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科學實驗室 / 地球科學
地球科學實驗

逆溫層與空氣品質

夜裡地面輻射冷卻,上暖下冷的逆溫層像鍋蓋一樣罩住城市,廢氣越積越濃。調太陽加熱與逆溫強度,看混合層高度如何決定今天是好天還是紫爆。
t = 0.00 s

地面污染濃度變化

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

太陽加熱(地面增溫)
逆溫層底部高度
逆溫強度(層內增溫)
情境預設

空氣品質觀測

混合層高度
m
地面污染濃度
相對
空品等級
地面氣溫
°C

畫面符號圖例

  • — 環境溫度線、--- 上升氣塊線
  • 逆溫層:氣溫隨高度「上升」的層(把污染物壓在底下)
  • 混合層頂:污染物向上擴散的上限高度

實驗任務

  1. 鍋蓋效應:用「冬季清晨」預設跑幾小時:地面沒加熱、低空有強逆溫, 混合層只剩一兩百公尺,廢氣全被壓在裡面、濃度一路飆升——左圖氣塊曲線(橘虛線) 一起步就比環境冷,根本升不上去。
  2. 太陽打破鍋蓋:維持逆溫設定,慢慢把太陽加熱調大。地面氣塊變暖變輕, 混合層升高、濃度開始下降。需要加熱幾度才能「頂穿」逆溫層?這就是午後空品常變好的原因。
  3. 逆溫的高度很重要:同樣強度的逆溫,放在 200 m 與 1200 m 差多少? 記錄兩種情況的混合層高度與濃度,理解「污染物被關在多大的箱子裡」才是關鍵。
  4. 連結真實:台灣中南部冬季清晨常見輻射逆溫+盆地地形,PM2.5 容易累積到紫爆; 想想為什麼大型空污事件(如 1952 倫敦煙霧)多發生在「冬季、無風、高壓籠罩」的日子。

模型與假設

混合層:地面受熱的氣塊沿乾絕熱線(−9.8°C/km)上升,升到比環境空氣冷的高度就停—— 這個高度(混合層頂)決定污染物能被稀釋到多大的體積。
逆溫層:溫度隨高度「不降反升」的氣層,氣塊一進去立刻比環境冷、被壓回去, 像鍋蓋一樣蓋住垂直擴散。夜間輻射冷卻(地面先冷)是最常見的成因。
簡化:環境直減率固定 6.5°C/km、逆溫層厚 300 m;濃度模型只含「排放 ÷ 混合層體積」 與線性通風,未含水平風場、化學反應與地形效應;濃度為相對值,非真實 AQI。