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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    冬季東北季風對宜蘭地區降水與氣流分佈影響之理想模擬研究
    (2023) 李俊賢; Li, Chun-Hsien
    秋冬季(9~2月)東北季風降雨為臺灣東北部與東部地區重要的降雨來源之一。由於宜蘭地區特殊的口袋狀地形使平原內氣流形成偏轉、產生輻合,而在東南側山區迎風面造成大量的降雨。本研究欲探討單純的東北風對宜蘭地區降雨及風場造成的影響,利用2020年宜蘭劇烈降雨觀測實驗(Yilan Experiment for Severe Rainfall in 2020,YESR2020)期間東北風事件的大氣環境為基礎,以CReSS模式的理想化模擬,探討不同環境濕度、風速及風向下的降雨及風場分佈。本研究以臺灣東北方海面之分析資料時空間平均,製作水平向均勻、無氣壓梯度的模式初始場及邊界條件,進行東北風理想模擬實驗。實驗設計了3種相對濕度(80%、70%、60%)、3種風速(12、8、4 m s-1)及7種風向(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),共63種大氣環境組合,探討各實驗在蘭陽平原及其周圍山區局部環流與降雨之間的關係。 各實驗分析結果顯示,當環境相對濕度改變時,對大氣穩定度、降雨量、氣流遇地形障礙後的運動方式等都有顯著影響。當空氣濕度較高時,其具有豐沛的水氣及較低的穩定度,各地山區迎風面均有較大的降雨量,且較容易爬升越過地形。氣流進入平原西南側後,由於空氣的質量堆積及沿地形舉升後的絕熱冷卻造成氣壓上升,形成較大的擾動氣壓及擾動氣壓梯度,導致氣流產生逆鐘向水平繞流,使平原東南側山區輻合降雨增強。 當環境風速改變時,對降雨強度、擾動氣壓梯度、氣流遇地形障礙後的運動方式等都有明顯改變。當環境風速較高(12 m s-1),氣流容易沿著地形爬升、產生較大氣壓擾動,導致平原內形成水平繞流及東南側輻合增強。而當環境風速較低(4 m s-1)時,水氣供應減少,降雨強度減弱,風場較容易受擾動氣壓影響。在東北風到偏東風情境,近地面的離岸氣壓梯度力範圍越向外海移動,使輻合雨帶向東移。當環境風向改變時,降雨區域、擾動氣壓分佈、平原內氣流運動情形亦有明顯不同。當環境風向為東北風時(30°~60°),氣流較容易進入蘭陽平原西南側形成較大擾動氣壓,導致平原內形成逆鐘向繞流增強。在環境風向較偏東風時,平原內有較大的擾動氣壓,且在高濕度、高風速情境下,平原西南側有較大的擾動氣壓梯度,在沿海地區搭配海陸地面磨擦差異,形成較強的輻合帶。
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    台灣梅雨季強降水系統激發與移行機制之個案模擬研究
    (2012) 許捷勝
    2008年「西南季風實驗」(SoWMEX)第八次密集觀測 (IOP-8) 期間,台灣地區先後發生兩波豪雨,其綜觀環境由同一道梅雨鋒面所主宰。第一波豪雨為 6月 14 至 15 日,在大陸東南沿岸與台灣海峽上有組織良好的中尺度對流系統(颮線) 發展,並由西向東往台灣地區移行。第二波於 6 月16至17 日,則是在台灣西南方海面上形成一局地對流系統,兩波對流皆造成台灣中南部地區的豪大雨。 地面天氣圖與分析資料顯示,梅雨鋒面於 14 日時最接近台灣地區,其個案期間鋒面皆無通過台灣。第一波降水之綜觀條件於中層有明顯的槽脊系統,並於槽前的正渦度平流區伴隨著低層噴流(LLJ)之發展。此LLJ一方面補充水氣支持對流的持續發展;另一方面則提供低層垂直風切,組織對流使其向東移行。第二波降水之綜觀條件較不顯著,LLJ位置隨時間由東向西退,與第一波相比則較不利於降水系統之移行。 本研究使用日本名古屋大學之非靜力雲解析風暴模式(CReSS),模擬 2008 年 6 月 12 日至 18 日台灣地區之暖季降水個案。進一步透過唯有綜觀環境變化(全海洋表面)、及唯有局部環流日夜變化等(全、無地形)敏感度測試實驗進行比對。結果發現,於無綜觀有利條件下(唯有日夜變化),將不利於降水系統之移行,顯示此個案期間主要由綜觀環境在控制大部分降水的時間與位置,但局部環流對於降水移行仍有一定的調節作用。 此外,實驗結果亦顯示,低層盛行氣流因受到台灣地形的阻擋產生繞流現象,有利降水系統於台灣海峽上輻合增強,使降水集中於台灣中部平原。透過平坦地形及全海洋表面實驗,降水系統於海峽上增強現象則較不明顯,降水易發生於台灣偏北處、甚至移至東北部。且因地形阻擋所造成之冷池現象,對於第二波之後造型降水系統發展與維持亦扮演著重要的角色。
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    莫拉克颱風之可預報度研究
    (2012) 鍾兆軒
    莫拉克颱風(2009)僅為一中度轉輕度颱風,卻於2009年8月7日至9日帶來遠超過許多強烈颱風之雨量,在台灣造成過去50年來最嚴重的氣象災害,其累積雨量(2855mm)甚至與世界紀錄相去不遠。各預報中心以及許多模式都顯示在即時預報的降水和累積雨量的預測都有嚴重不足的情況。 本研究採用的雲解析風暴模式(Cloud-Resolving Storm Simluator;簡稱CReSS),為一先進的高解析度模式,使用NCEP FNL分析資料作為初始及邊界條件之模擬(解析度為3 km)顯示,最早從8月3日0000 UTC就能成功模擬出莫拉克颱風的環流發展、雨帶演變以及影響台灣的降水時間和空間分布,累積24小時的定量降水預報(QPFs)之TS得分於8月7日與8日在門檻值為0.05~25 mm、50-100 mm、250mm、500 mm,分別有0.8-1.0、0.6-0.9、≧0.5、≧0.2的表現,為相當少見之高得分,此良好結果源於非常小的路徑誤差與在台灣地形上產生的相位鎖定降水機制。 另一方面,小區域即時預報實驗和大區域事後預報實驗顯示,初始時間從8月6日0000 UTC開始,也就是在南台灣發生最大降水的兩天前,模式已能預報出實際累積總降水的67%-80%,並有良好的QPFs技術得分。而初始時間在8月6日0000 UTC之前的預報實驗中,全球模式(模式之初始及邊界資料)的預報誤差是颱風路徑誤差的主要來源,也是造成定量降水預報不佳的主要原因。因此,使用高解析度並選取適當的預報範圍在預報上來說是有其重要性的,如此一來,在路徑誤差小的情況下,能夠提供更多的前置時間作因應,在極端降水事件發生前有更多時間去做防範、減少生命財產損失。 而針對初始時間在8月6日0000 UTC之前的預報實驗及GFS預報場本身,颱風均有提前北轉的現象而未登陸台灣,分析颱風半徑700公里內之深層平均氣流與綜觀場中高壓的相對位置得知,副熱帶高壓的位置是影響颱風能否登陸台灣的關鍵。此外,使用12小時平均之颱風移動向量與颱風的不對稱性作關聯,可以發現,颱風轉向前後、移速較慢之時,颱風之不對稱性也較為顯著。