學位論文
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Item 2020年梅雨季前段極端降雨事件之原因及多重尺度交互作用分析(2024) 邱彥超; Chiu, Yen-Chao本研究調查了2020年5月21日至23日，臺灣地區所經歷的一次破42年梅雨季紀錄之極端降水事件（Y20R事件）。此次降水事件的成因主要與多個天氣系統之間的交互作用有關。2020年梅雨季前段，西北太平洋副熱帶高壓異常強大，導致西南季風顯著增強，從而加強了南海與中南半島一帶往東亞地區的水氣傳輸。在強烈的季風影響之下，於青藏高原東南側形成的西南渦（SWV）向臺灣方向移動。當SWV通過臺灣北側海面時，它提供了臺灣附近的潮濕渦旋環境，其底層的西北風與西南季風在臺灣海峽中部匯合，形成了有利於鋒面生成的動力和熱力條件，進而增強了海峽上的鋒面活動。這一過程中，SWV的位置則會影響鋒面生成的位置，而鋒面的位置又對降水強度影響甚大，當鋒面位於臺灣南部雨區的北側時，會顯著增加該地區的降水量。最後，觀測系統模擬實驗的結果顯示，在預報系統中加入南海北部的投落送資料可以提升對南海地區風場和水氣場的初始條件，從而改善臺灣，尤其是臺灣南部地區的強降水預報能力。本研究對理解臺灣梅雨季降水的形成機制以及大尺度背景場(2020年環境場)和中尺度天氣系統(SWV)之間的交互作用具有重要意義，並對提升極端降水事件的預報能力提供了一個參考方案。未來的研究可以擴大範圍，包含更多類型的降水事件，以便深入瞭解其降水機制。Item 增進海底電磁儀資料與分析方法並建構西太平洋上部地函電導率構造(2024) 洪振翔; Hung, Chen-Hsiang地層中各岩體不同的導電率（electrical conductivity）可以反映不同物性，如溫度越高或含水量越多的物質組成（例如：部分熔融、熱液）其導電率就越高，進而可了解地層下方的電性構造。而海域的電性構造可透過佈放在海底的海底電磁觀測儀（Ocean Bottom Electro-Magnetometer，簡稱OBEM），觀測儀器下方與周遭的綜合電磁場訊號，並以大地電磁法（magnetotelluric，簡稱MT）逆推獲得地底下導電率隨深度的變化情形。本研究對西太平洋海底電磁場數據進行分析，資料來自27個站點共計46台OBEM，主要目的是增進對西菲律賓海盆（West Philippine Basin，WPB）和四國-帕里西維海盆（Shikoku-Parece Vela Basin，SPVB）底下導電率結構的理解。本研究通過結合Chave and Thomson（2004）提出的standard 和generalized兩種遠程參考法（remote reference method，RR），成功降低了大地電磁響應（MT response）的誤差並提高觀測與預測電場之間的相干性（coherence），其中generalized RR在較短週期內表現出色，得到誤差更小且相干性更高的大地電磁響應。而部分站點觀測紀錄長達三年，更使得大地電磁響應誤差減少約40%，凸顯了在海洋環境中進行長期數據採集的重要性。所記錄的電磁響應包含三維地形影響，在利用電磁響應逆推一維地層導電率前須考量三維地形效應進行地形修正，本研究針對每個測站的初次電磁響應逆推其一維地下電性構造做為初始模型，結合三維地形順推計算該測站理論電磁響應與觀測電磁響應比較後重複迭代，最後收斂求得代表一維地下構造導電率。經過考慮地形效應後，我們首次觀察到使用最終一維地下電性構造結合三維地形順推求得的磁場感應向量（induction vectors）與觀測資料之磁場感應向量非常吻合。由於構造逆推過程中並沒有納入磁場感應向量擬合，表明此研究中在電性構造與電磁響應之逆推結果一致。顯示三維地形修正的重要性外，也代表各測站並無明顯二維電性構造的特徵，所求得的一維地下構造導電率可代表各測站下方電性構造進行討論。本研究透過分析各測站的最終一維電性構造，發現在WPB的T01、T02和T04站點下方30至125公里深處存在顯著的高導電率異常。我們將電性構造轉換為溫度，並與地函橄欖岩固相線對比，我們發現如果地函含水量介於0至0.02 wt%之間，上述區域會發生部分熔融，此結果與前人地震波速慢異常觀測結果相吻合。根據每測站所推得的熱構造，本研究所有測站在150至300公里深處區間，沒有發現部分熔融的可能性。此外，我們從一維電性構造變化情形估算低導電層（lower conductivity layer，LCL）的厚度，在WPB和SPVB站點下方的LCL厚度相似，約為50至70公里，而在太平洋板塊西緣下方，LCL則明顯更厚，約為210公里。我們注意到WPB 和 SPVB 的 LCL厚度都比1,300°C 等溫線深度淺，而該等溫線通常定義為岩石圈-軟流圈熱邊界層。這種差異的一種可能解釋是部分熔融的增加會改變導電率曲線。隨著岩石圈底部和軟流圈頂部導電率的增加，LCL可能會變得更薄。本研究重新分析海底電磁儀資料，經過地形修正得到各測站下方一維電性構造，進一步了解岩石圈與軟流圈的物理特性，推估西太平洋存在部分熔融的區域與深度。Item 「臺灣地區豪大雨預報實驗」之定量降水預報評估研究：預實驗梅雨個案結果(2024) 黃柏瑜; Huang, Po-Yu本研究利用「臺灣地區豪大雨預報實驗 (Taiwan Area Heavy-rainfall Prediction Experiment, TAHPEX)」計畫預實驗資料，以24小時累計雨量達200毫米為標準，挑選2017年6月1日至4日、2019年6月10日至14日，以及2021年5月29日至6月1日共3個顯著影響臺灣的梅雨事件，利用預兆得分 (TS)、偏倚得分 (BS) 及相似性技術得分 (SSS) 等客觀方法，評估及檢視計畫模式成員在梅雨事件降雨期間，24小時豪大雨預報表現。此外，以差時系集概念輸出系集預報產品，包含系集平均、機率擬合、超越機率（序位一至序位三）以及定量降雨機率預報，與TAHPEX計畫模式成員預報結果進行比較，嘗試提出不同預報產品之間的應用可能與其限制。TAHPEX計畫模式成員24小時預報表現，在山區，各成員在第2至3日以上預報時間，對50、80毫米門檻皆具有良好的預報能力，隨預報接近校驗時段，提升預報能力雨量門檻，最大可達24小時累計降雨量百分五十。在平地，以第2日以內的預報，在50及80毫米門檻具預報能力，在2017年梅雨事件中可達200毫米門檻。校驗結果亦顯示，1公里網格解析度模式成員 (M11)，在山區多能有更好的可預報度在更高的雨量門檻，在平地有更趨近觀測的預報降雨區域，窺見高解析度模式對海峽移入和地形舉生的對流系統，有更好的預報應用潛力。在系集預報產品校驗結果，系集平均隨校驗雨量門檻提升，預報能力顯著降低，僅能在50、80毫米門檻具有良好預報能力。機率擬合在山區，相較系集平均多有更好的可預報度在更高的雨量門檻，預報表現多相當於TAHPEX計畫模式最佳成員，在平地僅天氣系統明確下具有較佳的預報表現，仍以TAHPEX計畫模式成員（如M11）表現較佳。超越機率-序位一在本研究2017年梅雨事件，為預報結果中最佳，在2019及2021年梅雨事件，則能在第2日以上預報，對於是否降雨的情境具良好的預報能力。超越機率-序位二和序位三其機率門檻代表的降雨量，相當於機率擬合和系集平均，可提供系集預報產品中更廣域的預報降雨分布。定量降雨機率預報，在山區隨預報接近校驗時段，機率預報40%以上之雨量門檻可提升達130、200毫米，在更高雨量門檻提供機率預報分布區域，多能與觀測結果範圍相近。在平地則以80毫米以下門檻，機率預報40%以上範圍多能符合觀測結果，其上雨量門檻機率預報則提供可能發生的區域，可輔助其他預報產品進行預報作業。回顧2012至2014年梅雨季預報校驗結果，TAHPEX計畫模式成員，在200毫米門檻TS得分均有顯著提升，而350毫米門檻表現持平，仍有進步空間。本研究亦窺見更高解析度氣象模式，為預報能力提升方向之一，尤其是平地預報表現，若能加入更多更高解析度模式成員，不論是個別模式成員之12或24小時預報結果，或其輸出之系集預報產品，應可期待能有較目前TAHPEX計畫成果更好的預報表現與成果。Item 機器學習與黑洞影像(2024) 谷浚宇; Ku, Chun-YuItem 利用環境資料預測地表位移及坡地災害事件(2024) 何其恩; Ho, Chi-En自1940年代起，隨著全球氣溫逐年升高，災害發生頻率也顯著上升。重大災害事件數從每年約20起增加至每年超過400起，顯示全球均溫上升驅動了更多致災因子，直接反映在災害事件數量上及次生災害之比率。劇烈天氣事件能改變近地表地質特性、觸發地質災害事件如地層下陷、土壤液化、坡地災害等，由於這些地質災害事件可反應在地表變形資料上，如何利用環境資料（包含大氣類、地下水、潮汐等資料）預測地表變形資料（GNSS和地震資料）及坡地災害事件？這幾個問題驅動了我們對「天然災害鏈預測」可行性評估的動機。本研究的主要工作目標為利用長短期記憶模型（LSTM模型）及支持向量迴歸（SVR模型）之演算法，建立地下水位、地表變形及坡地災害之預測模型。首先我們利用2004年至2020年潮州地區兩個自動氣象站所提供的氣溫、雨量、風向、風速，以及目標預測測站之歷史地下水位，預測十二個地下水測站的地下水位，比較LSTM模型和SVR模型的表現，結果顯示，大部分地下水測站的LSTM模型在測試集上的平均決定係數高達0.90。其次，我們應用相同方法，探討2013年至2020年垂直地表變形預測，新加入了氣壓、相對濕度以及潮位資料，發現GNSS測站的LSTM模型在測試集上的平均決定係數達0.94，而更高採樣點率寬頻地震站位移場的平均決定係數達0.89，不同測試皆證實LSTM較SVR模型預測表現更佳。最後，我們以農業部農村發展及水土保持署的坡地災害事件目錄為基礎，評估了不同年份組成的四個資料集。由2010年至2012年的訓練集以及2013年至2014年的測試集組成的資料集表現最佳，顯示了環境資料在坡地災害預測中的潛力，準確率達0.83，精準率為0.95，召回率為0.67。綜合以上， LSTM模型展示了對於時序資料強大的預測能力，並強調了環境資料在地表變形及坡地災害預測中的關鍵作用。本研究並測試六個不同的氣象參數在預測模型之貢獻度，依照重要程度依序如下：氣溫、氣壓、風速、風向、相對濕度、雨量，然而同時考慮此六個氣象參數的模型，其預測效能仍優於單一氣象參數。本研究具體提供了氣象與地質災害間的預測方法論，期能在未來用於近即時警報/預報、並為未來政策制定提供即時參考依據。Item 璨樹颱風（2021）路徑與駛流分析(2024) 吳玠均; WU, Chieh-Chun颱風對臺灣地區具有重大的影響，其路徑往往會決定臺灣的災害程度。本研究利用WRF數值模式，透過NC2014颱風動力初始化技術，以ECMWF的ERA5再分析資料作為初始與邊界條件，針對2021年璨樹颱風（Typhoon Chanthu, 2021）的移動路徑進行數值模擬分析。本研究採用駛流分析與地形敏感度實驗，著重分析於颱風環流與地形對其路徑及結構的影響。結果顯示，颱風移動路徑受到環境駛流與地形的雙重影響。當太平洋副熱帶高壓向東退縮時，創造了一條有利颱風向北移動的氣流通道，來引導颱風北上，使其向臺灣東方海域移動。當颱風接近臺灣地形時，由於中央山脈阻擋颱風的環流，颱風路徑出現了偏東且加速北轉的現象，最終沿著臺灣東部近海向北行進。地形敏感度實驗中，探討了臺灣和菲律賓的地形對颱風路徑的影響。結果顯示，地形在調節颱風的移動速度和方向扮演關鍵角色，當颱風遇到地形障礙時，若其北/南側環流減弱，則會導致颱風向東/西偏移。此外，地形效應亦會減緩颱風移動速度。本研究增加了我們對於颱風路徑與複雜地形之間的關係的了解，有助於提高颱風在接近複雜地形時的動態預測，對改善颱風預報提供了重要參考。Item 臺灣北部秋季長時間連續降雨個案之合成分析研究(2024) 盧昮佑; Lu, Chung-Yeu本研究探討臺灣北部秋季長時間降雨的類型並分析成因。利用測站與再分析資料進行合成分析，以探討不同降雨類型下各種氣象參數的特徵與演變。根據統計2009至2022年臺北測站連續七日以上降雨個案之降雨類型、發生頻率，結果顯示臺北測站總降雨日數為655日，其中連續七日以上降雨日數為214日，約佔總降雨日數的32.6%。因多數超個案係由不同類型組合而成，其中，颱風為54日、鋒面30日、純高壓102日、分裂高壓則為28日，這表示在2009年至2022年秋季多日連續降雨期間，發生頻率為純高壓>颱風>鋒面>分裂高壓。 本研究將2009至2022年臺北測站連續七日以上降雨個案分成6種降雨類型(颱風類型一:北移颱風並登陸臺灣、颱風類型二:北移颱風並未登陸臺灣、颱風類型三:西移颱風通過巴士海峽、鋒面、純高壓及分裂高壓)，類型之合成探討不同降雨類型之天氣演變與垂直剖面的時序變化。 颱風類型之合成分析結果顯示，當彭佳嶼測站東北風風速達10 m s-1時，臺灣北部將產生降雨且東北風增強北部降雨量會增多。 高壓類型個案合成分析顯示，此類型有以下相同特徵，當彭佳嶼測站東北風風速達7m s-1時，臺灣北部將產生降雨且東北風增強北部降雨會增多。Item 臺灣地區降雨模擬的動力與統計降尺度的比較與分析(2024) 王亮傑; Wang, Liang-Chieh過往直接比較動力降尺度與統計降尺度的研究較少，大部分研究進行降尺度比較或評估時，通常是以實際的觀測資料為基準，評估各個降尺度方法。動力降尺度方法藉由趨近真實世界的資料提高氣候模式的解析度，獲得高解析度的氣候推估資料，運算出的結果能呈現不同地理與氣候特徵。統計降尺度方法則利用過往的觀測資料與氣候模式模擬資料，以回歸和統計分析方法建立兩者之間的統計關係。相較於動力降尺度方法，在電腦計算的要求相對較低，方法上也更加簡單；但是統計降尺度模擬的結果沒有辦法呈現物理過程，並且缺乏適合的物理解釋，應用時需要假設未來的氣候特徵在統計上是穩定的；然而近年來氣候變遷影響下，這個統計穩定的假設通常是無法滿足且無法證明。對此本研究以「理想模式」作為實驗架構，使用動力降尺度資料代替降尺度中的觀測資料，驗證統計降尺度方法，並以全球高解析度模式資料作為參考，比較動力與統計降尺度在不同季節、極端降雨之降尺度成效。研究結果顯示統計降尺度在梅雨和夏季容易受到高解析度模式資料影響，與動力降尺度差異較大，而統計降尺度與動力降尺度在冬季較為接近；然而，極端降雨主要集中在梅雨和夏季，對於系統性降雨如颱風、梅雨等，統計降尺度與動力降尺度具有接近表現，但它依然受模式資料影響為主；極端降雨能觀察到冬季的成效比梅雨和夏季高，趨近動力降尺度的比例相比所有天數降低。Item 全新世早期遺址貽貝殼體穩定同位素紀錄所反映之馬祖亮島地區古環境(2024) 林楷和; Lin, Kai-He本研究分析了馬祖亮島11件島尾遺址 Ⅰ （距今約8300 ~ 7400年前）與12件島尾遺址 Ⅱ （距今約7600 ~ 7400年前）遺址貽貝殼體的碳氧同位素成分，馬祖南竿地區的17個不同月份現生貽貝樣本和97個馬祖南竿與北竿地區海水樣品的穩定同位素成分，以重建馬祖地區全新世早期的古環境。 南竿地區水樣品的平均氫、氧同位素數值分別為-2.9 ± 2.6 ‰和-0.8 ± 0.4 ‰（平均值 ± 1σ；N = 49；V-SMOW）；北竿地區水樣品的平均氫、氧同位素數值分別為-2.7 ± 2.5 ‰和-0.8 ± 0.4 ‰（N = 48）。根據觀察到的同位素數值和鹽度紀錄，南竿、北竿水體的氧同位素值呈現季節性波動，並與淡水與海水混合的比例變化有關。 現生貽貝殼體的平均碳同位素數值，分別為-0.5 ± 0.4 ‰（N = 473；未水煮過）和-2.1 ± 0.6 ‰（N=31；水煮過）；平均氧同位素數值，分別為-1.9 ± 0.5 ‰（V-PDB；未水煮過）和-2.0 ± 0.7 ‰（水煮過）。受到沸水烹煮過後現生貽貝殼體的碳同位素數值比未煮沸貽貝殼體的碳同位素數值低，但沸水烹煮對現生貽貝殼體的氧同位素成分無顯著的影響。而現生貽貝左殼平均碳同位素數值為-0.4 ± 0.4 ‰（N=29），平均氧同位素數值平均值為-1.8 ± 0.4 ‰；現生貽貝右殼平均碳同位素數值為-0.5 ± 0. 3‰（N=29），平均氧同位素數值為-1.7 ± 0.5 ‰，貽貝左、右兩瓣殼體在碳、氧同位素組成上無顯著的差異。 馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 貽貝殼體的平均碳、氧同位素數值，分別為0.5 ± 0.5 ‰和-1.2 ± 0.6 ‰（N = 531）；島尾遺址 Ⅱ 遺址貽貝殼體的平均碳、氧同位素數值分別為0.7 ± 0.4 ‰和-1.6 ± 0.6 ‰（N = 394）。馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 與 Ⅱ 之遺址貽貝殼體的平均氧同位素數值有0.4 ‰的差異，扣除掉冰川效應所造成水體氧同位素0.2 ‰的影響，反映亮島於約8300 ~ 7400年前之間與約7600 ~ 7400年前之間的海水溫度可能低約1 ~ 2℃及/或當時的淡水混合量較少。 亮島島尾遺址貽貝殼體的平均碳同位素數值，比現生未煮沸貽貝殼體的平均碳同位素數值大約1%，反映出8300 ~ 7400年前馬祖地區水體的基礎生產力較高。馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 貽貝殼體的平均氧同位素數值，比現生貽貝殼體的平均氧同位素數值大約0.7 ‰，扣除掉冰川效應的影響，顯示當時的海水溫度可能比現在低約2 ~ 3℃及/或當時的淡水混合量較少；馬祖亮島島尾遺址 Ⅱ 貽貝殼體的平均氧同位素數值，比現生貽貝殼體的平均氧同位素數值大約0.3 ‰，扣除掉冰川效應的影響，顯示當時的海水溫度可能比現在低約0 ~ 1℃及/或當時的淡水混合量較少。現生和遺址標本單一殼體都可觀察到氧同位素數值的季節性波動，根據亮島島尾遺址 Ⅰ 最完整的6個與遺址 Ⅱ 最完整的7個貽貝標本，亮島島尾遺址 Ⅰ 採收季節分別為春夏（N = 3）、夏秋（N = 1）和冬季（N = 2）；亮島島尾遺址 Ⅱ 採收季節分別為春夏（N = 3）、夏秋（N = 2）和冬季（N = 2），採收季節分布大致平均。Item 臺灣脊樑山脈南部橫貫公路之磁性組構研究與隱示(2024) 許寧珊; Hui, Ning-Shan臺灣位於歐亞板塊及菲律賓海板塊相互隱沒的交界帶，如此特殊的地體構造使臺灣擁有複雜的地質演化史。其中，脊樑山脈經歷多次且長時間的變動，但其變形歷史尚未釐清，由於磁性組構已可應用於造山帶應變史之研究，因此本研究藉由磁感率異向性實驗解析橫跨脊樑山脈南段的應變特徵，進而探究脊樑山脈的變形歷史。本研究區域位於臺灣南部橫貫公路的東段，由埡口向東至初來，橫跨畢祿山層、太魯閣帶、玉里帶、初來層四個地質單元。野外工作主要為沿線觀察露頭，記錄構造位態並採集定向岩石樣本。室內將定向樣本製備成每邊長2.2公分的正立方體，利用非均向磁感率測磁儀測得樣本的三軸磁感率方向與數值，且將測量所得的磁感率橢球體視作應變橢球使用，建立脊樑山脈南段的東-西向的應變剖面，並配合四種不同磁性礦物鑑定實驗加以確認磁性礦物種類，以評估磁感率橢球體變形是否可反應構造變形。透過磁性礦物的辨認，發現研究區域以順磁性礦物為主，鐵磁性礦物比例較少，其中磁黃鐵礦只分布於板岩區，磁鐵礦分布於板岩區及壽豐剪切帶圍岩處。此外，雖磁黃鐵礦的平均磁感率與異向性可能存在明顯正相關之結果，但鐵磁性礦物於樣本中的含量較少，可推測研究區域的磁感率橢球體變形並非受磁性礦物影響，而是構造變形所致。磁感率研究結果顯示，磁性組構與岩石組構之間位態相互吻合，由西到東，磁性線理傾向由東南向轉為東北方向與西南方向，磁性葉理由向東傾沒轉為向西傾沒，由此磁性組構位態方向特徵性可將研究區域劃分為A-E區段。整個南橫東段剔除高應變區的資料，隨著變形強度由西向東先略升後遞減，磁感率橢球體形狀參數變化，大致顯示A區段由橢球狀至平板狀，D區段由平板狀至橢球似雪茄狀，其餘B、C及E區段以平板狀為主。將Flinn diagram與T-Pj路徑演化圖結合觀察發現，隨著由西到東，因應力場改變使得K1軸轉換方向，且變形路徑於A－C－D區段不同。A區域的橢球形狀處於橢球偏平板狀並K1軸方向指向東南方，到C區域時變形強度較A區域略高，橢球形狀為平板狀並K1軸方向轉為東北－西南方向，最後至D區域時變形強度低於C區域，橢球形狀由平板狀變至橢球狀並K1軸方向指向東北－西南方向。綜合以上結果，磁感率橢球體的變形實驗可以提供南橫區域的變形演化歷程的資料。推測由板塊碰撞開始，形成第一期褶皺，並於最西側的A區域保留此期的構造資料，向東傾沒的劈理及東南方向的線理。之後弧陸碰撞加入造山，改變應力場形成第二期褶皺，於東側片岩區形成向西傾沒的劈理，並因南向側向擠壓於C及D區域產生東北－西南方向的線理，如此南橫區域才有現今的地質變形現象。