學位論文
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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 臺南左鎮區二寮棘皮動物化石之研究(2023) 郭周昱; Kuo, Chou-Yu本研究透過形態觀察及特徵比較，針對產自臺南左鎮二寮出露之崎頂層中，總計27件共33隻的海星與 100 件海膽化石進行分類研究；另，經由化石泥質圍岩中所含超微化石分析，其地層年代相當位於 0.61-0.99Ma 區間（莊智凱，未發表）。所有海星化石：外形均呈星形、腕數為 5 腕、腕之切面呈長方形、口面與反口面均呈平坦、體盤相對較小、上緣板與下緣板均明顯且對稱、緣板外形呈長方形且板上覆滿顆粒體與偶帶有棘刺、帶線明顯，以及背板較小且呈小柱體狀等共同特徵，可同歸屬於柱體目( Paxillosida )中的槭海星科( Astropectinidae )。再依據：背板大小、數量與排列；上、下緣板大小；腹板數，以及步帶溝寬窄等細部差異，可區分出5件槭海星( Astropecten )與24件鑲邊海星( Craspidaster )；但由於化石大多缺少鑑種特徵，目前僅能從中鑑定出 2件華普槭海星近似種 A. cf. vappa 與 4 件黃昏鑲邊海星近似種 C. cf. hesperus。另外，這批海膽化石標本雖然幾乎皆為內鑄型保存，且有不等程度的受壓變形，僅有極少數的化石標本上有肛下帶線的殘留，但根據海膽化石形態特徵：外殼呈偏圓心形、殼長與寬幾乎相等；反口面殼後方比前方高、殼最高處在後方的第 5 間步帶、頂系靠近殼後方、前方步帶寬且中等程度凹陷、辮狀步帶靠近內帶線處寬而殼緣處細、辮帶上有排列整齊且兩兩成對的步帶孔、無環瓣帶線、大型殼疣；在口面，靠近殼前側口圍凸出、唇板凸起、肛門呈現稍長的橢圓形等特徵，可將這些海膽歸屬於猬團目( Spatangoida )、拉文海膽科( Loveniidae )、棘心海膽屬( Echinocardium )，並且鑑定為同一種 E.cordatum。本研究報告臺灣地區最年輕海星化石，是臺灣首次槭海星與鑲邊海星化石紀錄，也很可能是世界上首次報導鑲邊海星化石。Item 基於單類別分類之構造長微震偵測架構設計(2021) 吳宇翔; Wu, Yu-Siang在臺灣，自發型構造長微震（以下簡稱「長微震」）之好發區域為中央山脈南段，具有(1)持續時間長，可達數分鐘至數小時、(2)不具明顯可見之體波、(3)能量富集於2至8 Hz間，並可在數十公里遠的測站有幾乎一致的到時特性，而偵測手段仰賴多測站的包絡化波形進行互相關係數與測站間到時差。前人研究也發現，在臺灣進行長微震偵測時，較吵雜的背景噪訊與短時間密集發生的區域地震（震央距50-200公里）容易與長微震波形混淆，使最終的長微震目錄底定必須經過人工目視，較為耗時且涉及主觀成分。為探索以機器學習進行地震與長微震自動分類的可能，本研究以k-最近鄰居法搭配29項特徵對2016年間5,796筆區域地震與6,746筆長微震事件進行分類，搭配循序向前特徵選取法（Sequential Forward Feature Selection）達到96.4至99.1 %分類率，初步證明運用機器學習於長微震分類上之可行性。然而訓練多類別分類器必須針對所有類別進行定義、抽樣與標籤化，難以實現於連續偵測。本研究進一步以單類別分類器支援向量資料描述（Support Vector Data Description），設計長微震連續偵測架構，其優勢在於只需要長微震資料進行訓練，而不需針對大量類別進行處理。藉由設立多測站投票制度與持續時間門檻以及使用2016年1月1日至7月18日長微震事件進行訓練，本研究成功於2016年7月19日至9月10日，使用三個測站偵測出共132,240秒長微震。當提升測站數至九站，只使用水平分量於單站決策並在多站投票時以各站訊噪比為權重，偵測出總計10,620秒的長微震事件，但經目視後保留之事件比例，從使用三站的5.8 %提升至九站的31.6 %，證實了應用單類別分類於多站長微震偵測的可行性。Item 未來長期氣候變遷對北行侵台颱風個案之降雨影響(2019) 陳常溢; Chen, Chang-Yi本研究主要針對暖化情境對侵台颱風在降雨方面造成的影響為主軸。為了排除諸多不確定因素，本研究選取過去發生並有發布警報之北行颱風個案，使用雲解析風暴模式Cloud-Resolving Storm Simulator (簡稱CReSS)重現，並將其放置於本世紀末的氣候場探討，並加以比較進行敏感度測試，隨後本研究也使用水收支方程式來探討兩者降雨差異的原因。 未來的氣候推估方面，我們選取CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)共38個模式，挑選1981-2000年Historical run和未來RCP4.5和RCP8.5暖化情境的2081-2100年，選取這三種情境的6到10月做平均後，計算這100年間的差異作為氣候差異場。在個案上，我們選取了梅姬颱風(2010)、泰利颱風(2012)、康芮颱風(2013)以及鳳凰颱風(2014)。各個案的控制組實驗(現代氣候)採用格點分析資料模擬，而將上述氣候差異場疊加於相同分析資料後，即為未來暖化情境的敏感度實驗。 結果顯示，各個案大同小異：梅姬颱風在距中心500 km半徑內，RCP4.5情境下的總降雨量增加約20%，RCP8.5情境下增加約9%；泰利颱風在400 km半徑內，RCP4.5情境下總雨量增加約11%，RCP8.5情境減少約2%；康芮颱風在500 km半徑，RCP4.5情境下降雨量增加約57%，RCP8.5情境下減少約8%；最後，鳳凰颱風在400 km半徑內，RCP4.5情境下降雨量增加約11%，RCP8.5情境下增加約6%。所有的共通特性皆為強降水事件增加；弱降水事件減少。由於RCP4.5情境下雨帶較RCP8.5情境分佈廣泛，而RCP8.5情境下降雨集中在眼牆附近。在計算格點平均時，會使得降雨較集中的RCP8.5情境總雨量較少，但其雨量集中的程度不容小看。 在降雨增加的原因，分析颱風的次環流運動，低層內流增強；高層外流增強，導致內核上升運動增強，這也使得降雨在內核提高。Item 30-60天季內振盪現象對臺灣夏季降雨特色的影響(2018) 蔡玫紜; Tsai, Mei-Yun本研究主要是探討2007~2015年6月至8月期間30~60天季內振盪現象對臺灣夏季降雨特色的影響。研究過程中採用澳洲氣象局網站所提供之逐日即時多變數季內振盪指數 (Real-time Multivariate Madden-Julian Oscillation index，簡稱MJO指數)，針對強MJO事件(MJO指數振幅>0.9)下的臺灣夏季降雨特色變化進行討論。研究結果顯示，當MJO對流中心抵達中印度洋(相位2)時，臺灣降雨偏少；而當MJO對流中心逐漸離開海洋大陸進入西太平洋(相位6)時，臺灣降雨則偏多。進一步針對「臺灣降雨型態在MJO相位2和相位6時期中之改變」這個議題進行分析，則發現四種常出現的降雨型態(含午後熱對流降雨、鋒面降雨、颱風降雨、及其它因西南氣流增強帶來的降雨)中，僅午後熱對流及颱風降雨對總降雨天數的貢獻百分比，在相位2和相位6時期出現明顯差異。而透過環流場的分析本研究發現，因受到「西太平洋上空副熱帶高壓，在相位2時期比相位6時期更為西伸增強」以及「臺灣島上海陸風環流結構，在相位2時較相位6時期顯著」這兩因素影響，造成「臺灣午後熱對流降雨天數佔總降雨天數的比例」在MJO相位2時期高於相位6時期。反觀相位6時期，在「夏季季風槽增強」加上「南來水氣增加」的配合之下，提供了颱風生成及發展的良好環境，使得「臺灣颱風降雨天數佔總降雨天數的比例」及「臺灣颱風降雨的日平均降雨量」，在MJO相位6時期較相位2時期大。這些研究成果，對我們在瞭解強MJO事件下30~60天季內振盪造成臺灣夏季降雨型態的可能改變，至為重要。Item 康芮颱風(2013)結構演變與對流降水關係之研究(2016) 李茂正; Li, Mao-Cheng2013年8月下旬輕度颱風康芮(Kong-Rey)侵臺期間，衛星及雷達觀測資料均顯示其雨帶結構明顯不對稱，強對流雨帶多位於颱風中心之南側與西南側，且其渦旋垂直結構亦有傾斜現象，導致最大降雨區位於離颱風中心較遠之中、南部地區，累積雨量達500-700 mm以上，造成不少災損與人員傷亡，反觀離颱風中心最近之臺灣北部及東半部地區雨量則明顯偏少，多數地區累積雨量甚至不到50 mm。 本研究利用雲解析風暴(CReSS)模式模擬康芮颱風侵臺時之結構與降水演變，並進行地形敏感度實驗及位渦傾向診斷。模擬結果顯示，康芮颱風位於海面上時，其雨帶之不對稱性(南強北弱)主要為環境流場東北向西南之垂直風切造成，而雨帶成因為颱風環流西側之偏北風與巴士海峽之西南風輻合所致，且隨著康芮颱風北上接近臺灣地區，此輻合區與雨帶亦隨之北移進入臺灣陸地，配合地形強迫舉升，產生南北走向平行山脈之滯留性雨帶，遂於臺灣中、南部地區造成致災性豪雨。 地形敏感度實驗中，Control Run實驗因地形鎖定降水區域，使臺灣陸地上空產生大量潛熱釋放與垂直運動，導致中層正位渦隨時間增加，康芮颱風中層渦旋因而產生偏西分量移入臺灣陸地，而其低層之颱風中心則受地形阻擋持續北移，兩者遂產生明顯之相位差，使渦旋垂直結構隨高度向上向臺灣地形傾斜。No-Terrain Run實驗中，移除臺灣之高山地形，颱風北移時潮濕西南風仍可匯入康芮颱風之中心附近，維持中心附近螺旋雨帶之生成與發展，進而使接近颱風中心之臺灣北部與東半部地區累積雨量較Control Run明顯增多，但因缺少地形鎖定之滯留性雨帶，臺灣上空中層之正位渦值明顯較Control Run小，使康芮颱風之中層渦旋無法產生明顯之偏西分量，遂可維持較垂直之渦旋結構。Item 宜蘭紅柴林地區現地應力與導水裂隙關係之研究(2016) 高子恩; Kao, Tzu-En臺灣東北部宜蘭平原歷經造山擠壓與弧後張裂的影響，有較高的地溫梯度，因而產生豐富的地熱資源。透過現地應力場評估可以瞭解現今應力狀態，有助於地熱資源探開與開發，同時也對地熱鑽井工程提供重要資訊。導水裂隙發育與現地應力有密不可分的關係，為了使地熱發電達到最高產能。本研究利用非彈性應變回復法(Anelastic Strain Recovery )評估現地應力狀態進，而瞭解三維應力方向與大小，同時也對結元井200米岩心與養鴨場150米岩心進行岩心中視構造分析，詳細觀察並測量記錄岩心中各個地質構造的特徵與位態，探討地質構造於地底下的分布狀況。最後整合應力場評估與岩心中視構造分析結果，探討其地下構造與應力之關係。 研究結果指出ASR實驗明顯單純受到板劈理異向性的影響，推測岩心板劈理中水分的逸散會使岩心體積收縮，ASR紀錄並非現地應力釋放所產生之應變。岩心中視構造分析結果指出，結元井底下板劈理構造發達，因此大多數非充填裂隙與斷層泥主要順著板劈理面發育，而開口充填裂隙具有平行板劈理及垂直板劈理兩個群集。養鴨場井中開口充填裂隙亦具有兩群集分佈，與結元井不同的是，養鴨場井岩心有急折帶的產生。斷層擦痕反演指出，結元井過去曾有南-北方向拉張之正斷層應力場，以及南-北擠壓之逆斷層應力場。為了探現地應力與導水裂隙之關係，本研究利用DCDA、應力多邊形及斷層擦痕反演提供現地應力大小及方向，並透過3D-stress分析不同情境下開口充填裂隙成為導水裂隙之潛能。結元井與養鴨場開口充填裂隙屬於高擴張趨勢之開口充填裂隙，意味著現地應力具有高潛能使結元井與養鴨場井中切過劈理之開口充填裂隙成為導水裂隙。 綜合上述成果，斷層擦痕結果中逆斷層可能與早期板劈理同時形成；蘭陽平原正斷層應力場可能為沖繩海槽向西南延伸至之後所致，將應力場由南-北方向擠壓之逆斷層應力場轉變為南-北向拉張正斷層應力場；應力演化推測為早期劈理之逆斷層應力場演變至現今正斷層與走向滑移斷層應力場混合帶。Item