📚 適用對象：大氣科學系學生、地科奧林匹亞、學測/指考地科

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🎯 核心概念：等壓面變化、熱力學、大氣動力學
「學生問我一道超經典的氣象題：『晴朗炎熱的下午，探空氣球發現1000百帕等壓面高度竟然比早上還低？不是熱膨脹應該讓所有高度上升嗎？』
這個問題看似違反直覺，其實是『熱膨脹推高』和『地面氣壓拉低』兩股力量在打架！今天就用『空氣大樓』的比喻，帶你一次搞懂背後的物理機制。」

E) 34. 右圖為某測站於某日早晨 6 點施放探空氣球，測得高空 1000 百帕和 900 百帕兩等壓面距地面高度的示意圖。如果當日為晴朗炎熱的好天氣，於下午 14 點再施放一次探空氣球探測上述兩等壓面，並與早晨的舊資料比較，則兩新等壓面在高度和彼此間距上最可能有何改變？

選項 (A) (B) (C) (D) (E)
1000 百帕等壓面距地面高度 不變 升高 降低 不變 降低
900 百帕等壓面距地面高度 不變 不變 降低 升高 升高
二等壓面的間距 不變 增大 減小 增大 增大

 

【氣象學難題】晴朗炎熱午後，為何1000百帕等壓面高度不升反

 

詳解:

為何晴朗炎熱的白天，近地面的等壓面高度不升反降？

在一個晴朗炎熱的夏日午後，我們知道空氣會受熱膨脹。直覺上，我們可能會認為大氣層會因此向上「推」，使得所有等壓面（氣壓值相同的水平面）的高度都跟著上升。然而，實際觀測的結果卻有些出人意料：最靠近地面的 1000百帕 (hPa) 等壓面，其高度通常不變，甚至會稍微下降。這背後的原理，其實是兩種不同力量相互抗衡的結果。

為了理解這個現象，我們可以將大氣層想像成一棟「空氣大樓」，而不同的等壓面（如1000 hPa、900 hPa）就是這棟大樓的不同樓層。

力量一：熱膨脹效應 —— 樓層本身變高了

當白天太陽加熱地表，整層空氣柱會因溫度升高而膨脹。在氣象學中，這代表著兩個等壓面之間的「厚度」增加了。

  • 效果：空氣的熱膨脹，會讓這棟「空氣大樓」的每個樓層都變得更高。例如，1000 hPa 到 900 hPa 之間的距離（厚度）必定會增加。這個效應會將較高的樓層（如900 hPa）明顯地向上推升。

力量二：地面氣壓下降 —— 整棟大樓的地基下沉了

在真實的天氣中，晴朗炎熱的午後，地面氣壓多半會略微下降（約1–2 hPa）。這主要由以下幾個因素造成：

  • 熱低壓效應：地面受熱後，空氣變輕，導致局部壓力降低。[1][2]

  • 大氣潮汐：如同海洋潮汐，大氣也會受到太陽引力的影響，在特定時間出現氣壓的規律性下降。[3]

  • 邊界層空氣發散：近地面的熱空氣水平散開，也會促使氣壓降低。

這個地面氣壓的下降，就像是整棟「空氣大樓」的地基整體下沉了。

  • 效果：一旦地基（地面氣壓）下降，所有樓層（等壓面）的絕對高度都會跟著向下移動。最靠近地基的1000 hPa 樓層，對這種「下沉」最為敏感。根據經驗，地面氣壓每下降 1 hPa，1000 hPa 等壓面的高度大約會下降 8–10 公尺。

最終結果：兩種力量的拉鋸戰

這兩種力量同時作用，決定了每個「樓層」的最終高度：

  1. 1000 hPa 高度（近地面樓層）：不變或微降

    • 雖然熱膨脹試圖將它「向上推」，但地面氣壓下降的「向下拉力」更為顯著，兩者作用的結果往往是相互抵銷或向下拉力略佔上風。因此，它的高度幾乎不變或稍微下降。

  2. 900 hPa 高度（較高樓層）：仍然上升

    • 對於較高的樓層，雖然也受到地基下沉的影響，但下方整個「1000-900 hPa」氣層的熱膨脹效應（厚度增加）非常強烈。這個巨大的向上推力，遠大於地基下沉的影響，所以最終高度仍然是上升的。

  3. 1000–900 hPa 厚度（樓層間距）：必定增大

    • 無論各個樓層的絕對高度如何變化，它們之間的距離（厚度）增加是氣溫升高的直接物理表現，這一點是不會改變的。

總結來說，晴朗炎熱的白天，近地面等壓面高度之所以不升反降，是因為地面氣壓下降造成的「整體下沉」效應，抵銷了單純由熱膨脹引起的「向上推升」效應。

 

 

  

## 常見問題
### Q: 為什麼氣溫升高，1000hPa等壓面反而下降？
### Q: 如何判斷不同等壓面的高度變化？
### Q: 這個觀念在哪些考試中會出現？