海洋環境科技研究所(104學年度起合併至地科系)

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在全球環境急遽變遷及資源耗竭下,環境議題日受重視,「環境教育」自1970年代起即成為先進國家積極推動的專業;近年來聯合國教科文組織更倡議將2005~2014訂為「永續發展教育十年」,呼籲各國積極推動環境教育及「永續發展教育」之研究與發展。國立台灣師範大學環境教育研究所為國內第一個設立的「環境教育研究所」,於民國八十二年開始招收碩士班研究生,並於民國九十五學年度起增設博士班,積極培養環境教育專業人才、推動學校及社會之環境教育與學術研究。近年則積極參與區域與地方永續發展相關研究及推廣教育,推動綠色學校、永續校園、綠色大學、自然教育中心、環境學習中心等,並與國際著名大學或研究中心合作,朝向亞太「永續教育區域專業中心」(Regional Center for Expertise on Education for Sustainable Development)發展。

本所努力方向:
  1. 學術研究國際化,進行環境教育及永續發展創新研究,提昇學術實力;
  2. 深化環境教育相關理論與應用研究,培養專業人才;
  3. 進行環境教育教與方案之研發、應用與評估,提昇環境教育專業品質;
  4. 協助政府與民間進行環境教育系統規劃、政策研究與人力培訓發展,增進整體社會環境倫理與典範轉移;
  5. 協助政府與民間運用不同自然環境與文化資源,開創環境學習場域,提供全民多元環境學習機會,提昇國民環境素養。

依據本所98.5.22課程委員會、理學院98.5.30課程委員會及本校98.6.2.校級課程委員會三級課程委員會通過之「環境教育研究所課程架構與學生能力指標」, 本所之發展願景、教育目標及學生能力指標如下:

一、發展願景
  1. 發展成為世界第一流的環境教育研究與教學機構,引領國內環境教育之推展;
  2. 學術研究國際化,進行環境教育及永續發展創新研究,提昇學術研究實力;
  3. 環境關懷在地化,培育具有深刻環境關懷及環境教育專業能力之人才;
  4. 學理探討深刻化,奠立環境教育相關理論及哲學基礎,培育兼具科學基礎與環境倫理之優秀研究人才;
  5. 環境素養跨界化,提升科學及人文素養,培養理解自然與人文領域之整合能力,推動永續科學及永續教育之研究與社會實踐
二、教育發展目標
(一)博士班教育目標:
  1. 培育具有精深學術素養與環境哲思基礎的環境教育學術研究人才;
  2. 培育國家環境教育領域之領導與創新專業人才;
  3. 培育兼具科學及人文素養,發展永續科學與永續教育領域之研究人才;
  4. 培育大專院校與人才培訓機構之環境教育相關領域研究與教學師資;
  5. 培育國內外環境保育、環境學習、永續產業的研究教學及專業研發人才。
(二)碩士班教學目標:
  1. 培育具備環境倫理及環境素養之環境教育專業人才;
  2. 培育以永續發展科學為基礎的永續教育推動及管理人才;
  3. 培育各級學校具有學科整合能力之環境系統管理及環境教育規劃人才;
  4. 培養環境保護與自然保育行政部門的教育訓練規劃及整合推動之人才;
  5. 培養民間團體、自然教育中心、環境學習中心等領域之環境教育專業課程設計、活動企畫經營的專業人才;
  6. 培養協助企業社會責任、具有環境溝通與推廣能力之人才。

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    黑潮入侵東海之研究
    (2013) 林永富; Yomg-Fu Lin
    黑潮是北太平洋中最重要的西方邊界流,北赤道洋流由東向西流,遇到民答那峨島分支成南北兩股海流,向北的支流為黑潮,流經菲律賓東岸、呂宋海峽與台灣東部海岸。當黑潮流經台灣東北時,因遇到東西走向的東海陸棚,使得原本向北流動轉而向東流,大約沿著200公尺等深線流往日本東岸,黑潮在台灣東北部有季節性擺動的現象,在夏季時,容易向離岸(向東)方向擺動;在冬季時,容易向靠岸(向西)方向擺動,並進而入侵東海陸棚。本研究主要是利用1993年至2010年的衛星觀測資料來研究台灣東北部海流的時空變化,尤其是黑潮入侵東海陸棚的現象,我們定義經度121.67°E至122.5°E,緯度25.5°N至26.4°N之平均流速為黑潮入侵東海陸棚的指標 (Kuroshio Intrusion index, K. I. 指標),結果發現在年際變化上K. I. 指標與氣候指標(如ENSO、PDO和PTO等)有顯著的相關性,在1997/98年與2002/03年的冬季,當PDO與ENSO皆呈正向時,入侵量有明顯減少的現象。進一步分析,在1997/98年的冬季,是受到熱通量梯度的改變所影響。2002/03年的冬季則是受到由東向西傳的中尺度渦漩靠近黑潮所影響,反氣旋渦漩容易造成黑潮向東蜿蜒,使得入侵量減少。
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    西北太平洋渦旋偵測與統計分析
    (2014) 李博硯
    西北太平洋渦漩的生成與傳遞,不僅影響了該區域的海高變化,也會影響到海洋生地化作用。本研究利用20年(1993-2012) 的衛星高度計資料,對此區域中尺度渦漩進行偵測,並且根據渦旋特性進行一系列相關統計。結果顯示,在此區域中,暖渦數量(16435) 明顯多於冷渦的數量(12333) ,除了在北緯19-21°範圍之內(冷渦數量多於暖渦數量),暖渦主導了大部分的海域。一般而言,冷渦半徑稍大於暖渦半徑,兩者皆在20°N達到最大,並向南北逐漸減少,另外,暖渦之中心海表面高度異常變化 (Sea Level Anomaly, SLA) 平均較大於冷渦,並且隨經度向西增加,在黑潮附近達到最大,同樣地,渦旋受到向西傳播的影響,在黑潮附近數量最多,而渦旋動能(EKE)明顯在台灣東部海域為高值,主要是受到渦旋數量及中心SLA變化的影響。季節上,除了渦旋中心SLA外,冷暖渦之間差異不大。進一步分析渦旋的傳播,渦旋的平均移動速度為8.3cm/s,主要朝著西方移動,冷暖渦分別向北及向南偏轉,最後受到黑潮的阻隔,在此速度減弱,甚至消散。渦旋的傳播不僅受到背景的影響,冷暖渦獨特的性質更會造成傳播上的差異,根據傳播的統計結果,顯示暖渦擁有更完整的發展過程在長生命週期上,隨著季節的不同,冷暖渦傳播特性的差異更會影響到進入台灣東部海域的渦旋路徑。
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    1991-1995 長聖嬰個案診斷分析
    (2012) 徐尉傑; Wei chieh Hsu
    聖嬰現象的周期一般為1-2年,1991-1995年出現長達五年的聖嬰,是過去百年觀測紀錄最長的聖嬰個案。目前雖然已有些研究探討此個案,但此長生命聖嬰現象如何維持?全球暖化或太平洋年代際變化與此個案的關係?目前尚無清楚的答案。本研究主要利用SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 2.0.2觀測資料以及濾波方法探討全球暖化與太平洋年代際變化對1991-1995 聖嬰個案的影響,並透過混合層熱量收支了解此長聖嬰個案維持的物理機制。 從海洋垂直結構與大氣環流發現此聖嬰為中太平洋型聖嬰與東太平洋聖嬰兩類型聖嬰的混合,前期(1991-1992)大氣與海洋結構近似東太平洋型聖盛嬰,後期(1993-1995)類似中太平洋型聖嬰。濾波分析顯示太平洋年代際變化對此聖嬰週期的延續具關鍵性影響,但全球暖化線性增溫的影響則不明顯。混合層熱量收支得到太平洋年代際變化主要透過氣候平均垂直運動之垂直溫度平流項與氣候平均緯向運動之南北向溫度平流項延長此聖嬰的周期。
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    淡水河流域及其河口近岸海域沉積物汞之時空變化
    (2013) 呂宗翰; Tsung-Han Lu
    本研究分析2009年淡水河流域及其河口近岸海域之表層沉積物中總汞、鋁、銅、鋅、鉛、鎘、有機碳、總氮等含量及粒徑分布,以了解總汞在研究區域內空間分布及時間變化、污染情形與通量變化。本研究結果顯示表層沉積物總汞濃度平均值為61 ± 42 ng g-1 (範圍介於6 ~ 284 ng g-1),而總汞濃度最高值分別位於主河道鄰近獅子頭抽水站及近岸海域之隸屬八里污水處理廠放流管附近區域,其主要受到上述設施排放大量含汞之廢污水所致。另一方面,表層沉積物顆粒大小及有機碳分別與總汞具有良好的正向線性關係,表示顆粒大小及有機碳皆為影響總汞空間分布變化的主要控制因子。在近岸海域其總汞濃度之時間變化的部分,根據單因子變異數分析(One-way ANOVA)的結果顯示2009年近岸海域內表層沉積物總汞並無明顯的顯著差異,即無明顯的季節變化性存在。由本研究區域內表層沉積物總汞的EF (0.18 ~ 6.47)及Igeo (-3.32 ~ 2.24)之結果顯示,淡水河流域之主河道靠近獅子頭抽水站之河段及河口近岸海域的放流管附近區域皆有明顯的汞富集現象存在。另外,主成份分析(PCA)的結果除了指出顆粒大小及有機碳為影響表層沉積物總汞及其他重金屬之空間分布的主要二個因子之外,同時顯示本研究區域內重金屬總汞、銅、鋅、鉛、鎘的污染情形亦相當嚴重。最後,藉由本研究結果以估算近岸海域之海洋放流管附近區域的正常年年度顆粒態及總汞通量。就總汞而言,通量計算所概括之區域內主要的總汞輸入源為海洋放流管( ~428 kg yr-1,占總輸入量之88%)及淡水河(56 kg yr-1,占總輸入量之12 %);另一方面,主要的輸出源為此區域內總汞經沉降並累積於表層沉積物的部分為5 kg yr-1,而經計算而得到之移出此區域送入外海的總汞通量約為479 kg yr-1,其中顆粒態汞約238 kg yr-1 (占總汞49.7 %)。其顯示自淡水河及海洋排放管所輸入的總汞大約有98.9% (顆粒態汞:97.9 %)在海洋放流管附近區域被移除。儘管有高達 98 %以上的顆粒態或總汞被移除,但遺留下來的部分仍造成近岸海域受到相當程度的汞污染,顯示八里污水處理廠之海洋放流管的放流水對淡水河流域及其河口近岸海域之影響不言而喻。
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    東海傳輸量變化之研究
    (2011) 彭書憶
    本研究利用一個海洋數值模式的輸出結果來分析進出東海主要通道的傳輸量變化及原因。另外,鰻苗是透過黑潮一路從赤道往北輸送,我們更進一步探討黑潮的年際變動是否會影響臺灣東岸鰻苗的漁獲量。 季節變化部分,各通道的傳輸量變化以夏冬季為主,夏季傳輸量增強,冬季則減弱,而黑潮流經的東臺灣通道與圖克拉海峽的傳輸量變化主要是受到東太平洋往西運動的渦漩所影響。藉由經驗正交函數(EOF)分析,我們發現東海各通道傳輸量變化亦呈現出春秋季的變化型態。年際變化部分,聖嬰年時,臺灣海峽受到東北季風減弱的影響,傳輸量會比反聖嬰年強,另一方面,黑潮流經的東臺灣通道與圖克拉海峽,在聖嬰年時傳輸量會比反聖嬰年弱。 東臺灣通道的黑潮受到年際變動會有強弱的差別,我們將臺灣東岸鰻苗的漁獲量與黑潮做比對,發現兩者有一定的相關性。當1998到2000的反聖嬰年黑潮傳輸量增強時,漁獲量也有增多的情形,然而在1998年黑潮傳輸量達到最強時,漁獲量卻沒有達到最大值,反而是到了2000年時達到最大,推測此原因是在1997聖嬰年黑潮傳輸量減弱時,鰻苗減少,加上過度捕撈使得鰻魚洄游之數量減少所致。
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    北赤道洋流與黑潮上游之流況研究
    (2009) 嚴偉力
    北赤道洋流(North Equatorial Current)為一支由東向西流動的海流,到了菲律賓東邊以後,分成兩支,一支往北形成黑潮(Kuroshio),一支往南形成民答那峨海流(Mindanao Current),而海流分開的地方一般就稱為分支點(Bifurcation Point)。黑潮會將高溫高鹽水由低緯度往高緯度輸送,對於所經過區域如呂宋海峽、台灣、東海及日本的氣候變化,漁場分布等,都會產生很大的影響。所以對於黑潮上游及其源頭-北赤道洋流的變化,就值得探討。本研究是利用一個已經建構完成且有良好模擬結果的數值模式,來探討北赤道洋流與黑潮上游的流況。 透過模式的結果,我們瞭解到分支點會隨著時間的不同而有所改變。一般來說當它移動到較低緯度時,是在六月,移動到較高緯度時,是在十二月。另外北赤道洋流以及黑潮的傳輸量(Volume Transport)一樣也會隨著時間而有所改變,不過兩者都是呈現春夏較強,秋冬較弱的情形。而當聖嬰發生時,北赤道洋流的傳輸量會變多,分支點會往北移動,黑潮傳輸量會變少;當反聖嬰時,北赤道洋流傳輸量會變少,分支點往南移動,黑潮傳輸量變多。 黑潮上游的傳輸量,一直以來幾乎都是以18°N作為代表,對於18°N以南的黑潮流況,並不是很清楚,所以利用模式來對18°N以南的黑潮流況做一個探討。得到當緯度越來越接近18°N時,黑潮的傳輸量也就越來越多,而這主要是因為迴流(Recirculation)所導致的。 北赤道洋流與赤道反流兩者的主軸在聖嬰時會相距較遠,由動力高度圖來看可以發現北赤道洋流主軸兩側的高度差異較大;反聖嬰時,則是剛好相反,兩者主軸則是靠得比較近,北赤道洋流主軸兩側高度差異較小。透過動力高度圖,當海表面高度差異越大,海流流速就會越快,當差異越小,海流流速就會變小。
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    北南海及西菲律賓海浮游性植物族群結構之分析
    (2009) 楊絮涵
    海洋浮游性植物各族群體內獨特的色素組成可成為分析其族群結構的重要訊息。本研究利用高效能液相層析儀(HPLC)分析北南海及西菲律賓海中單細胞藻類體內色素之組成,並利用化學分類運算程式(CHEMTAX)進行藻類族群分布之運算。由於藻種體內各別色素濃度與葉綠素甲濃度比值(pigment ratio)為CHEMTAX推算族群結構之關鍵訊息,本研究以循環收斂運算方式(Latasa, 2007)應用於CHEMTAX的計算,以獲取較可信賴的色素比及族群分布結果。 本研究發現南海北部表水以Cyanobacteria和Prochlorococcus為主要優勢藻種,在浮游植物族群總量上分別占有36+15%和30+12%;SEATS測站則以Prochlorococcus (51%)為優勢藻種;東沙環礁內測站,以Prochlorococcus與diatom為優勢藻種,各別為35+17%和23+3%;綠島西北及西南測站,以Prymnesiophytes (25+2%)及Prochlorococcus (23+4%)為優勢藻種;西菲律賓海以Prymnesiophytes (49+3%)為主要優勢藻種。此結果對於海洋暖化、海水酸化或是人為活動由河川大氣輸出物等環境變遷對於南海北部及西菲律賓海之浮游植物族群分布之影響提供了基礎的背景訊息。
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    太平洋赤道洋流系統之研究
    (2009) 王儷樵; Li-Chiao Wang
    太平洋(Pacific Ocean)赤道地區(140°E~80°W,20°N~20°S),主要的洋流包括:由東向西流的北赤道洋流(North Equatorial Current, NEC)、南赤道洋流(South Equatorial Current, SEC),以及由西向東流的北赤道反流(North Equatorial Countercurrent, NEC)、赤道潛流(Equatorial undercurrent, EUC)。這些洋流主要生成機制和風力、柯氏力及壓力梯度力和有關。 本論文使用GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)模式1988~2007年的月平均資料,來研究赤道太平洋的主要洋流在正常年、聖嬰年及反聖嬰年夏冬兩季的流況變化。由模式結果我們發現,夏季時NECC與SECn緯度位置相近,因此遇上SECn後有分支北移的現象,NECC分支點的位置在聖嬰年偏東,正常年次之,反聖嬰年偏西。冬季時NECC比SECn要偏北,因此不會和SECn相遇。另外,正常年冬季出現於SECs南邊的SECC,在反聖嬰年冬季流速增強,到了聖嬰年冬季時則消失不見。 不論是正常年、聖嬰年或反聖嬰年的夏季,NEC自90°W有NECC往北匯入,流至110°W又往回匯入NECC,因此在90°W~110°W之間形成一個環流(Costa Rika Dome)。到了冬季,NEC在110°W沒有往回匯入NECC的現象,故冬季時此環流並不存在。
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    2008年晚春到初夏期間台灣周遭海域的二氧化碳交換通量與分佈
    (2009) 賴星宇; Hsin-Yu Lai
    本研究主要是探討台灣周遭海域表水二氧化碳的分佈及其海氣交換通量,並進一步瞭解其變化的成因及與水團分佈的關係。研究時間於2008年晚春初夏(5月28日至7月13日)於南海(South China Sea, SCS)、西菲律賓海(West Philippine Sea, WPS)、台灣西部近岸(Western Taiwan Coast, WTC)和東海(East China Sea, ECS)進行二氧化碳分壓(fCO2)的現場立即偵測,利用”二氧化碳分壓自動分析系統”(Automated Underway pCO2 System)來測量海水與大氣中之fCO2;所量測到的大氣fCO2範圍為367.4~402.2 μatm,其高值均發現在較靠近陸地的區域(台灣、中國大陸、呂宋島),高低濃度相差可達35 μatm。表水fCO2範圍:SCS介於352.3~415.6 μatm(389.3±16.5, n=1400)、WPS介於346.9~399.0 μatm(377.6±5.8, n=840)、WTC介於370.5~407.3 μatm(389.2±4.8, n=836)、ECS介於162~707 μatm(378±69, n=1497),以ECS的變化幅度最大,可達545 μatm;在長江和閩江沖淡水舌(Plume)區域發現海水中有著最低、次低的fCO2值(217、162 μatm),且fCO2分佈隨著經度由西向東而增加,與葉綠素a濃度的分佈趨勢相反,因此海水fCO2分佈主要隨浮游生物量的減少而產生梯度漸增的變化。長江與沿岸湧升流溫度低區,發現到海水中之fCO2分別有顯著的高值(707、676 μatm)存在,此區域有極低的透光度(13.9 %),極高的營養鹽(NO2+NO3)及葉綠素a(Chl-a)(32.2 μM、106.7 mg/m3),此海水含較高的fCO2推測可能來自於長江河水和沿岸湧升的底層水。SCS及WPS海域之水團較為穩定,其fCO2變化梯度均是由陸棚向外洋增加,這是由於近岸海水溫度較低且富含營養鹽葉綠素a,使得海水中的fCO2減少;在外洋區域生物作用較低,主要是反應日夜溫差(0.2~0.3℃),因此在SCS和WPS可清楚看出fCO2白日高晚上低(△fCO2 =7.9)。WTC表水fCO2整體變化幅度不大,但大氣fCO2受控於較接近陸源影響而呈現區域性的峰值。在晚春初夏期間,台灣周遭海域對於大氣來說皆是個二氧化碳的源(source),其二氧化碳溢散至大氣之整體交換通量在SCS約為1.74±2.06 mol C/m2/yr、WPS約為0.54±0.59、NWT約為0.29±0.18和ECS約為0.28±4.94。
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    呂宋海峽東側海表面高度變化之研究
    (2014) 肖征
    地球暖化普遍引起了全球海平面的上升,其中西北太平洋是已知上升幅度快速的海域,然而此區域海表面高度的趨勢變化具有明顯的區域異質性,造成此現象的物理機制仍不明瞭。本研究藉由總經驗模態分解法分析了西北太平洋海域在過去20年期間衛星海高資料的長週期變化,結果顯示除了已知的西北太平洋大部分海域在過去20年期間呈現上升趨勢之外,進一步發現在2003年之後,西北太平洋暖池海域的海表面高度上升速率有增強的趨勢,而呂宋海峽東側有一條東西向帶狀的海域,其海表面高度呈現快速下降的趨勢。 呂宋海峽東側海域在2003年以後,海表面高度下降的原因主要來自水體冷卻引起的比容高度下降,研究中分別探討了幾種會造成此區水體冷卻的可能因素:表層熱通量變化、表面風造成的湧升或下沉、海洋中尺度渦漩的擾動以及風生大洋環流變異。研究結果支持Sverdrup風生環流理論為主要的影響因子,顯示北太平洋風場第一模態(EOF1) 與亞熱帶環流的強度變化有關,第二模態(EOF2) 則與亞熱帶環流的北側南北位移有關,第三模態(EOF3) 則與下降期出現的“小型環流”有重要關聯。這些氣候因子共同影響了亞熱帶環流的強度與位置變化,使得2003年以後呂宋海峽東側海域逐漸變成亞熱帶環流的南邊界,於是海表面高度下降且相對較低溫。