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 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 西北太平洋颱風是否因黑潮而變強？(2021) 何欣勇; He, Hsin-Yung1945年以來，西北太平洋每年平均有29個颱風生成，其中每年約有8個颱風會侵襲臺灣，進而使臺灣居民生命財產安全；而這些颱風在侵襲臺灣之前，有很大的比例會通過北太平洋的西方邊界流：黑潮。筆者回顧論述颱風與黑潮交互作用，大部是基於單一颱風案例的討論，是故筆者以長時間、大量數據的統計，並輔以將黑潮分區討論其颱風通過黑潮之後的改變。筆者發現颱風通過黑潮的次數逐年增加，且約有30年的週期變化；颱風停留在黑潮的時間也有逐年增加的趨勢，並輔以40年的週期；而這些通過黑潮的颱風的在大量統計之下，發現颱風本身中心氣壓升高、最大一分鐘持續風速降低，亦即颱風通過黑潮後是減弱其本身的強度，且減弱的幅度有10年的周期性，而其減弱趨勢則發現數值逐年減少，換言之颱風通過黑潮後雖減弱強度，但變弱幅度逐年減少。若分區觀察，颱風在通過各區的黑潮大都為減弱強度的情形，惟颱風通過臺灣東方海域黑潮與日本南方海域黑潮的風速減弱幅度是最高的兩區，共通情形是此兩區都會讓颱風通過黑潮時接觸到陸地；另四區的減弱趨勢是逐年縮小。再者，討論黑潮海表面溫度是否颱風的強度有關，筆者統計後發現關聯不大，但有趣的是日本南方海域之黑潮的海表面溫度上升是四區內最快的，但其颱風減弱程度變小當中。Item 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。Item 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。Item 利用數值試驗探討黑潮入侵南海的機制(2011) 許珮慈黑潮是北太平洋的西方邊界流，屬於北赤道洋流碰到西邊界陸地後向北的分支，途中經過菲律賓東岸、呂宋海峽後，再沿著東台灣通道繼續往東北流。在流經呂宋海峽時，有時會發生入侵至南海的情形。透過分析AVISO衛星資料發現，黑潮在呂宋海峽的入侵現象，存在著季節變化，當冬季東北季風強盛時，黑潮較常被發現到會入侵至南海內部，而西南季風盛行的夏季期間，並未發現有入侵的情況。 本研究透過模式試驗，發現黑潮入侵南海的現象與臺灣西南邊的風應力旋度有關。冬季時，臺灣西南邊負的風應力旋度轉為強烈，黑潮會明顯偏向西側，進而入侵至南海。反之，夏季時，臺灣西南邊的風應力旋度微弱甚至消散，黑潮則會沿著呂宋海峽東側一路向北前進，並未入侵至南海。 進一步將臺灣西南邊（119.5。E~121。E、21。N~22。N）的風應力旋度，與黑潮入侵至南海所流經區域（120。E~122。E、21。N~20.5。N）之動能計算其相關性，得到的相關係數達0.67，呈現顯著正相關，再次證實，臺灣西南邊的風應力旋度與黑潮入侵南海存在著密不可分的關係。Item 颱風通過臺灣於其東南角離岸生成冷舌之數值研究(2014) 陳斯維2009年莫拉克颱風通過臺灣，在臺灣東南角海域生成獨特的冷舌現象，為了釐清冷舌生成的主導因素，本研究使用區域海洋模式系統（ROMS），模擬2005年至2013年之17個颱風案例；與有限的現場觀測資料，進行系統性的分析，並對這17個通過台灣軌跡的颱風路徑進行研究探討。結果顯示，颱風的行進軌跡分布與冷舌生成之間有密切關聯。而後，在此研究，為了更加瞭解冷舌與軌跡之間的關係，我們進行三個理想化實驗，評估其他因素是否影響冷舌之生成，結果顯示，颱風強度與颱風移度速度皆會影響冷舌的溫降幅度：一般情況下，移動速度越慢，強度越強的颱風，冷舌造成的溫降幅度就越強。我們根據這些系統性的分析結果，能夠預估冷舌的生成，並且預防夏季時，冷舌受黑潮傳輸對沿途周遭之生態環境所造成的影響。Item 近二十二年颱風對臺灣東北外海黑潮上層海流的影響(2015) 潘俞佑; Pan, Yu-Yu黑潮是位於北太平洋重要之西方邊界流，其傳輸量具有年變化、年際變化和近100日的週期變化。例如，受到季風的影響，黑潮位置有季節性變化，冬季時，黑潮距離臺灣東岸較近，夏季時，則是距離臺灣東岸較遠。許多研究對黑潮的季節性變動有相當程度的瞭解 (Liu and Yang, 2001; Hsin et al., 2013; Wu et al., 2013)，然而颱風通過時，造成黑潮之擺動變化可能會影響其季節性規律。由於黑潮擺動會對臺灣東北區域之海洋環境造成明顯影響，本研究希望能釐清颱風通過期間引起臺灣東北外海之黑潮擺動的變化，以及不同類型的颱風影響黑潮擺動之差異。本研究運用二十二年的衛星高度計資料分析颱風對黑潮擺動的影響，研究結果顯示，根據中央氣象局颱風軌跡類型之定義，第一類型颱風 (通過黑潮並切入東海陸棚)容易使鄰近東海陸棚之黑潮產生擺動的現象；第二類型 (登陸臺灣北部)颱風不易造成黑潮的擺動，只改變黑潮主軸之流速；第三類型颱風 (登陸臺灣中部)接近黑潮時，北風造成上層流速會減弱，颱風通過後，造成黑潮上層流速增強。此外，第三類型颱風容易造成黑潮主軸入侵東海陸棚，使下游之上層流速平均減弱。然而，黑潮主軸變動主要受到颱風的強度、暴風半徑、與黑潮的作用時間等因素影響。例如，當颱風強度越強、暴風半徑越大、且作用時間越長時，臺灣東北外海的黑潮擺動程度越明顯。當通過黑潮的緯度低於23° N之第四類型至第七類型的颱風，則對於臺灣東北外海的黑潮影響有限，因此，此時黑潮主軸的位置沒有明顯的擺動現象。Item 西北大西洋與太平洋環流研究(2011) 張育綾; Yu-Lin Chang西北太平洋與大西洋邊緣海有著世界上最具能量的海流。 本研究旨在於利用模式與觀測的數值分析來了解西北大西洋與太平洋的動力過程。西北太平洋鄉會著重於墨西哥灣，藉由風驅動下的物質與熱量平衡，我們發展了一套理論來解是墨西哥套流產生不同週期渦旋的原因，上下層海洋之間的耦和與交互作用。在應用上，本研究模擬墨西哥灣在2010年發生了嚴重的漏油事件。 在西北太平洋的研究上，首先研究在風作用在強流的渦度場下產生的小尺度垂直運動，並將此應用在東海陸棚邊緣的黑潮。 利用29年的潮位站與衛星風場與高度場資料來分析黑潮過去的季節與年際變化，結果發現黑潮的流量變化與副熱帶反流所產生的渦旋有密切的關係。西北太平洋的風的震盪影響了黑潮流量變化、渦旋產生的年紀變化。此震盪在此定義為"菲律賓-台灣震盪"，我們認為此振盪可以為西北太平洋年際變化的動力連結。Item 台灣周邊海域海流之數值研究(2008) 辛宜佳; Yi-Chia HsinA multiple grid-size nesting ocean model system is developed in this work to perform studies on the variations of the flow in the Taiwan Strait and the Kuroshio east of Taiwan. The transport in the Taiwan Strait is studied using the East Asian Marginal Seas (EAMS) model. Three model experiments using different wind data sets (ERA40, NCEP Reanalysis version 2, and QuikSCAT/NCEP blend wind) were performed. Model experiments suggested that the best simulation is achieved when the model is driven by the QuikSCAT/NCEP blend wind forcing. Involving the strong wintertime southward flow events in the Taiwan Strait, the annual averaged modeled transports through the Taiwan Strait is 1.09 Sv (1 Sv=106 m3/s). The result suggests that shipboard Acoustic Doppler Current Profiler (sb-ADCP) observations are biased toward estimates in summer and fair weather since bad weather during the winter northeast monsoon often prevents seagoing observations. Linear regression lines are also proposed to give simple relations between transport and wind stress for roughly evaluating the transport through a known wind stress value. The spatial and temporal variations of the Kuroshio east of Taiwan are investigated using model outputs, surface drifter trajectories, satellite-based altimetric data, and wind data. From the simulation of the EAMS model over a span of 24 years from 1982 to 2005, the variability of the Kuroshio east of Taiwan is studied in detail. Between 22 and 25°N, the mean state and variability of the Kuroshio, such as the two paths observed in the trajectories of surface drifters southeast of Taiwan and the branching of the Kuroshio northeast of Taiwan, are well reproduced by the model. Southeast of Taiwan, the Kuroshio is mostly in the top 300 m in the inshore path but extends to 600 m in the offshore path. Northeast of Taiwan, the Kuroshio follows the shelf edge in the East China Sea, but sometimes branches along a path south of the Ryukyu Islands. The latter path often meanders southward, and a significant portion of the Kuroshio transport may be diverted to this path. The Kuroshio extends from the coast to 123°E ~ 123.5°E between 22°N ~ 25°N with currents reaching a depth of 1000 m at some latitudes. The Kuroshio transports averaged over five sections east of Taiwan are 28.4 ± 5.0 Sv and 32.7 ± 4.4 Sv with and without the contribution from the countercurrent, respectively. Using satellite data and the Seas Around Taiwan (SAT) model simulation, the intra-seasonal variation of the Kuroshio southeast of Taiwan is further studied. Superimposed with the main stream of the Kuroshio, two intra-seasonal signals longer than 2 weeks are revealed in the study region, 20 ~ 30 days and 40 ~ 90 days. The variation of 20 ~ 30 days is only significant between Taiwan and the Lan-Yu Island. Amechanism is proposed to describe how the wind stress curl in the northeastern South China Sea modulates the circulation southeast of Taiwan on this timescale. The fluctuation with a longer period of 40 ~ 90 days is resulted from the westward propagating eddies.Item 臺灣東部外海氣旋渦引起黑潮截斷之研究(2019) 劉宗銘; Liu, Tsung-Ming本研究探討氣旋渦西移至臺灣東部外海，撞擊黑潮後，對黑潮造成的影響。研究結果顯示，在研究期間 (1993年1月至2016年4月)，衛星高度計資料指出，氣旋渦西移至臺灣東部外海 (123°E) 共發生18次，並且其中8次發生後有伴隨黑潮入侵呂宋海峽事件。氣旋渦西移路徑大致可以分3種：(1) 從呂宋島東側往西北移動(18°N~20°N) (2)從呂宋海峽東側向西移(20°N~22°N) (3)從臺灣東部外海西移(22°N~23°N)。本研究針對第三種氣旋渦移動路徑：從臺灣東部外海西移的氣旋渦事件進一步分析，發現當氣旋渦西移至123°E時，臺灣東部外海的黑潮受到氣旋渦影響，導致黑潮向北的流速減弱，隨後在黑潮上游處發生黑潮入侵呂宋海峽事件，並在臺灣西南產生順時針渦流。另一部份黑潮則向東沿著氣旋渦以逆時針方向向北流動，與Kuo& Chern (2011)有相同的結果。氣旋渦由黑潮東邊向西傳遞時，向西移動到經度123°E氣旋渦強度就會開始減弱，可能是受到黑潮北向流的影響而減弱並往北移，與Liang et al. (2003)所定義的黑潮東邊邊界123°E相符合。進一步用ROMS模式（Regional Ocean Modeling System）模擬，也同樣發現氣旋渦西移到臺灣東岸撞擊黑潮後，臺灣東岸的黑潮流速減弱，且發現黑潮上游有入侵呂宋海峽的現象，在臺灣西南也發現一順時針渦流產生。由ROMS模式結果輸出的地轉流場，計算呂宋海峽區域內的渦度情形，發現當氣旋渦碰撞黑潮時，渦度值從低值有顯著增加的現象發生，為黑潮入侵呂宋海峽所造成。進一步藉由渦度變化來解釋黑潮入侵呂宋海峽現象，當氣旋渦西移撞擊黑潮，導致臺灣東岸的黑潮向北流速減弱，進而造成呂宋海峽東側的黑潮流速減弱，使得呂宋海峽區域的渦度產生改變(正渦變小)，為了維持區域內渦度守恆，因此黑潮向西轉而入侵呂宋海峽(正渦增加)。