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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    2020年梅雨季前段極端降雨事件之原因及多重尺度交互作用分析
    (2024) 邱彥超; Chiu, Yen-Chao
    本研究調查了2020年5月21日至23日,臺灣地區所經歷的一次破42年梅雨季紀錄之極端降水事件(Y20R事件)。此次降水事件的成因主要與多個天氣系統之間的交互作用有關。2020年梅雨季前段,西北太平洋副熱帶高壓異常強大,導致西南季風顯著增強,從而加強了南海與中南半島一帶往東亞地區的水氣傳輸。在強烈的季風影響之下,於青藏高原東南側形成的西南渦(SWV)向臺灣方向移動。當SWV通過臺灣北側海面時,它提供了臺灣附近的潮濕渦旋環境,其底層的西北風與西南季風在臺灣海峽中部匯合,形成了有利於鋒面生成的動力和熱力條件,進而增強了海峽上的鋒面活動。這一過程中,SWV的位置則會影響鋒面生成的位置,而鋒面的位置又對降水強度影響甚大,當鋒面位於臺灣南部雨區的北側時,會顯著增加該地區的降水量。最後,觀測系統模擬實驗的結果顯示,在預報系統中加入南海北部的投落送資料可以提升對南海地區風場和水氣場的初始條件,從而改善臺灣,尤其是臺灣南部地區的強降水預報能力。本研究對理解臺灣梅雨季降水的形成機制以及大尺度背景場(2020年環境場)和中尺度天氣系統(SWV)之間的交互作用具有重要意義,並對提升極端降水事件的預報能力提供了一個參考方案。未來的研究可以擴大範圍,包含更多類型的降水事件,以便深入瞭解其降水機制。
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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:預實驗梅雨個案結果
    (2024) 黃柏瑜; Huang, Po-Yu
    本研究利用「臺灣地區豪大雨預報實驗 (Taiwan Area Heavy-rainfall Prediction Experiment, TAHPEX)」計畫預實驗資料,以24小時累計雨量達200毫米為標準,挑選2017年6月1日至4日、2019年6月10日至14日,以及2021年5月29日至6月1日共3個顯著影響臺灣的梅雨事件,利用預兆得分 (TS)、偏倚得分 (BS) 及相似性技術得分 (SSS) 等客觀方法,評估及檢視計畫模式成員在梅雨事件降雨期間,24小時豪大雨預報表現。此外,以差時系集概念輸出系集預報產品,包含系集平均、機率擬合、超越機率(序位一至序位三)以及定量降雨機率預報,與TAHPEX計畫模式成員預報結果進行比較,嘗試提出不同預報產品之間的應用可能與其限制。TAHPEX計畫模式成員24小時預報表現,在山區,各成員在第2至3日以上預報時間,對50、80毫米門檻皆具有良好的預報能力,隨預報接近校驗時段,提升預報能力雨量門檻,最大可達24小時累計降雨量百分五十。在平地,以第2日以內的預報,在50及80毫米門檻具預報能力,在2017年梅雨事件中可達200毫米門檻。校驗結果亦顯示,1公里網格解析度模式成員 (M11),在山區多能有更好的可預報度在更高的雨量門檻,在平地有更趨近觀測的預報降雨區域,窺見高解析度模式對海峽移入和地形舉生的對流系統,有更好的預報應用潛力。在系集預報產品校驗結果,系集平均隨校驗雨量門檻提升,預報能力顯著降低,僅能在50、80毫米門檻具有良好預報能力。機率擬合在山區,相較系集平均多有更好的可預報度在更高的雨量門檻,預報表現多相當於TAHPEX計畫模式最佳成員,在平地僅天氣系統明確下具有較佳的預報表現,仍以TAHPEX計畫模式成員(如M11)表現較佳。超越機率-序位一在本研究2017年梅雨事件,為預報結果中最佳,在2019及2021年梅雨事件,則能在第2日以上預報,對於是否降雨的情境具良好的預報能力。超越機率-序位二和序位三其機率門檻代表的降雨量,相當於機率擬合和系集平均,可提供系集預報產品中更廣域的預報降雨分布。定量降雨機率預報,在山區隨預報接近校驗時段,機率預報40%以上之雨量門檻可提升達130、200毫米,在更高雨量門檻提供機率預報分布區域,多能與觀測結果範圍相近。在平地則以80毫米以下門檻,機率預報40%以上範圍多能符合觀測結果,其上雨量門檻機率預報則提供可能發生的區域,可輔助其他預報產品進行預報作業。回顧2012至2014年梅雨季預報校驗結果,TAHPEX計畫模式成員,在200毫米門檻TS得分均有顯著提升,而350毫米門檻表現持平,仍有進步空間。本研究亦窺見更高解析度氣象模式,為預報能力提升方向之一,尤其是平地預報表現,若能加入更多更高解析度模式成員,不論是個別模式成員之12或24小時預報結果,或其輸出之系集預報產品,應可期待能有較目前TAHPEX計畫成果更好的預報表現與成果。
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    影響泰利颱風(2017)路徑北轉關鍵因素之研究
    (2020) 卓均奐; JHUO, Jyun-Huan
    泰利(Talim)颱風於2017年9月9日形成,雖未登陸台灣,但中央氣象局與全球多個預報中心針對泰利颱風路徑預報皆未預測其路徑北轉現象。本研究利用WRF模式針對泰利颱風進行數值模擬實驗,採用NCEP FNL及ECMWF ERA5兩種不同全球模式初始場資料進行不同初始時間之系集預報,藉以探討泰利颱風路徑北轉之關鍵因素。 模擬結果顯示,EN_ERA5組較EN_FNL組在平均路徑誤差方面有較佳之模擬結果,根據此結果探討環境場中西北太平洋周遭天氣系統與泰利颱風北轉之間的關係,利用EN_ERA5組系集成員500 hPa高度場與轉向角α之相關性檢驗分析,顯示環境場中杜蘇芮颱風存在、副高系統東退與北方高層槽東移三因素為影響泰利颱風路徑北轉之關鍵因素,且杜蘇芮颱風對泰利颱風路徑北轉之貢獻程度約為副高系統東退與北方高層槽東移的兩倍。 此外,使用ECMWF ERA5較NCEP FNL資料提早預報杜蘇芮的生成,其原因為ECMWF ERA5相對NCEP FNL在初始場中同化更多觀測資料且具備較多有利於颱風生成條件,提供颱風生成初期良好之發展環境。
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    投落送資料對梅雨期間中尺度對流渦旋模擬的影響
    (2016) 王健宇; Wang, Chien-Yu
    本文利用WRF模式配合EAKF資料同化系統,針對SoWMEX期間一中尺度對流渦旋進行投落送資料的資料同化實驗,藉以了解同化投落送資料對模式初始場與後續的數值模擬有甚麼影響。後再利用系集預報的特性將系集成員分組進行合成分析,藉由討論不同成員間的差異進一步了解此中尺度對流渦旋個案的生成機制。 模擬結果顯示,同化投落送資料可以獲得更接近觀測的中低層初始風場,使模擬結果具有較強的低層噴流帶,並且可以增加渦旋發展區域的水氣混合比與降低區域內氣壓,為該處創造有利對流的環境。系集成員差異之結果與投落送實驗相似,成員中降水與雷達回波模擬較佳的組別在渦旋發生區域也比模擬較差的組別有更強的西南低層噴流、較低的氣壓與較多的水氣傳送與輻合。因此,低層水氣輻合進入渦旋顯然在渦旋的增強過程中扮演關鍵的角色;同時,實驗也發現模擬結果較佳者在渦旋中層有較明顯持續增溫的情形。可見本文個案之中尺度對流渦旋的增強與第二類條件不穩定機制有關,較強的西南風將較多的水氣送入渦旋,水氣上升凝結後釋放較多潛熱導致中層增暖,進而使得渦旋持續增強,形成一正回饋的機制,有利個案成長為一成熟的中尺度對流渦旋。
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    鳳凰颱風(2008)之數值模擬與研究
    (2019) 李家輝; Lee, Jia-Huei
    本文使用EAKF(Ensemble Adjustment Kalman Filter)資料同化系統,針對鳳凰颱風(2008)進行數值模擬研究,透過投落送資料的同化進行分析,藉以了解同化投落送資料對模式後續的數值預報之影響。後續再利用EAKF系集預報的特性將系集成員分組,分別對臺灣降水與颱風路徑進行合成分析,藉由討論不同成員間的差異進一步了解鳳凰颱風在臺灣東北與西南部的降水成因。另外在研究中發現大多數系集成員之颱風路徑於登陸臺灣前有明顯南偏之情形,因此透過颱風路徑偏折角度的差異探討颱風路徑偏折之原因。 模擬結果顯示,同化投落送資料雖然在颱風最低海平面氣壓以及最大風速上的改善程度並不顯著,但在颱風路徑、颱風環流雨帶之結構以及臺灣降水上有顯著的改善。透過降水合成分析可以發現西行颱風於登陸前以及出海後對於臺灣降水的成因有些不同,登陸前之颱風路徑與降水有較高相關性,出海後則為颱風移速以及有無引進西南氣流與降水有較高相關性。後續透過路徑誤差合成分析可以再次驗證降水與颱風路徑高相關性。最後在分析颱風登陸前之南偏現象時,發現是由颱風中層環流的不對稱產生向南之分量,使得颱風路徑產生偏折。