學位論文
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Item 機器學習與黑洞影像(2024) 谷浚宇; Ku, Chun-YuItem 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。Item 越南北部馬河三角洲岩心之碎屑鋯石鈾-鉛定年學研究(2024) 劉駿騰; Liu, Chun-Teng馬河縫合帶(Song Ma Suture)位處華南地塊(South China Block)和印支地塊(Indochina Block)交界處，馬河三角洲(Song Ma Delta)接受了大量來自馬河縫合帶之沉積物。其中的碎屑鋯石應可記錄相關板塊構造事件，將碎屑鋯石年代和周圍構造單元年代比對，應有助於了解馬河縫合帶周遭的大地構造演化。故本研究透過對馬河三角洲五口鑽井岩心之碎屑鋯石，進行雷射剝蝕-感應耦合電漿質譜儀鈾-鉛定年，以製作年代頻譜，和周遭大地構造單元之年代頻譜以傳統視覺方法比對，並引入新興的相異性檢測法( 如 K-S 檢測或 Kuiper 檢測等) 與多維尺度化(Multidimensional scaling, MDS)圖等統計工具及離析(Unmixing)模型，藉以輔助年代特徵之量化比對，期望能了解馬河三角洲之沉積物源演化，並推論可能的大地構造歷史。研究結果表明，所有馬河三角洲樣本和周邊大部分印支地塊與華南地塊之大地構造單元相似，皆具有非常強烈的印支期造山事件主要峰值(300–200 Ma)以及強烈的加里東期造山事件次要峰值(490–400 Ma)，表明華南地塊與印支地塊可能於490–400 Ma 時，地理位置已經非常接近，使兩者擁有相似的物源；古特提斯海開啟之後，印支造山事件發生，兩地塊再次沿馬河縫合帶聚合，長山帶(Truong Son Belt)發育完成，將印支地塊與部分華南地塊等過去具有相似物源之地體分隔開，後續各自受當地較強的造山事件影響。根據前人文獻所發表的馬河三角洲鑽井岩心放射性碳同位素 14 碳定年結果，利用內插法粗略估算得到樣本所在地層年代介於中全新世到晚全新世之間；在距今(西元1950 年)大約6,700 年前，紅河或其支流直接流入馬河三角洲北部區域；到了距今約3,100 年前，紅河並未繼續供應沉積物至馬河三角洲，而使馬河上游成為馬河三角洲沉積物之唯一物源。然而，距今約 1,500 年前，馬河三角洲南方的藍江開始有沉積物輸送至馬河三角洲南部區域。故馬河三角洲北方與南方區域曾經分別受紅河及藍江影響，因受影響區域相對侷限，推論沿岸流造成影響較小，此影響主要來自河流直接流入；然離析模型結果表明，此影響亦不大，馬河三角洲沉積物之主要物源來自於其上游桑怒區(Sam Nua zone)。井位 LK5 中顆粒較粗的樣本所含鋯石有較大顆的傾向，年代有較輕的趨勢；而顆粒較細的樣本內含的鋯石則有較小顆的傾向，年代有較老的趨勢，顯示流體動力分化對礦物顆粒大小及年代可能的影響，然而，尚無法完全排除物源變化造成的效應。本研究導入的新興統計工具及離析模型等有良好的輔助功能，提供的結果具有一定可信度，同時使用多種工具相互驗證，配合傳統的視覺比較方法及對地質背景的了解，研究者能夠進行更貼近實際情況的推論，這些工具未來無疑是沉積物物源示蹤研究進展的重要推手。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 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 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 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 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 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 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。