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4題
請比較杯式風速計（cup anemometer）與超音波風速計（ultrasonic anemometer）在量測原理、反應速度與觀測限制上的差異。（20 分）
題目
請比較杯式風速計（cup anemometer）與超音波風速計（ultrasonic anemometer）在量測原理、反應速度與觀測限制上的差異。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、杯式風速計原理：風杯受風力產生扭矩，轉速與風速呈近似線性關係，經出廠校正轉換為風速。其起動風速（threshold）約 0.3 至 1 m/s，距離常數（distance constant）通常為數公尺，表示風速改變後轉子追上所需空氣路徑。
- 二、超音波風速計原理：利用三對或兩對超音波換能器，量測順風與逆風方向聲波傳播時間差，由時間差推算風速分量；三維型可同時得 u、v、w 與聲虛溫。無機械轉動件，可量測極低風速與垂直風。
- 三、反應速度比較：杯式因轉子慣性與距離常數，時間解析度較低，陣風與湍流高頻變化易被平滑；超音波取樣頻率可達 10 至 50 Hz 以上，反應快，適合渦流協方差、風切與陣風研究。杯式在陣風中可能出現過速（overspeeding）現象，超音波則無機械慣性問題。
- 四、觀測限制：杯式受軸承磨損、結冰、汙染與安裝傾斜影響，且對垂直風與非水平風有餘弦響應誤差；超音波受塔架與感測器本身流場畸變、換能器遮蔽、雨雪與結冰影響，需做溫度與濕度修正，設備成本、耗電與維護較高。兩者皆需良好曝露與定期校正。
- 五、選用建議：作業級氣候網與一般風速監測常用杯式，因其堅固、便宜、長期運轉成熟；研究級邊界層、機場風切、湍流與三維風觀測則優先採超音波。若比較兩者，應在相同高度與曝露條件下並行比對，並依距離常數、取樣頻率與不確定度需求選擇。
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。