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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    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。
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    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。
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    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。
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    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。