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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    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。
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    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。