濕度垂直分布與無線電探空儀（radiosonde）所取得的溫濕度觀測之…
題目
請說明福衛三號或七號的掩星觀測（radio occultation）所反演出的溫度 以及濕度垂直分布與無線電探空儀（radiosonde）所取得的溫濕度觀測之 差異，並且分析兩者的優缺點。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、觀測原理與反演流程：福衛三號（FORMOSAT-3/COSMIC）與福衛七號（FORMOSAT-7/COSMIC-2）接收導航衛星訊號，當訊號穿過大氣時量測都卜勒頻移，取得彎折角（bending angle），再經 Abel 轉換求得折射率 N。N 與氣壓 P、溫度 T、水氣壓 e 的關係為 N=77.6P/T+3.73×10^5 e/T^2。平流層水氣少，可假設為乾大氣並反演「乾溫度」；對流層下層水氣影響大，溫度與濕度無法由單一折射率唯一決定，需加入背景場或一維變分（1D-Var）先驗資訊，濕度常以比濕或可降水量形式呈現。
- 二、與無線電探空儀的差異：無線電探空儀（radiosonde）為原位（in situ）觀測，隨氣球升空直接量測氣壓、溫度、相對濕度與風，垂直解析度高，但為單點觀測，每日僅少數施放時刻，且受感測器時間常數、太陽輻射、夜間乾偏差與氣球漂移影響。掩星屬遙測，水平解析度約數百公里，垂直解析度在平流層可達約 0.1 至 1 公里，具全球、全天氣、無需現場維護的特性，但下對流層的解析度與準確度受水氣反演不確定性限制。
- 三、掩星觀測的優點：全球均勻覆蓋，尤其海洋、高山與極區；長期穩定，適合作氣候基準與資料同化；可捕捉對流層頂、平流層增溫與重力波；不受雲雨影響。缺點包括水平解析度較粗，難以解析中小尺度與邊界層細結構；低層水氣造成反演歧異；地表反射、超折射、電離層與訊號繞射會增加誤差；且無法直接提供風場。
- 四、探空觀測的優點：可直接取得溫、濕、壓、風的垂直剖面，邊界層與雲層細節佳，為數值模式與遙測驗證的重要基準。缺點是測站分布不均、海上與偏遠地區稀少、施放成本高、時間解析度低，且感測器有滯後與輻射誤差，不同廠牌與型號間存在系統性差異。
- 五、綜合分析：兩者具互補性。掩星適合全球尺度、平流層與氣候監測，並可作為探空資料同化與偏差修正的參考；探空適合局部、邊界層與劇烈天氣分析。實務上應以探空驗證掩星反演，並在掩星反演中妥善處理水氣先驗與觀測誤差協方差，避免將乾溫度誤用於低層濕大氣。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。