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Item 臺灣雲解析差時系集颱風定量降水預報應用研究(2023) 陳鑫澔; Chen, Shin-Hau臺灣的颱風降雨雖為主要的水源之一，但也常因此造成災害。數值天氣預報開發以來，時常面臨著不確定性造成的困難，眾多研究者嘗試使用各式方法獲取防災資訊，本研究面對臺灣颱風防災的需求，嘗試在現有資源限制下，建構針對臺灣颱風降水於防災的建議系統。具體而言，本研究使用雲解析風暴模式，建構上採用了2.5km水平格點間距，每六小時進行八天的預報，在本研究的十個目標颱風內，經過評估後皆能在各颱風風雨影響臺灣前至少52小時前，也就是大約兩天以前，找出颱風影響期間總累積降雨量的相似技術得分(Similarity Skill Score，簡稱SSS) 大於0.6的高解析度的降水情境，顯示此方法實際應用上可以在有反應時間的前提下，提供有效的降水情境。 防災事前可以針對最糟糕的降水情境做防範，但為了更有效的找出較有參考價值的預報，本研究針對十個西行侵臺颱風選出105個預報參數，使用機器學習嘗試建構能夠預估降水指引(SSS為其中之一)與路徑指引的模型並進行評估，評估後大多數機器學習預估的SSS皆能適度掌握不同初始時間預報中的實際降水SSS好壞。機器學習預估的結果約在實際颱風影響臺灣26小時前可以產出，當預估的SSS中位數達0.6以上時，實際的SSS也有71%超過0.6，顯示可以在中心登陸兩天前預先指出那些預報的可信度低，那些的可信度高。 本研究進行機器學習訓練時進入模型的颱風數量上不多，可當作ㄧ初步之研究，文章中亦討論了許多颱風預報相關性分析，並提出了幾個可能的改進方向。總體來說，高解析差時系集預報輔以機器學習可在臺灣西行颱風的防災預警上，提供有效的降水情境，並指出較具可信度的預報。Item 探討影響公民海洋素養的因子-從分析政府策略以及行為機制著手(2023) 劉冠英; Liu, Guan-Ying透過海洋教育增進學生的海洋素養，進而激發他們對負責任海洋環境行為的意願，已被認為是解決日益嚴重的海洋環境問題的有效途徑。台灣政府早已意識到海洋教育的重要性，在2006年頒布《海洋政策白皮書》後，國內的海洋教育推動計劃便正式啟動。多年來的努力使台灣的海洋教育在國際學術界得到廣泛關注和認可，並被視為海洋教育推動的先驅之一。透過比較台灣學生與其他國家學生的海洋素養表現，我們不僅可以檢驗台灣學生在當前海洋教育體系下是否展現出相對卓越的成效，還可以利用學生海洋素養的跨國比較結果，與各國的海洋教育發展策略進行對比，從中找出提升海洋素養的核心因素。此外，為了更有效提升台灣的海洋教育品質，本研究亦探討海洋素養對負責任海洋環境行為的影響機制，以深入了解影響台灣學生負責任海洋環境行為的關鍵要素，為未來台灣海洋教育的方向提供有力指引。為了達成這兩個研究目的，本論文分成以下兩項研究：研究一：我們共招募了5443名來自八個國家的高中生，並通過量表測量了海洋素養最具代表性的兩個構面，即知識和態度。結果顯示，臺灣學生在知識和態度兩項測試中的表現均優於其他七個國家。我們進一步比對了文獻回顧統整出的五項推廣海洋教育的關鍵策略，其中包括：政府頒布的海洋教育課綱、中央政府成立的海洋教育推廣機構、教師的海洋素養培訓計畫、海洋素養教材的開發，以及國內非政府組織的積極參與。比對結果突顯了政府頒布的海洋教育課綱的獨特性和重要性。將海洋素養納入國家課綱，不僅確保了教學內容有完整的架構，也將對相應的海洋教育政策實施和後續配套措施產生正向的影響。研究二：本研究旨在深入探討海洋知識及海洋態度對海洋負責任行為意圖的影響機制。我們招募了共266名的高中生和大學生，利用量表評估他們的海洋知識、海洋的態度和負責任海洋環境行為的意圖，並特別調查了潛在的中介效應。結果顯示，對海洋的態度在海洋知識和負責任海洋環境行為的意圖之間起到了中介作用。因此，若要引導人們採取負責任的海洋行為，加強對海洋態度的培育才是關鍵。Item 利用高解析度大氣模式與CMIP6高解析度氣候模式探討TC頻率與破壞性之現今模擬與未來變化(2023) 陳冠杰; Chen, Kuan-Chieh本研究利用高解析度大氣與海氣模式，系統性評估模式模擬西北太平洋TC (Tropical Cyclone)活動之表現，及推估未來溫室氣體濃度為CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project 5)中的RCP8.5 (Representative Concentration Pathways 8.5)與CMIP6中的SSP5-8.5 (Shared Socioeconomic Pathways 5-8.5)暖化情境下，近未來(2021-2050)與21世紀末(2075-2099)西北太平洋TC活動及登陸東亞沿岸地區之變化，並利用GPI(Genesis Potential Index)與SSE (synoptic-scale eddy)能量診斷等工具，分析TC變化機制。結果顯示25~50公里高解析度大氣與海氣模式均可以模擬現今氣候TC生成與軌跡頻率。然而，模式仍低估TC平均最大強度及強烈TC數目，其中海氣模式更低估TC強度。經由SSE能量診斷分析，顯示ISO(Intraseasonal Oscillation)與SSE尺度交互作用，在TC強度增強過程中，扮演重要的角色。海氣模式模擬ISO提供顯著較少的能量給TC發展。ISO南側較弱的水氣通量，較不利TC潛熱釋放，TC可用位能轉換成較少的TC動能，限制TC強度發展。高解析度氣候模式有助於TC活動模擬表現。高解析度海氣(大氣)模式推估在CMIP6 SSP5-8.5 (CMIP5 RCP8.5) 暖化情境下，近未來(2021-2050) (21世紀末(2075-2099))的TC生成數目減少4.3%(50%)，強度增強0.8%(14%)，及伴隨降雨增加5.8%(35.4%)。TC登陸東亞沿岸地區的頻率減少4.5%(51.9%)。暖化效應影響下，高解析度海氣與大氣模式推估近未來與21世紀末西北太平洋TC活動的變化趨勢一致，但變化幅度仍具有不確定性。經由GPI與SSE能量診斷分析，發現高解析度大氣模式推估在21世紀末TC主要生成位置上，中層大氣較乾燥，季風槽減弱伴隨中層下沉運動異常及SSE活動減弱，限制TC生成。然而，在21世紀末，較暖海溫與較弱垂直風切，及SSE動能產生效率增加，有利TC更快速的增強，更具有破壞性。Item 滇西高黎貢造山帶板塊架構與其構造動力之演化(2023) 邱宇平; CHIU, Yu-Ping從東喜馬拉雅構造結(EHS)到滇西有著獨特的彎曲造山帶，它凸向被隱沒的歐亞板塊，這一點和西邊的印度-歐亞碰撞帶的其他邊界相異，也和東邊的新特提斯洋的海溝不同。位於滇西的騰沖地塊內有兩條彎曲造山帶，最顯眼的是位於騰沖地塊東緣的高黎貢造山帶；而在騰沖地塊西側有另一條規模較小的彎曲岩漿帶，其岩漿活動和特提斯洋隱沒作用相關。本研究藉由分析四期塑性變形事件的時間和動力機制，發現高黎貢造山帶是一條非典型的彎曲造山帶。最早的D1事件使早白堊紀(鋯石鈾鉛定年為118-78 Ma)的花岡岩變形，且在新特提斯洋閉合期間形成直立褶皺，在高黎貢造山帶北段為西北西-東南東走向，而在南段為南-北走向。淡色花岡岩質副片麻岩(06CG20)的鋯石鈾鉛定年結果結合主要元素分析結果顯示，沉積物源自124 Ma的花岡岩，之後經歷風化、侵蝕和沉積，在110 Ma到73 Ma之間沉積，然後在65 Ma深融形成S型花岡岩；隨後在45-40 Ma時於中度角閃岩相以上的環境發生混合作用(migmatization)。本研究對騰沖地塊南部東河岩體附近的角閃岩、花岡閃長岩、片麻岩和淡色花岡岩進行岩石學和地球化學分析。變質閃長岩和角閃岩等暗色體(melanosome)具有SiO2含量低 (50-60%)、融化溫度高(920-1100°C)和CaO/Na2O比值高 (變質閃長岩為4.35、角閃岩為1.40-2.03) 的特徵，代表這些暗色體是由角閃岩脫水之後的殘留物集合而成。中色體(mesosome)和新體(neosome)具有高Na2O+CaO含量但較低的K2O含量。本研究結合岩石學分析和板塊重建結果，提出在新特提斯洋板片回滾(rollback)和斷裂(break-off)造成地殼減薄時，地函熱源上湧，伴隨東河犁型斷層(D2)發生混合作用。隨後，由於Great India板塊的碰撞，東河滑脫面於40-28 Ma期間在高度角閃岩相的環境形成西北-東南走向、向東北逆衝的褶皺與逆衝斷層帶(D3)，並產生近水平的S3A葉理。此為高黎貢造山帶成形的最初的階段。然而，位於東側的奧陶紀基盤阻擋此褶皺與逆衝斷層帶，因此形成了鏟型的逆衝剪切面。當這個鏟型的逆衝剪切面沿著奧陶紀基盤被侵蝕和出露後，使得高黎貢造山帶成為看似沿著奧陶紀基盤彎曲的造山帶，因此為一「非典型」的彎曲造山帶。在D3的後期(35-28 Ma)，褶皺與逆衝斷層帶的前翼(forelimb)被高角度向東傾的左移走滑剪切帶(D3B)重利用，成為因印度向北擠壓而向東南拖曳的塊體邊界。左移走滑剪切帶(D3B)的S/C組構由白雲母和蠕狀石(myrmekite)所定義，顯示為中到低度角閃岩相的變質環境。之後，板塊架構因藏南下部地殼拆層而發生劇烈變化。從高黎貢片麻岩和同D4形成的長英質岩脈中挑出來的白雲母(34-31 Ma)、黑雲母(23 Ma)和鉀長石(33-21 Ma)的氬氬定結果可連結礦物的封存溫度建立降溫曲線，發現溫度從約34 Ma時的550°C降到32Ma時的350°C，在22 Ma時再降溫到275°C。再連結由同構造礦物定義的變形溫度和降溫曲線，結果發現了「從碰撞擠壓(collision-extrusion; D3B)過渡到地殼碎裂流(crustal cataclastic flow; D4)」的混合模式。陡峭的南-北走向、右移走滑斷層於28 Ma到15 Ma期間，在高黎貢造山帶北段形成高黎貢剪切帶(D4)，並成為該區域最顯著的構造。綠泥石化的黑雲母和形成串腸的矽線石沿著D4的S/C組構排列，顯示環境從角閃岩相退變質到綠片岩相。這反應了增厚的西藏重力垮塌，造成沿著EHS順時針旋轉的碎裂流為中到上部地殼的變形環境。至於另一條規模較小的彎曲岩漿帶，XRF主要元素分析和鈾鉛鋯石定年結果顯示其為63-62 Ma形成的I型花崗岩(A/CNK值為0.94-1.02)。整合了整個區域的岩漿事件之後，發現岩漿活動有隨時間和空間向西從S型花崗岩過渡到I型花崗岩的現象，反應板片從低角度隱沒轉變為高角度隱沒的回滾過程；顯示新特提斯洋的隱沒作用的確發生在騰沖地塊下方，且可能導致彎曲的岩漿帶形成。因此，本研究提出不對稱的「不規則的板片側緣模型 (irregular lateral slab edges model)」來解釋騰沖地塊的彎曲岩漿帶。這個模式必須隨時間逐漸累積變化，最後在60 Ma時於隱沒帶兩側產生高角度的板片回滾和海溝後撤(retreat)，而位於隱沒帶中段的騰沖地塊則是位於相對突出和板片低角度隱沒的位置，也因此會發生板片從低角度回滾演變為高角度回滾的狀況。然而，西藏下方的新特提斯洋板片斷裂(~50 Ma)和藏南下部地殼拆層(~28 Ma)使得這個「不規則的板片側緣模型」的隱沒系統被破壞，導致東南亞的地體架構在新生代發生劇烈改變，啟動數條地殼尺度的大型走滑斷層。Item 臺灣梅雨季鋒面對流渦旋個案尺度交互作用之模擬與診斷研究(2022) 黃心怡; Huang, Shin-Yi本研究探討梅雨鋒面與其伴隨之中尺度過程，包含低層噴流、中尺度渦旋以及深對流等多重尺度交互作用下，各尺度在影響渦度貢獻上所扮演的角色。選擇兩個梅雨鋒面個案作為研究，個案一為2003年6月6至7日自華南和南海北部移入臺灣南部近海的四個中尺度對流系統（MCSs），MCSs強度持續增強且向東移，為中南部地區帶來豪（大）雨事件。個案二為2014年5月19至20日受梅雨滯留鋒面影響，於華南附近形成一中尺度對流系統沿鋒前分布排列與發展，並逐漸向東移動至臺灣。使用CReSS模式模擬兩個個案，結果顯示梅雨鋒面及其中尺度對流系統模式結果皆有不錯的掌握，無論地面梅雨鋒面的位置、風場以及中尺度對流系統與觀測空間尺度相符，雖在時間尺度上有30～60分鐘的落後，使24小時累積雨量分布有所差異，但其強度一致。在中尺度渦旋之區域做垂直渦度收支分析結果顯示，在中尺度渦旋最顯著時，個案一局地渦度趨勢項正貢獻為低層扭轉項、中低層渦度輻合及中高層垂直平流項，顯示低層強垂直風切與輻合是渦度增加的原因；個案二北部區域局地渦度趨勢項正貢獻為低層渦度輻散項、中低層扭轉項以及水平平流項，顯示低層輻合與中層強垂直風切是渦度增加的原因之一；南部區域則為整層的渦度輻散項、垂直平流項與水平平流項，顯示低層輻合與垂直上升運動是渦度增加的原因。利用帶通濾波法將兩個案的數值模擬結果做大尺度、中尺度與對流尺度的分離，結果顯示該方法能有效保留個案中各尺度的特徵。尺度分離後渦度收支各項分析顯示，個案一正渦度貢獻為渦度輻散項與扭轉項，各項皆以對流尺度最為重要，中尺度為輔。個案二北部區域正渦度貢獻為渦度輻散項與扭轉項，各項以中尺度加乘對流尺度為主。尤其在中尺度渦旋發展期，渦度輻合項與水平平流項中的對流尺度其值能與中尺度相當，可見深對流胞在空間分布上比例雖少，但提供的正渦度卻不可忽視；南部區域分析顯示，正渦度貢獻為渦度輻散項與渦度垂直平流項。渦度輻散項以對流尺度加乘大尺度；渦度垂直平流項為大尺度加乘中尺度，顯示大尺度環境已有相當程度的背景渦度值，深對流的潛熱釋加強低層輻合與垂直上升運動，可將渦度回饋至大尺度。Item 臺灣北部中全新世古環境研究：麟山鼻珊瑚骨骼岩芯的穩定碳氧同位素組成及Sr/Ca比值紀錄(2023) Le Thu Minh; Le Thu Minh本研究分析採自新北市麟山鼻附近的珊瑚岩芯（約6100-4100年前但非連續紀錄；U-Th 及AMS 14C定年）的穩定碳、氧同位素成分及珊瑚Sr、Ca的元素含量，重建臺灣北部地區的古環境。珊瑚岩芯自頂部往下可分為A、B（均為Porites）、C及D（均為Cyphastrea）四段，本研究沿著標本X光相片辨識出的最大生長軸方向鑽取碳酸鈣粉末標本，共完成245個穩定氧碳同位素成分及245個Sr/Ca比值分析。穩定氧同位素成分數值介於-5.4‰和1.8‰之間，穩定碳同位素成分數值介於-2.8‰ 和 3.5‰之間。A、B、C、D段的氧同位素平均值分別為-4.2 ± 0.5‰（1σ；N = 74）、-4.4 ± 0.5‰（N = 56）、-2.6 ± 0.3‰（N = 31）及-4.2 ± 0.6‰（N = 84）。整體而言，C段（約5.2ka年前）的氧同位素數值比A、B及D段的氧同位素數值大， C段的碳同位素數值（0.5‰ - 3.5‰）比A、B及D段的碳同位素數值（-2.8‰ - 1.3‰）大，而C段的Sr/Ca比值（10.2 至 10.9 mmol/mol）也比A、B及D段的Sr/Ca比值（8.8 至 10.5 mmol/mol）大。C段Sr/Ca比值海表溫度（0.9oC- 9.2oC）比A、B及D段Sr/Ca比值海表溫度（5.3oC - 27.4oC）為低，與中央氣象局2007-2022麟山鼻海表溫資料比較，臺灣北部於6.1-4.1ka 年前的海表溫整體而言較現今為低。根據穩定氧同位素數值及Sr/Ca比值海表溫度數據估算，臺灣北部6.1-4.1ka 年前的海水氧同位素數值介於-1.2‰ 和 1.5‰（SMOW；0±0.5‰, N=245）之間，以現代開放大洋的0‰為參考基準且6.1-4.1ka 年前至今的全球冰川體積的變化可略，低於0‰的區間代表較強降水的環境（約6.0ka及4.2ka年前），反之，高於0‰的區間代表較弱降水及強蒸發的環境（約6.1ka及5.2ka年前）。約5.2ka年前C段珊瑚岩芯所紀錄的低溫及蒸發作用較強的古環境紀錄亦見於東亞地區的洞穴石灰岩紀錄，伴隨高碳同位素數值，或許當時於臺灣北部有較強的湧昇流，導致較低溫及高基礎生產力的環境。Item 星際介質熱力學之數值實驗(2023) 林迺芥; Lin, Nai-Chieh在本研究中，我們調查了冷星際介質(ISM)的冷卻和加熱過程對其熱力學和動力學的影響。狀態方程描述了形成恆星的分子雲中冷ISM的溫度和密度之間的關係，當數量密度小於每立方公分 10^4 時，其多變熱指數為 γ ∼ 0.7，當數量密度大於每立方公分 n< 10^4時，其多變指數為γ ∼ 1。然而，觀測結果與理論預測存在些許差異，因為這些理論假設加熱或冷卻時間尺度比動態過程時間尺度短因而不考慮壓縮或膨脹所做的功。為了解決這個問題，我們使用自適應網格(AMR) 數值程式 RAMSES 進行數值模擬，以找出有效的動態指數。我們的模擬採用分子雲中主要的發射線冷卻函數和參數化冷卻函數。當使用分子雲中主要的發射線冷卻函數時，分子雲迅速達到平衡。然而，當把冷卻功率降低以模擬低金屬豐度環境時，分子雲偏離了狀態方程的描述。我們還探討了參數化冷卻函數的使用，並找到了滿足分子雲坍縮的特定參數設置，也就是有效的多變指數需小於 4/3。我們的結果顯示，在研究原始冷 ISM 時，應將動力過程所做的功納入理論模型中，因為在低金屬豐度環境的情況下冷卻效率不高。總結來說，我們的研究強調了對冷 ISM 的動力學和熱力學的更全面的理解的需要，以及考慮冷卻和加熱過程對這些系統的影響的重要性。Item 使用數值模擬深入了解颱風引起臺灣東北海域降溫(2023) 吳欣茹; Wu, Hsin-Ju夏季颱風通過後，多次在臺灣東北角龍洞外海引起海表溫下降。2001~2020年18個第5類颱風中有3個颱風路徑十分相似，分別是2001年的尤特(Utor)、2008年的如麗(Nuri)和2008年的哈格比(Hagupit)。然而透過龍洞浮標海表溫資料觀察發現這3個颱風對龍洞海域造成的降溫幅度卻差異甚大，尤特颱風期間下降最多達8.8℃，如麗期間降溫為2.7℃，而哈格比期間海表溫下降幅度僅1.4℃。前人文獻指出，臺灣周遭海域颱風引起之海表降溫與颱風行進軌跡間有良好之關係，為了進一步釐清為何相近軌跡之颱風卻引起近岸海表溫降有如此顯著之差異，本研究使用區域海洋模擬系統模式(Regional Ocean Modeling System, ROMS)，重建此三相近軌跡颱風個別引起之上層海洋響應。同時，為了瞭解潮汐可能對颱風引起降溫過程造成之影響，本研究於數值實驗中亦納入了潮汐作用。透過實驗設計以及熱收支守恆方程診斷分析，探討各物理過程對三個颱風期間海表降溫所造成之影響。模擬結果顯示在尤特颱風期間，東海黑潮入侵最為顯著，亦驅動較強的次層冷水抬升，進而導致較大幅度的海表溫降，如麗東海黑潮入侵幅度最小，次層冷水抬升較不明顯，海表溫降幅度亦較弱，表東海黑潮入侵在近岸海表溫降中扮演著重要的角色，而模擬在納入潮汐效應會強化冷卻響應，並使其更接近真實情況。這三個相似路徑和強度的颱風在臺灣東北海域引起不同的區域風，尤特期間龍洞海域出現強東北風，為三者之中最有利於東海黑潮入侵之風力條件，此與颱風半徑有關。另外，從理想實驗可以得知區域風為主要驅動東海黑潮入侵的因素，海洋的部分初始場對降溫影響較小，潮時則影響較為明顯。熱收支分析結果顯示，三個颱風降溫過程溫度變化主要是受到垂直平流項影響，而潮餘流則會透過垂直平流項強化近表層的冷卻響應。最後，當颱風移動至南海時，流向轉為西北，進而造成臺灣海峽流速增加，流速快且溫暖的臺灣海峽流流經龍洞海域，使海表水溫回復。Item 海流發電機最佳化配置研究(2023) 黃柏豪; Huang, Bo-Hao由於尾流的存在使得在大面積佈置海流發電機時將降低各個機組的效率，且很難通過物理手段消除尾流的影響，因此在佈置海流發電機前，去預測每部機組之間造成的影響和總發電量並優化排列方式是十分重要的課題。本研究參考風力發電機組的配置方式，利用尾流的計算公式與模擬退火演算法，提出出一套專門針對海流發電機配置與優化的模擬系統，並用產生之結果與其它案例進行比較，以此來驗證此系統的準確度與可行性。而實驗結果表明，此模擬系統不僅能提供海流發電機配置的方式，也能計算出在受尾流的影響下的總發電量，且在比較幾種配置方案後，模擬系統與其他配置方案比較皆有更好的表現，可為未來更複雜的環境模擬提供基礎。Item 颱風引起海洋中尺度渦之動力過程(2023) 賀華; Ho, Hua過去有部分關於颱風對預先存在的中尺度渦構成影響之相關文獻，卻鮮少探討當海洋為中性環境時，由於颱風通過所引起之海洋中尺度氣漩渦 (Cyclonic Ocean Eddy, COE)。本研究透過比對1995年到2020年之颱風最佳路徑資料 (Best track) 以及中尺度渦漩軌跡圖集 (Mesoscale Eddy Trajectory Atlas)，找出在西北太平洋中，歷年來颱風經過後由中性環境構成COE幅度變化最大的三個範例進行分析，此三例分別為1997年的Rosie、2009年的Nida以及2011年的Ma-on颱風。我們利用區域海洋模擬系統模式 (Regional Ocean Modeling System, ROMS) 對三個例子進行背景環境重建模擬和理想實驗，以還原颱風當下的海洋狀態，並通過設計實驗去確認COE是否為颱風所致。實驗結果顯示在颱風Rosie期間的COE生成係由當時海洋環境與颱風共同作用下的結果，Nida期間的COE則為颱風主導所致，Ma-on期間之COE為海洋環境所主導生成。在此之中特別針對由Nida颱風所生成的COE去進行更進一步的分析，探討其生成過程之動力機制。Nida颱風在生成COE時行進速度緩慢 (1.5216m⁄s) 小於當時海洋的第一斜壓模相位速度 (2.4534m⁄s)，在緩慢移動的情況下使表層海水幅散，導致海表高度下降，同時引起艾克曼抽汲 (Ekman pumping)，而海表高度下降使海水趨向地轉平衡，導致COE的生成。本研究也針對其生成過程進行能量計算，同樣顯示了相同的結果，在颱風駐留時強大的風力擾動上層海洋，使動能快速上升，並帶動艾克曼抽汲，強大的湧升流使等密度線傾斜，因此動能漸漸轉變為勢能，在颱風過後動能與勢能漸漸趨於平衡，也意味著COE的穩定。另外，透過渦度方程進行收支分析，分析顯示除了地轉平衡所帶來的正渦度以外，湧升以及平流造成的傾斜項也是增加相對渦度促使COE形成的主因之一。Item 極端降雨相關指標在臺灣長期變化的分析：觀測、模擬及未來推估(2022) 林佩瑩; Lin, Pei-Ying根據IPCC的氣候變遷科學評估，當大氣受到暖化的影響，全球降雨型態也隨之產生改變，大部分陸地上的強降雨事件發生頻率有增加的變化，不過各地局部的變化趨勢還是有所不同。本研究以氣候變遷偵測與指標專家小組所制定的極端降雨相關指標，使用高解析度網格觀測資料，調查近60年臺灣不同季節的極端降雨特性變化；並使用兩個動力降尺度模式，分析其對於極端指標在現今氣候的模擬能力及未來變化的推估。我們發現，對於近60年的長期趨勢變化，冬季東北角極端降雨的強度跟頻率增加，且極端降雨增加的區域延伸到南部；春季則是北部降雨強度跟總降雨量增加，冬春季皆受到東北海域水氣通量輻合增強所致。梅雨季降雨天數減少，可能由於臺灣到西北太平洋一帶水氣通量輻散。颱風季臺灣附近有氣旋異常環流，南部及花蓮北部的降雨強度、大雨日數統計上顯著增加。對於現今氣候的模擬，WRF-MRI跟WRF-HiRAM在梅雨季皆和觀測資料有較低的相關係數，其餘各季的降雨指標，模式大多能模擬其空間分布。未來變化推估方面，預期春季東北部及颱風季全台降雨天數有統計上顯著的減少；梅雨季跟颱風季在西部極端降雨強度跟頻率增加。對於天數改變的原因，颱風季主要受副熱帶高壓在未來增強所致；對於極端降雨強度跟頻率的變化，則是受西南氣流增強影響。Item 基隆火山群安山岩岩象學與石英來源之再探討(2023) 許敏柔; Hsu, Min-Jo基隆火山群位於北台灣火山活動帶的東北部，其火山體包含了基隆山、本山、武丹山、草山與雞母嶺。此外，在基隆市東北方外海的基隆嶼因形成年代、岩性特徵和地理位置皆與基隆火山群十分接近，經常被歸類於基隆火山群中一起討論。在北台灣火山活動帶中的火成岩中，僅在基隆火山群裡發現火成岩中含有肉眼可辨的石英顆粒，這是很特別的現象，而此現象與基隆火山群的岩石命名有緊密的關聯。從較早的文獻至今，學者們有著不同的發現與討論，經由岩象觀察、主要元素含量、氧同位素、實驗岩石學等方式，探討應稱呼其為石英安山岩、安山岩或含有石英的安山岩等稱呼上的分歧，而本研究在前人文獻的基礎之上，再以岩象學礦物計數、全岩地球化學分析結果，來加以探討這個議題，認為基隆火山群的火山岩應稱為安山岩或含有石英的安山岩。 關於基隆火山群火成岩特有的石英顆粒，本研究以岩象搭配石英顆粒電子影像，探討其石英顆粒的來源。在電子影像中，發現石英顆粒外表大多具有平滑表面或者貝狀斷口，岩象觀察中，部分石英顆粒為自形、單顆分布，可能代表石英為岩漿本身晶出；而電子影像中極少部分石英顆粒有小面積類似沉積岩的不平滑表面，岩象學觀察中，石英顆粒有渾圓的外表，可能代表石英是捕獲周圍沉積岩而來。另外，在岩象學觀察中發現石英顆粒具有灣狀構造，其造成原因有可能為岩漿捕獲周圍沉積岩而將石英熔蝕，也可能是石英顆粒於岩漿庫生成後，在岩漿上升過程中經過溫壓改變而有不穩定的狀態而造成。綜合各種特徵，本研究推論石英來自岩漿晶出或者由沉積岩捕獲而來，兩者皆有可能，甚至是兩種來源皆存在。 另外，因基隆嶼在前人文獻中，表現出部分資訊與基隆火山群相近的訊息，但也有部分文獻發現基隆嶼和大屯火山群的資訊較為相關，於是有了基隆嶼歸屬的議題討論，本研究以全岩主要元素與微量元素、全岩鍶釹同位素，以及前段敘述的石英顆粒特徵觀察等方法，並參考前人文獻，認為基隆嶼和基隆火山群可能來自不同岩漿庫。Item 探討臺灣、亞洲季風區及北半球日至月尺度降水與地面溫度之關係(2023) 吳珮縈; Wu, Pei-Ying本研究利用臺灣測站資料及全球網格再分析資料進行分析，發現臺灣在夏季降水量與溫度之關係有顯著負相關，春季有較弱負相關，而秋冬多為不顯著的相關性，而在亞洲季風區內也有類似現象，另外在整個北半球區域，越往低（高）緯度地區降水量與溫度之關係全年幾乎呈現負（正）相關。再加入風場資料分析降水量與溫度之關係在季節上的變化，發現在亞洲季風區內，日本、臺灣及臺灣附近之海域在有北風分量時，降水量與溫度之關係為正相關，也就是秋季及冬季的時候；在有南風分量時，降水量與溫度之關係為負相關，也就是春季及夏季時，隱含著這樣的變動關係和季風與季節轉變有關。本研究另外加入Outgoing Longwave Radiation（OLR）與海平面氣壓資料來分析造成降水量與溫度這兩者關係之機制，推測低緯度地區呈現負相關原因主要由降水型態所影響，在夏季若有對流發生產生降水時，雲層將阻擋日照使溫度下降，因此為降水量越多溫度越低的負相關；高緯度地區呈現正相關原因可能為該地區溫度低，無法有足夠水氣與龐大蒸發量引發對流產生降水，必須先讓溫度升高後增加蒸發量才有機會產生降水，因此在高緯度地區若有降水發生時為溫度越高降水量越多的正相關。除了計算相關係數，本研究計算Precipitation-temperature relationships（PTRs）值，發現在臺灣春季及夏季有明顯負值，表示有降水發生時溫度會明顯下降；而在亞洲季風區內，負值範圍也會隨季節變化，在夏季時會向北擴張。最後使用Frequency of occurrence of precipitation（FOP）及Temperature-precipitation index（TPI）分析方法，由FOP分析可知在臺灣冬季，許多溫度區間下有一半的機率會發生降水，一半不會發生降水，使臺灣冬季降水量與溫度關係不明確；而在夏季則有在相對低（高）溫區間經常發生（不發生）降水的現象。此外，由TPI方法可知臺灣降水大多發生在低於溫度中位數時，僅10～1月期間在部分測站有降水發生在高於溫度中位數時；而在亞洲季風區，降水偏好發生在低（高）於溫度中位數之區域和降水量與溫度之負（正）相關區域相符合。若以天氣系統角度解釋造成不同關係的機制，在夏季影響臺灣及亞洲季風區低緯度地區天氣系統主要為：熱帶低壓、季風低壓、副熱帶高壓等，這些系統帶來（無）降水時，常伴隨氣壓降低（升高）溫度下降（上升）的特性，造成降水量與溫度為明顯負相關；而影響高緯度地區的天氣系統主要為：溫帶氣旋、暖鋒、西伯利亞高壓等，這些系統帶來（無）降水時，常伴隨氣壓降低（升高）溫度上升（下降）的特性，造成降水量與溫度為正相關；而影響臺灣冬季天氣系統較複雜，有濕冷、乾冷、暖乾等不同現象，導致降水量與溫度之關係不明確。Item 以臺灣中部新近系地層碎屑鋯石紀錄來探討前陸隆起演化(2022) 賴美澄; Lai, Mei-Cheng臺灣褶皺逆衝造山帶形成於新生代，是歐亞板塊與菲律賓海板塊聚合碰撞之結果，且於造山帶荷重不斷增加下，逆衝褶皺帶前緣撓曲，形成前陸隆起及前陸盆地，積累沉積物於前陸盆地中。儘管目前已有一些研究針對前陸隆起開始的時間進行探討，結果仍眾說紛紜。因此為更加了解前陸隆起始於何時，本研究利用較連續完整之苗栗後龍溪剖面，採集北寮砂岩至錦水頁岩樣本，進行碎屑鋯石之鈾-鉛定年分析，並同時對比明德水庫與大安溪兩個中部剖面之碎屑鋯石研究。結果顯示，臺灣前陸隆起應是開始於南莊層(晚中新世)，啟動時間又以後龍溪剖面稍早於明德水庫剖面。此外，本研究發現，三剖面之碎屑鋯石年代頻譜紀錄會因構造、古地形與沉積環境影響，使在相同岩性地層下，呈現出相異年代頻譜變化。此案例雖於澳洲西部亦可見，但其樣本之間距離相對於臺灣較遠，顯見臺灣短距離之古地形變化明顯。另外，本研究亦由後龍溪剖面關刀山砂岩段與錦水頁岩樣本中，發現一特殊約670 Ma峰值，該峰值僅見於武夷山地區，然而其於關刀山砂岩段中可見，可能是因為該層沉積時位處低水位期，使閩江向下切蝕武夷山地區沉積物並將其運送堆積。而錦水頁岩樣本偵測到該峰值，可能是前陸隆起西移，使沉積物物源多元的結果。此外，透過碎屑鋯石年代頻譜紀錄，也反映出週期性的海水面升降變化，例如：後龍溪剖面南港層年輕碎屑鋯石(< 300 Ma)比例呈現週期性變化，比例以海進時期的打鹿頁岩為最高，可能是受到海水面上升影響，僅能以近物源供應為主所致，這一點和明德水庫剖面相同。顯見地層中的碎屑鋯石組成，不但能靈敏反映構造、海平面升降變化，更可藉此獲知前陸隆起演化訊息，增進對臺灣中部前陸隆起歷史之了解。Item 以事件角度分析台灣極端降雨變化(2023) 趙品諭; Chao, Pin-Yu極端降雨在氣候風險評估中屬於主要危害之一，過去因極端降雨所引發之自然災害造成許多損失，因此極端降雨過去及未來如何變化逐漸受到重視。台灣的極端降雨往往發生在特定的環境條件，如颱風或梅雨鋒面等。然而，過去相關的極端降雨研究多使用極端降雨指標來做分析，且極端指標主要是以各格點的資料做計算，而非獨立之極端降雨事件。因此，本研究以事件角度分析極端降雨變化提供了該領域研究下新的觀點。本研究利用高解析度網格化觀測資料，以深度優先追蹤演算法偵測1960年至2019年間的台灣極端降雨事件，並設定兩種門檻（80mm和350mm）來篩選出大雨事件和大豪雨事件。本研究利用極端降雨事件之特性進行分析，其中事件之總降雨體積可分為平均降雨強度、平均影響面積，以及持續時間之貢獻，因此透過此關係除了可以了解事件間的差異，也可以取得各年或各區域極端降雨的主要貢獻事件。而台灣極端降雨事件前十名之特性也一併在本文中進行討論。 本研究發現兩種強度之台灣極端降雨事件在過去60年中發生頻率及總強度皆呈顯著增加，其中大豪雨事件在後30年的發生頻率較前30年增加76%，大雨事件則增加23%。對於總降雨體積變化之貢獻，大豪雨事件之平均降雨強度、平均影響面積及持續時間變化皆呈增加，但持續時間之變化不顯著。而大雨事件之趨勢也相同，但持續時間變化在大雨事件中則顯示減少趨勢。除此之外，平均影響面積之變化為總降雨體積變化的主要貢獻。Item 未來長期氣候變遷對西北太平洋超級颱風個案降水潛在影響之模擬研究(2023) 謝旻儒; Hsieh, Min-Ru氣候變遷所衍生的極端天氣現象是人類在未來須面對的環境議題之一，近年來逐漸在國際間獲得重視，而對於未來的災害推估也是學界近期正努力鑽研的一大領域。對於西北太平洋區域而言，颱風的肆虐往往對陸地造成嚴重災損，除風力驚人，其挾帶的劇烈降水更具有破壞力，尤其薩菲爾·辛普森等級C4或C5的強颱更是不可言喻。為探討未來暖化下強烈颱風的降水變化，本研究以此為動機，自Thean (2021) 選取雲解析風暴模式CReSS模擬之梅姬(2010)、海燕(2013)、莫蘭蒂(2016)三個典型超級颱風個案及未來21世紀末RCP 4.5及RCP 8.5情境的模擬實驗結果，加以分析相關降水參數及環流結構變異，另使用水收支做更進一步的定性與定量診斷作為研究主軸。研究結果指出，三個案在未來情境模擬下，背景水氣增加與垂直次環流上升運動的加強導致颱風劇烈降水皆有顯著成長，在0~400公里半徑範圍內，經全模擬時間平均，梅姬颱風分別在RCP 4.5及RCP 8.5情境下增加6.04%、12.85%，海燕颱風分別增加12.85%、29.6%，莫蘭蒂分別增加4.63%、6.3%；若縮小至0~200公里半徑，梅姬颱風於兩環境下分別成長11%、19.99%，海燕颱風分別增加10.42%、19.43%，莫蘭蒂颱風則成長5.92%、19.58%。各類水象粒子的軸對稱垂直剖面分布也呼應到降水，水氣、降水粒子在內核有顯著增長，而冰相粒子因溶解層提高，生成高度會些許增加且有總含量減少的可能性。在水收支分析上，考慮不同個案的環流半徑與計算精確度，三個案使用不同半徑與時長進行計算，不過皆有一致的結果：在暖化情境下，密度輻合增強，密度平流加強，粒子絕對溼度時變率亦增加，而整體水收支以水氣的密度輻合為最大主導項。本研究另有分析中低層0~5.5公里之可降水量與水平輻合積分，儘管發現三個案於不同暖化情境下誘發降水的偏好歸因不同，一部分實驗的降水差異來自水平輻合的增大，另一部分則來自可降水量的增加，不過兩機制皆會對未來超級颱風環流降水增加的可預期性是不變的。Item 遠域颱風對臺灣東北龍洞海域降溫之影響(2022) 陳毅睿; Chen, Yi-Rui颱風生成於廣大的熱帶海洋上，當其經過海洋時，沿著颱風附近的海表面溫度，會因颱風的經過而有明顯的海表溫下降，並且前人文獻指出颱風造成海表降溫通常發生在颱風行進路徑右側附近( Price, 1981 )。然而，我們通過龍洞氣象浮標過去20年 ( 1998至2017年)的連續觀測資料，發現行經呂宋海峽的遠域颱風多次在遠在颱風軌跡420 km外的龍洞海域造成6 ℃以上的降溫，為了釐清其中的機制，本研究使用區域海洋模擬系統模式 ( Regional Ocean Modeling System, ROMS )，模擬2001年至2018年具備類似路徑之6個颱風案例，分別為2001年的尤特( Utor )、2003年的杜鵑( Dujuan )、2005年的珊瑚( Sanvu )、2011年的南瑪都( Nanmadol )、2013年的天兔( Usagi )及2016年的莫蘭蒂( Meranti )；並搭配龍洞潮位站之潮位資料與浮標之海溫資料對模擬進行驗證，系統性分析遠域颱風在龍洞地區造成上層海洋冷卻響應之過程。此外，由於龍洞位於近岸區域，潮汐作用對颱風引起冷卻響應過程可能造成之影響，亦為此研究欲釐清之重點。研究結果顯示，遠域颱風在龍洞引發較為強烈之降溫，主要透過颱風引起臺灣東北海域黑潮入侵之機制，並且，敏感度實驗顯示，臺灣東北海域當地風力為決定黑潮入侵是否形成之關鍵因素。同時，結果亦顯示，在未加入潮汐作用之實驗當中，颱風引起降溫在六個研究範例當中平均較觀測資料弱6.8 °C。在納入潮汐作用後，颱風引起近岸區域降溫趨於強烈，與觀測資料對比，溫度平均差異大幅度縮小至1.0 °C，整體而言，納入潮汐作用後，颱風引起近岸區域降溫之過程模擬獲得系統性改善。最後，透過系統性分析發現，加入潮汐作用主要透過底下機制增強颱風引起上層海洋降溫之過程，包含: (1) 在半個潮汐週期性振盪內會有上升流，因此潮汐作用可以加強上升流的強度，而且潮汐混合會破壞水體分層，提供有利環境供次層冷水上升，加上颱風通過時造成此區的強烈的上層混合和上升流，更容易使冷水抬升至較淺的水層、(2) 潮流與海底地形的交互作用，導致底部水層動能增強且底部應力增大。此外，底部應力也可以驅動額外的底部艾克曼傳輸( Bottom Ekman transport )，弱化底部水體分層，容易產生較強的上升流，進而使颱風通過後造成的海表降溫更強、(3) 龍洞次表層的南向潮餘流引發向下的底部艾克曼流( Bottom Ekman flow )，造成底部向東的艾克曼傳輸( Bottom Ekman transport )，而後因海底地形的關係，在離岸約20公里處產生向上的流，整體構成一逆時針環流，由於該區域上下翻轉流作用，使潮餘溫呈現次層水冷卻而下層水增溫之情形。綜合上述效應，我們建議後續在模擬颱風對近岸上層海洋冷卻響應時，納入潮汐作用可相當程度改善近岸降溫之情形並使之更符合真實之海洋狀態。Item 越南北部紅河地區碎屑鋯石鈾-鉛年代學研究：對新近紀水系重組的影響(2022) PHAM THI THANH MINH; PHAM THI THANH MINH紅河發源於中國雲南省，流經揚子地塊西南緣，最後匯入南海。它被認為是從青藏高原東部和中國南部輸送沉積物進入東京灣(南海)的重要通道。由於紅河水系與構造、氣候，尤其是青藏高原的隆升關係密切，學者長期以來對其起源和演化進行了研究。然而，以前的研究主要集中在紅河河道的演化上，因為以前可能存在大陸尺度的水系系統，其中東亞的主要大河(即雅魯藏布江、湄公河、薩爾溫江、長江上游和中游)都曾經可能是古紅河的主要支流。然而，由於構造抬升、河道被捕獲，大規模的古紅河失去了源頭。儘管進行了許多研究，但尚未就紅河的演變情形達成一致共識，這意味著該系統的演變非常複雜。儘管紅河中下游位於越南北部領土，直接流經紅河剪切帶；相比之下，紅河的起源研究很少被探討，紅河在越南流域的可用數據仍然有限。因此，本研究收集了越南盆地的沉積物，這些盆地保存了近乎完整的新生代古紅河紀錄，包括來自安沛盆地(紅河中游)的5個礫岩層樣本、1個安沛的現代河沙和2個河內盆地(紅河下游)的鑽井岩心樣本。具體而言，安沛礫岩有4個晚中新統礫岩基質樣本，1個晚中新統之前的礫石樣本。兩口鑽井岩心被分成4個樣品，其中3個在中新統晚期沉積，1個在上新統-第四系沉積。在這項研究中，本研究利用雷射剝蝕感應耦合電漿質譜儀(LA-ICP-MS)碎屑鋯石的鈾-鉛年定年，結合一系列可用的鋯石鈾-鉛年代學數據，試圖了解紅河水系的起源和發展。總體而言，鋯石顆粒產生的年齡範圍從太古宙到新生代(3171±17到24.9±0.6 Ma)，表明沉積物輸入來自多個來源。鋯石年齡的統計分析顯示，南揚子地塊可能是晚中新世以來安沛和河內盆地最重要的源區。相比之下，松潘-甘孜和蘭坪-思茅地塊是晚中新世之前沉積的礫岩的主要物源來源。此外，這項研究提出了現代紅河的主要支流瀘江(Lo river)和李仙江(Da river)分別在晚中新世和上新世-第四紀時期與紅河主河道相連接的可能性。本研究還建議任何大陸尺度的古水系系統應可能存在於晚中新世之前，任何大規模的紅河捕獲至少應該在晚中新世之前發生。此外，在多維尺度(MDS)圖上，安沛盆地上中新統前樣品的年代頻譜與劍川盆地和貢覺盆地始新世地層的年代頻譜具有很強的相似性，此二盆地位於長江上游擬定捕獲點下方和上方。這意味著在始新世時期發生了古長江和古紅河連接。有趣的是，MDS圖上安沛上中新統前樣品與劍川盆地的始新世最後期(即劍川組)的樣品相差甚遠。這一結果表明，古紅河的捕獲很可能發生在始新世晚期，並且可能一直持續到早漸新世，正如安沛上中新統前樣品的最大沉積年代(大約 29 Ma)所顯示的那樣；且現代長江很可能誕生於漸新世早期。最後，本研究在晚中新統樣品中發現了在紅河平移斷層的前、同剪切過程中產生的大量鋯石；這可能表明在此期間有強烈的侵蝕作用，因此這些鋯石可以有如此大的數量。此外，變質鋯石鈾-鉛年代峰值約在30.6 Ma，可能表明紅河斷層系統從前剪切到同剪切期間發生強烈的變質作用。Item Petrogenesis of Late-Neoproterozoic granite of the Doba basin, southern Chad(2023) 陳氏慧; Tran Thi HuenoneItem 以機器學習研究台灣梅雨季不同降水型態之時空分布與環境分析(2023) 楊立宇; Yang, Li-Yu台灣於梅雨季內常伴隨鋒面與中小尺度系統，常發生劇烈降水事件。為了解並統整受梅雨鋒面影響下不同降水型態對應的大氣環境狀態，本研究先尋找近十年台灣受梅雨季鋒面影響之時段，從中篩選出大量降水事件。由於降水事件個數眾多，本研究先以事件之降水極值進行初步分類；再以主要降水區域的空間差異，以機器學習方法將前述分類結果再逐一細分。從結果可見，部分類別間的主要降水區域分布相似度高，但亦有類別的降水區過於零散且發生頻率偏低。因此本研究從中挑選、整併出4種降水極值、6種主要雨區共計24種雨型，並刪除一種事件數甚少的雨型，最終以23種雨型進行後續分析。分析結果可見，平地雨區與山區雨區之間無論時序變化、環境特徵均差異大，顯見平地與山區的降水事件發生機制明顯不同，不過南部平地、中南部山區雨區之間受海陸風與背景西南風之輻合影響，其日夜變化明顯相互關聯。北部平地雨區之發生頻率時序為所有雨區中最顯其獨特性，在季內變化上，較集中於5月發生；在日夜變化上，較集中發生於凌晨至早上時段。所有山區雨型於近中午至午後時段有較多大降水極值事件出現，顯示有明顯之日夜變化現象。從環境條件分析之結果可見，熱力或水氣性質參數在台灣附近之位置或指向通常與各雨區位置有所相關，即途經或指向該雨區，且地理位置與之相近的平地雨區，其大氣特徵與隨降水極值變化下之大氣變化趨勢有彼此相近的現象。本研究另使用中央氣象局之梅雨季豪大雨檢查表的部分項目，統計與各雨型之間的相關性。自結果可見，位置較南的雨區即越適用此些項目，顯示位置較北的雨區或需另行訂定其他項目或僅使用少數項目，以利預測該地的豪大雨事件。本研究可提供台灣梅雨季不同降水類型下的環境特徵，並提出現有豪大雨檢查表的不足之處，期盼未來能依其資訊進一步製作預測指標，以協助預報員在預報實務上的運作。