地球科學系(含 海洋環境科技研究所)

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本系設立的宗旨,首在養成學生具備地球科學五大學術領域–地質學、大氣科學、海洋科學、天文學和地球物理–充分之本職學能;本系的教育目標,則首重致力培養有志從事地球科學之專精人才,以培育優秀之地球科學研究人才和實務工作的專業人才為主軸,並以培養優良的中學地球科學師資為輔。特別是在國內各地球科學相關系所中,本系是唯一同時涵蓋五大地球科學研究領域,並擁有師範大學在科學教育專業基礎的高等學術機構,此為本系之特色。若志在從事中等學校地科教學,本系亦可提供地科教學知能和教育專業知識,充分培育健全之地球科學師資。

在課程上,為營造更優質的學習與研究環境,本系已適度調整原以師資培育目標為主的舊有課程架構,整合各地球科學次領域之基礎課程,降低本系必、選修課程之比例,大幅減少各次領域之必修課程學分,以增加學生在各次領域課程選修之自由度及彈性,進而充分落實各次領域之專業進階課程。此外本系並積極鼓勵學生,實際參與實驗、撰寫論文、從事專題計畫研究等,以豐富其研究經驗,訓練學生使其具備獨立研究之精神與能力。經由選修本系提供之更多進階專業課程,進而厚植學生之理論基礎、充實其專業背景,並強化其選定目標次領域之學術養成和專業訓練;連同充足的研究經驗,本系學生的未來發展,將更具時代性與面對挑戰時的競爭力,進一步達到「博而精、廣而深」的終極目標。近來本系更積極增聘優秀外籍專任師資,以全英語教學方式授課,期能增加學生之國際觀與國際競爭力。

本系在碩、博士班研究所的教育上,採一系多所之架構,除地球科學研究所外,還包括海洋環境科技研究所。本系研究所的研究重點與發展方向,首在地球科學各領域之深耕與研究發展,並加強各次領域間之跨學門合作,以進一步提升本系之學術研究及國際化,並為本系學生的訓練和學習,提供全面全方位的考量,以訓練學生從容面對多變的世界,因應未來的挑戰。

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    台北101之動態響應:從模態分析到預測模型
    (2025) 陳耀傑; Chen, Yao-Chieh
    本研究針對 TAIPEI 101 進行長期結構健康監測(SHM)分析,使用近十年高解析度的環境振動資料,透過隨機遞減技術(RDT)擷取模態參數,確認溫度與風速為主導的環境因子。除此之外,我們發現颱風事件會造成短期頻率下降,其幅度與長期趨勢相當,而旋轉模態(Torsion mode)對環境與結構變化則展現出更高的敏感性。除長短期趨勢分析外,本研究亦評估支援向量迴歸(SVR)模型對模態頻率之預測能力,並提出固定式及漸進式兩種模型,儘管漸進式模型的更新能力提升了模型的適應性,固定與漸進模型皆在資料中斷後的動態與未建模之結構變化上表現不佳,顯示現有方法亟需具備物理背景與情境感知能力的預測架構。此外,調諧質量阻尼器(TMD)的異常也揭示了當前 SHM 模型的不足,往後研究時將 TMD 動態資料與其操作情境納入模型中,對於提升預測準確性與結構反應解釋能力至關重要。綜合以上,本研究顯示結合環境資料、長期監測與進階分析技術,我們能有效支持超高層建築之安全性與韌性管理,然尚有部分技術及資料分析有待改進。
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    印尼東爪哇巴契丹地區中新世中期火山岩的年代與地球化學特徵
    (2025) Lintjewas Lediyantje; Lintjewas Lediyantje
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    季內振盪對臺灣梅雨鋒面的影響
    (2025) 莊愷恩; Chuang, Kai-En
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    人為影響對梅雨極端降雨變化的歸因分析
    (2025) 蘇芳妤; SU, Fang-Yu
    人為因子為氣候變遷的主要作用力,其對於極端降雨天氣系統的影響,為全球暖化趨勢下人們在所關注的議題。本研究利用雲解析風暴模式(CReSS),選擇2012年6月10至12日以及2017年6月2至3日的梅雨鋒面極端降水個案進行模擬和分析。控制實驗(CE)分別使用ECMWF ERA5、NCEP CFSv2、NCEP FNL、NASA Goddard MERRA-2以及JMA JRA-55等五種不同分析(或再分析)資料做為初始與邊界條件進行模擬並比較差異。敏感度實驗(SE)則使用2000-2014年5-6月CMIP6歷史情境模擬和自然情境模擬的差值,估計過去到近代人為因子所累積造成的氣候背景變化,並將其由與控制實驗相同的初始與邊界條件中扣除再進行模擬。由於控制實驗和敏感度實驗之間的差異可視為人為因子影響的強迫造成的影響,因此藉由梅雨鋒面極端降雨及結構等變化,可以分析過去氣候變遷中人為因子的貢獻。研究結果顯示由於鋒面結構與演變複雜,伴隨的降雨亦具有高度的非線性,因此在受人為因子影響的暖化情境下,對於區域降雨量增減的探討,不能僅考慮對流增強,還需考量環境場、鋒面位置變動與對流胞生命期等多重的因素。此外,透過水收支分析,梅雨鋒面個案受到人為因子影響的降水過程中,主要受鋒面影響的北部區域,對流水氣輻合的增強為總降水量的主因;而主要受西南氣流影響的南部區域,總降水量則伴隨著西南氣流的減弱而降低。整體降水增減的特徵出現了較明顯的南北區域差異,也體現了強降雨增強、弱降雨減弱的趨勢。
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    日本南方黑潮大蛇行變動之研究
    (2025) 林星辰; Lin, Xing-Chen
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    北臺灣大屯火山群七星山岩漿庫行為之研究
    (2025) 賴旭泯; Lai, Hsu-Min
    七星山亞群為大屯火山群眾多的火山亞群之一,其主要山體包括七星山、白雲山、燒庚寮、竹篙山、紗帽山與七股山等。依據前人研究成果,七星山之岩漿活動可區分為三期,分別產出紫蘇輝石角閃石安山岩、含角閃石兩輝石安山岩及兩輝石角閃石安山岩等不同岩性。七星山東、西兩側各發育一條包含約四個噴發破裂口之裂隙帶。陽管處於2021年執行之地質鑽探計畫中,完成東側四口鑽井,並成功取火成岩之岩心資料。本研究旨在利用上述鑽井所獲岩心中之火成岩樣本,探討七星山下方潛在岩漿庫之性質與活動機制。岩心採樣位置集中於七星山東側蒸氣噴發破裂口帶,取樣自S1及S3-1-1兩口井。其中S1井取樣深度為4.3 - 4.6 m、9.4 - 9.8 m及11 - 11.4 m;S3-1-1井則取自5.7 - 6 m與7.4 - 8 m,共五段岩心區段。將岩心樣本製成岩石薄片進行岩象學觀察,確認其中所包含之礦物種類,將需要做礦物化學的礦物鎖定在斜長石、角閃石、輝石。製作岩石靶進行掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope,SEM)與電子能量散射分析(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy,EDS)來觀察礦物外型及化學組成。將SEM-EDS所得到的結果,再利用電子微探儀(Electron Probe Microanalyzer,EPMA)對礦物進行化學成分的定量分析。礦物化學數據藉由前人文獻中的經驗公式,針對斜輝石進行地溫計與Fe-Mg擴散速率的計算、角閃石進行地壓計的計算、斜長石觀察其An值與Mg擴散速率之間的關係,推論此岩漿在地下所停留的時間及有岩漿補充的歷程。結合40Ar/39Ar定年分析結果,了解岩漿噴發的時間。並進行全岩主要元素、全岩微量元素、全岩鍶釹同位素地球化學分析,比對前人的地化特性。本研究樣本噴發年代太過年輕,因此無法得到40Ar/39Ar定年的結果。七星山全岩的地球化學成分均一,釹同位素值變化極小,顯示岩漿源區單一。藉由礦物化學分析結果得知,此岩心中的礦物生長環境在地下6-12公里之間的區域,晶體開始生長時的溫度在1120 - 1180 ℃間,透過擴散速率得知岩漿在噴發之前,最久於岩漿庫停留了約8000年的時間,而在岩漿噴發的前十年間,出現了密集的3次岩漿補充事件。
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    臺東鹿野溪下游地熱區古流體溫壓及三維應力場之探討
    (2024) 鄭鈺羲; CHENG, Yu-Shi
    臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處,在板塊聚合作用的影響下,地殼持續碰撞、造山及快速掘升,由於火山活動與板塊交互作用,造就國內擁有豐富的地熱資源可供開發使用,地熱發電供電穩定且不易受天候影響,若善加利用不僅對於國內能源自主與多樣化有相當大的幫助,更可以減少我國對石化能源過度依賴的情形,因此臺灣的地熱資源探勘與地熱潛能評估是現今刻不容緩的重要工作之一。臺東縣延平鄉鹿野溪,地處中央山脈東翼的紅葉地區,近年來是國家發展地熱產業的重點區域之一,張郁敬(2022)綜合遙測判釋、地質調查以及裂隙活化趨勢分析之研究結果,研判現地導水裂隙位態以西北-東南方向高傾角為主。經本研究地質調查結果指出,鹿野溪沿岸有相當多溫泉,並且有正斷層構造出露,正斷層多伴隨石英脈發育與熱液流出,這些後期礦脈位態也以西北-東南方向為主,與現地導水裂隙方向一致,因此本研究延續前人結果,以臺東鹿野溪紅葉谷溫泉地區為例,結合礦脈位態與液包體(fluid inclusion)分析對鹿野溪進行地熱開發評估,評估鹿野地區溫度的增減。由於石英脈發育時,二氧化矽流體液壓至少要達到最小正應力,才能將岩體撐開,因此能利用礦脈位態統計進行古應力場評估進而解算其三維應力狀態與生成深度,並以石英脈中纖維狀液包體進行分析,瞭解礦脈形成時的溫度液壓資訊。經野外觀察及室內分析,最後一期西北-東南向礦脈發生於正斷層應力場,石英礦脈形成在地下五公里左右,並且包裹溫度達到407"°C" ,包裹壓力為109MPa,顯示鹿野溪有超額液壓的存在,然而現地鑽井卻沒有井噴的狀況,推測地下有類似蓋層的滲透屏障存在,導致地下儲集層富含高溫過壓流體,受到後期構造活動影響,鹿野地區發展出許多礦脈與斷層,並且形成大量高傾角的西北-東南向開口裂隙群,這些正斷層與裂隙很有機會成為高溫過壓流體通道,綜合液包的溫壓資料以及應力場的重建與評估,以及前人磷灰石與鋯石核飛跡定年資料及井下溫度數據,本研究推測,鹿野溪下游地熱區在未來4.5百萬年內,其地溫梯度仍可維持在47°C/km以上,具有良好的地熱潛力,若能將其地熱資源有效應用於地熱工業的發展,將具備極高的利用價值。
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    「臺灣地區豪大雨預報實驗」之定量降水預報評估研究:預實驗午後雷陣雨/颱風個案結果
    (2025) 吳哲維; Wu, Zhe-Wei
    本研究以「臺灣地區豪大雨預報實驗計畫」(Taiwan Area Heavy-rainfall Prediction Experiment, TAHPEX)之高解析多模式數值天氣預報系統為基礎,評估其對梅雨季午後對流與颱風事件之五日(120小時)定量降水預報(Quantitative Precipitation Forecast, QPF)效能,探討系集預報在不同降雨類型、雨量門檻及預報時間下的預報能力與雨區大小分辨。資料涵蓋2017至2021年TAHPEX實驗期間,梅雨季午後對流事件共17例、颱風事件4例,分別採6小時與24小時累積雨量進行分析,模式成員為TAHPEX計畫內M01至M13等多位成員。午後對流個案,本研究依據雨量分級劃分為A級(3小時 ≥ 100mm)、B級(時雨量 ≥ 40mm但< 100mm)、C級(時雨量 < 40mm),並以11種雨量門檻進行TS(Threat Score)與BS(Bias Score)等技術指標評估。結果顯示,在低雨量門檻(0.05、2.5mm)條件下,多數模式成員即便在預報時間長達四至五日前,仍能維持TS ≥ 0.2之預報能力,顯示模式具備掌握對流事件的潛力。其中,模式成員M04、M05與M12表現穩定,於多數事件與時段皆達「良好預報」標準(0.8 < BS < 1.25 且 TS ≥ 0.2)。但預報能力於高雨量門檻下明顯下降,C級事件則普遍預報困難,顯示弱對流事件本身之模擬仍具挑戰。 颱風個案則以10種雨量門檻進行24小時與前後12小時降雨的比較分析。結果而言,24小時累積雨量預報之TS值較12小時為高,但當降雨集中於特定12小時時段,短時預報之表現反而優於全日累積預報。 TAHPEX系集預報對於災前預警與氣象作業具有實務應用潛力。研究建議未來可進一步引入模式加權整合、資料同化與積雲參數化,以提升模式在高雨量事件條件下之定量降水預報,並強化臺灣地區在面對颱風及午後對流等致災性天氣事件時之防災決策支持能力。