理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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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 利用遙測技術探討台灣福山地區森林之動態(2020) 白喬楠; Peereman, Jonathan Manuel Eric永久樣區與遙測為森林生態學研究提供新的可能性,使我們對森林的動態有更多的了解。頻繁而大規模的擾動透過對森林的結構與過程影響而成為森林動態變化的重要趨動力。然而現有森林樣區對其所在的地景系統的代表性、不同熱帶氣旋對森林影響是否可相類比、以及由遙測影像發展出的上些常用的植生指數的可對比性仍有很大不確定性。 本研究以遙測技術利用常用的植生指數探討五個颱風對台灣北部亞熱帶雨林--福山試驗林的影響。研究首先檢測25公頃的福山森林動態樣區對所在的地景系統的代表性,並檢驗涵蓋較廣海拔梯度以及不同形狀的替代樣區設計的代表性。其次本研究比較五個颱風對福山試驗林的影響及其與颱風風速風以及地形特徵(如坡度坡向以及海拔高度)的關係。研究亦分析颱風造成的植生損失的頻率和損失程度之間的關係,最後研究檢測五個颱風對四個植生指數造成的變動的一致性。 研究結果顥示,現有的永久樣區僅涵蓋現有植生覆蓋情形的一小部分。雖然颱風造成的植生指數變動在永久樣區和地景系統間不一致,但動態樣區並無高估或低估颱風對地景系統影響的趨勢。以最小歐幾里得距離(Euclidean distance)為代表性的指標的分析結果顯示,現有的樣區比其他替代的樣區設置更能代表颱風造成的影響,且分析亦發現不同颱風造成的植生損失的空間分布差異很大(即相關性低)。在福山試驗林地形和颱風造成的植生損害之間的關係相當複雜,即使路徑與強度相似的颱風所造成的損害的空間樣貌亦不相同。然而颱風的影響仍有一些相似性,如均增加植生覆蓋的異質性,颱風前的植生覆蓋度皆和颱風影響的程度有正相關,以及植生損失的頻率和損失的程度亦多有正相關。又研究結果顯示不同植生指數對颱風擾動偵測的敏感度在不同颱風間並不一致,故在探討颱風對植生造成的影響時,宜同時使用多個植生指標。 森林動態必然會受到擾動特性(如頻率、強度與發生時間)改變的影響,總結而言本研究發現相較於替代的樣區設計方式,現有的福山森林動態樣區對整個福山森林生態系有不錯的代表性,但要將樣區所得結果外推到整個地景系統仍應小心為之。由於熱帶氣旋對植生的影響在不同事件間並不一致,未來對擾動與森林動態的研究宜包括多個熱帶氣旋事件,才能對複雜的熱帶氣旋和地景系統的交互作用有較完整的了解。此外欲探討擾動對植生影響,最好要有定期的地面調查,以驗證利用遙測技術發展出來的植生指數所測得的結果。Item 西北太平洋颱風動力降尺度模擬及其氣候變遷推估(2013) 李智傑對於西北太平洋地區而言,熱帶氣旋是極具威脅性的天氣系統,常造成財物損失及危害生命安全;因此,增進對於熱帶氣旋的研究是非常重要的。近年來,關於全球暖化的議題,也逐漸受到重視。 而過去的研究大多提升模式內的二氧化碳濃度來模擬暖化的環境,在本次研究中則是利用Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5)的氣候模式資料作為初始場,並透過International Pacific Research Center的regional climate model作降尺度模擬。首先,會利用歐洲中長期預報中心所提供之30年再分析資料進行模式評估。結果顯示,模式有將環境場再現的能力,且熱帶氣旋的個數及生成位置都能有與觀測相似的結果。 接著,透過Root mean square error挑選出CMIP5中與實際觀測較相似的NCAR Community Climate System Model version 4 (CCSM4)模式結果對於兩組情境進行降尺度模擬,藉此比較出氣候變遷的差異。環境暖化的情境下,大氣底層顯著的增溫造成季節環流的改變,也使得雨量趨於集中在熱帶對流區。在未來熱帶氣旋雖然主要的生成位置變化不大;但在主要生成月7-10月平均生成個數則有顯著增加。在暖化情境下,熱帶氣旋數量上有增加的趨勢,而最大強度在20 m/s以下的熱帶氣旋數量上變化不大,但其他強度的熱帶氣旋數量上都有明顯增加的情形。由於高強度的熱帶氣旋增加,也使得熱帶氣旋所能挾帶的水氣增加,造成在未來熱帶氣旋所伴隨的雨勢也會有所增強。Item 使用大尺度環境因子預報熱帶氣旋生成之特性研究(2012) 陳建蒲; Jian-Pu Chen自然災害中颱風造成的人員傷亡和經濟損失影響甚大,在全球氣候暖化下熱帶氣旋如何改變,一直以來都是備受廣泛討論的問題。近年來,許多研究對於熱帶氣旋主要發展區域,利用動力模式來作出颱風季節預報。 利用全球模式和區域模式模擬熱帶氣旋通常利用客觀的方法在熱帶區域偵測出類似熱帶氣旋的渦旋和渦旋的演變。不過,受到解析度的關係,模擬出的渦旋強度無法與實際觀測的相比,且就算模式解析度達到幾十公里,氣旋中心內的複雜的動力機制也無法得到完善的解釋。故另一種方法是研究大尺度環境場與實際觀測颱風個數之間的關係,發展出大尺度環境場與熱帶氣旋生成相關的潛在生成指數,則可以簡單的利用模式模擬出的環境場作颱風季節預報。 本篇研究目的是使用不同的熱帶氣旋潛在生成指數來比較季節預報上的可行性,並使用不同的熱帶氣旋潛在生成指數應用在ECHAM4和ECHAM5全球模式。以季節循環、空間分佈、年際變化來探討模式的模擬的能力,也分析各項環境條件對於熱帶氣旋生成的影響。Item 尺度交互作用於秋季熱帶氣旋年際變化之影響(2011) 李庭慧; Ting-Hui Lee過去有許多研究顯示,夏季的熱帶氣旋會受到不同尺度的系統所影響而有明顯的年際變化,如聖嬰現象、季內振盪等。然而較少研究針對秋季熱帶氣旋進行討論。本研究將使用三維綜觀尺度擾動動能方程,來探討西北太平洋地區,秋季綜觀尺度擾動的能量收支,在年際變化上的差異。本研究將此方程的擾動部分分為綜觀尺度擾動(10天以下)以及季內振盪(10-90天)兩部分,因此可以進一步探討平均流及季內振盪與綜觀尺度擾動之交互作用。 利用累積氣旋能量,定義出年際變化的活躍期與非活躍期,並做能量的合成分析,探討兩時期能量轉換之差異。研究結果發現在活躍期時,正壓能量轉換與斜壓能量轉換皆有向東、南延伸的情形。正壓能量轉換項包含平均流與綜觀尺度擾動之交互作用,以及季內振盪與綜觀尺度擾動之交互作用。由於在西北太平洋地區有東北-西南走向之綜觀尺度擾動,且該波列呈西北-東南走向,故有利於綜觀尺度擾動從大尺度環境場擷取能量。另外,該區也存在一異常氣旋式風切距平、異常季內振盪的氣旋事風切距平以及異常西風噴流距平,故有利於平均流場與季內振盪將能量轉換給綜關尺度擾動。而對斜壓能量轉換項而言,由於在低層有明顯的海氣交互作用、中高層有較大的潛熱釋放,因此造成活躍期時斜壓能量轉換也增強。 因此可知在活躍期時,正壓與斜壓能量轉換皆增強且向東、南延伸,會有利於颱風在西北太平洋東南側之生成與發展,生成後颱風在海上停留的時間亦較久,故較有機會發展成為較強烈的颱風。Item 系集動力模式對於西北太平洋之颱風季節模擬(2011) 梁信謙; Hsin-Chien LIANG颱風季節預報可以事先幫助沿海附近的居民降低經濟損失及人員傷亡,進一步減少熱帶氣旋登陸時所造成的災害。因此對於亞洲太平洋地區,建立良好的颱風季節預報系統是非常迫切的事務。不過近年來利用動力模式從事這方面的研究大多在大西洋地區,而以低解析度的全球模式為主要的工具,模擬出來的熱帶氣旋具有水平尺度的環流系統以及暖心結構,不過中心強度並不是非常理想。雖然模式本身會有一些偏差,但仍然有能力去模擬出近似於氣候平均和年際變化之現象,甚至還可以模擬出與觀測位置、時間大致皆相同的熱帶氣旋。 本次研究目標是將高解析度的全球模式做為動力預報系統的主軸,針對1979~2009年,每年1~12月的時間找尋西北太平洋上屬於模式之熱帶氣旋進行分析。這種模式內部的方程組是以流體力學、熱力學和物理過程為基礎,並不是加入自己所設想的方法和理想定則。在本文中,模式對於熱帶氣旋在數量及生成位置的氣候尺度上有不錯的表現;但個數之年際變化掌握並不是很理想,不過卻在累積氣旋能量(Accumulated cyclone energy,ACE)、平均生存時間以及熱帶氣旋主要活動區域有不錯的表現;另外在El Niño and Southern Oscillation(ENSO)期間,熱帶氣旋生成位置東西變化之現象也有出現在模式結果。在季節尺度上,雖然模式可以模擬出很好的季節變化,但非活躍季時高估熱帶氣旋生成數量,而低估在活躍季的個數。 受到解析度之關係,模式熱帶氣旋無法與實際觀測熱帶氣旋強度相比,而且中心最大風速有一定之極限,因此對於往後強度之模擬還需要靠動力降尺度或是透過區域氣候模式協助,但總而言之,藉由全球模式進行西北太平洋的颱風氣候模擬在某些指數以及因子上都有不錯之表現,因此利用這些因子可以運用在熱帶氣旋之季節預報上。Item 季風槽及熱帶氣旋活動模擬於WRF 30公里解析度區域氣候模式(2011) 林建男; Jian-Nan Lin西北太平洋是熱帶氣旋活躍的地區,熱帶氣旋摸擬及研究是重要熱門的議題。然而早期模擬以低解析度全球模式為主要工具,模擬出來之熱帶氣旋有暖心結構及環流系統,但中心強度不太理想。故本研究考慮了海陸分佈和地形以及中、東太平洋、印度洋之影響,採用Weather Research and Forecasting (WRF) 30公里之解析度,針對2000~2009年間之夏、秋兩季進行區域氣候模擬,並設計了NWP(100°E~180°,5°S~35°N)、NP(100°E~120°W,10°S~40°N)、IONWP (50°E~180°,20°S~40°N)三組不同範圍之實驗,來探討西北太平洋地區位於東亞季風區,而東亞季風、太平洋副熱帶高壓及太平洋海溫分佈是影響熱帶氣旋生成及活動之因素。並偏重在秋季大尺度環流及熱帶氣旋的探討。 在NCEP觀測資可發現,大尺度環流影響了熱帶氣旋之生成及軌跡。而在模式中均有掌握大尺度環流及熱帶氣旋活動之關係。但在NWP及NP模擬季風槽有過強之現象,而使副高位置東移。使秋季熱帶氣旋生成數量、位置及軌跡較不完全符合JTWC資料。然而IONWP則在季槽風模擬中要接近於觀測,在大尺度環流掌握度較佳。在秋季熱帶氣旋之模擬中生成數量、位置及軌跡均模擬良好。模式在提高解析度之下,三組模式均有達到一定的強度,但仍稍弱於JTWC資料。可見模擬過程加入印度洋、南亞陸塊及青康藏高原,模式有掌握大尺度環流之特徵,並影響及掌握秋季熱帶氣旋之活動。Item 兩類型聖嬰對西北太平洋氣旋活動影響之模擬(2014) 張雅惠; Ya-Hui Chang許多研究中發現在熱帶太平洋上,有兩種不同類型的聖嬰-南方振盪(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)事件,並且在近年來吸引了不少相關主題的研究和熱烈的討論。在這些研究當中,也重新的審視了聖嬰-南方振盪所造成的影響,探討東太平洋聖嬰(EP El Niño)及中太平洋聖嬰(CP El Niño)對於全球氣候影響的差異。而在我們分析觀測資料的結果中同樣發現,在兩類聖嬰事件中,不同的海表面異常增溫位置,會造成大尺度環境有不同的反應,而其不同距平的分布差異,會進而影響西北太平洋熱帶氣旋活動頻率的距平分布。 本篇研究的目標為根據在近幾十年有限觀測資料下定義出的事件中,檢驗模式重現在兩類El Niño下環境場以及熱帶氣旋活動的能力。研究中以觀測及合成之典型EP El Niño、CP El Niño事件和氣候平均之海表面溫度,作為驅動馬克斯-普朗克研究室發展的全球模式(Max Plank Institute global climate model, ECHAM5)之邊界條件,並且同時與ECHAM5 AMIP-type長期模擬結果下的合成EP El Niño和CP El Niño 事件做比較。從西北太平洋熱帶氣旋活動模擬結果的分析中,我們發現CP El Niño事件下,有較好的模擬表現,而在EP El Niño事件的模擬下,則是在西北太平洋西北象限會產生偏差。此外,從模擬的結果中也可以發現,模式大致上可以掌握住在兩類型聖嬰現象下,主要的大尺度環流場距平特徵。