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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    颱風數目年代際變化生成指數發展
    (2023) 劉亦宸; Liu, I-Chen
    西北太平洋(WNP)颱風生成數(NTC)具有年代際變化的現象,而颱風的生成會受大尺度環境場的影響,前人依此關係發展出颱風生成指數(GPI),但無法掌握到NTC年代際變化現象。因此本研究以Murakami and Wang(2010)的 GPI 及Wang and Murakami(2020)DGPI 指數中的環境參數為基礎,利用高解析度CMIP6 HighResMIP 資料與主成分迴歸分析(PCR),發展出能掌握在 WNP 區 NTC年代際變化的 GPI 。 本研究發現,夏季時多數模式能模擬到 NTC 年代際變化的現象,但在 TC 突變的模擬上和觀測結果並不一致。秋季時,海氣耦合模式的年代際變化、突變模擬上比大氣模式好。模式中以 HadGEM3-GC31-HM 的海氣模式結果與觀測最接近。在兩時期 TC 生成的空間分布差異上,大氣模式的分布和觀測不符甚至相反,而海氣模式在TC多的位置與觀測相符,不過對活躍期數量較少的西北區域較無法掌握。在相關性分析結果上,海氣模式的結果也比大氣模式接近觀測值,且呈現正相關,大氣模式則為負相關。 藉由探討 NTC 變化與大尺度環境變化的關係,我們發現在活躍期,有利於 TC 生成的大尺度環境分布情況,會與自身 TC 生成較多的區域相對應。兩時期生成指數差異的結果顯示,觀測上 Murakami and Wang(2010)的 GPI 總值變化與實際的 NTC 變化相反,未能掌握非活躍期 NTC 大幅減少的特徵。 本研究發展的新 GPI 指數(NGPI),雖然選取的環境參數與原有的 GPI 接近,但大多數以年代際變化明顯的 PC2 、 PC3 居多,尤其是在夏季。 NGPI 與原 GPI最大的不同是,夏天 NGPI 沒有絕對或相對渦度項,在動力因素上,只採用ω項、垂直風切項;在熱力因素上,只採用相對濕度 PC2 、 PC3 。秋天的 NGPI ,在動力因素上,則選用相對渦度項和垂直風切項,在熱力因素上,只採用相對濕度 PC1 。因此,在建立年代際變化新的 GPI 時,考慮不同季節選用不同的環境參數,對於不同季節 NTC 年代際變化的掌握會更好。
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    未來氣候變遷對西北太平洋強烈颱風可能影響之模擬研究
    (2021) 鄧禕婷; Thean, Yi Ting
    氣候變遷影響著環境的趨勢,使我們開始致力於減少溫室氣體。因此,有些研究嘗試透過模式建立各種情境,以探索未來氣候變遷對環境的影響。由於未來氣候變遷中,逐漸升高的溫度、水氣有利於颱風形成,所以許多科學家進行了颱風的實驗,並驗證了它們在未來氣候變遷的環境中,確實有強度增強、雨量增加、暴潮高度上升的趨勢。這篇論文使用建模的方式,針對 21 世紀西北太平洋最強烈的,而且擁有至少 900 hPa 最低中心海平面氣壓的颱風進行模擬研究。2010 年的強烈颱風梅姬、2013 年的強烈颱風海燕、2014 年的強烈颱風黃蜂、2015 年的強烈颱風蘇迪勒、2016 年的強烈颱風莫蘭蒂、2018 年的強烈颱風玉兔,是本論文進行實驗的 6 個颱風,以討論未來氣候變遷對它們強度的影響為何。論文的實驗設計,是將這些颱風移植到 2 種 21 世紀末的未來環境,它們是將 4.5 W m⁻² (RCP4.5) 及 8.5 W m⁻² (RCP8.5) 溫室氣體排放濃度投射到 21 世紀末的 2 個預估情境。這裡使用的代表濃度路徑,是由 38 個第 5 階段耦合模式對比計畫氣候模式預估的資料。資料裡有稍微增多的重力位高度、大氣溫度、水氣、海表面溫度,以及些許的反氣旋風場,這些差異值將被加入未來環境的初始場中。以這些未來環境重力位高度、風場的初始場為例,它們是不利於颱風發展的負面因素。雖然這些初始場的差異很小,但它們的差異值在模式裡一段時間後變大了。2.5 km 解析度雲解析風暴模式的模擬結果顯示,颱風在未來的環境將有更弱的強度。起初,未來環境較高的溫度降低了水氣的飽和度。隨著颱風的發展,在後面階段模擬裡,溫度梯度逐漸變小。因此,環境的穩定度提升了。在針對特定變數進行的敏感度實驗裡,梅姬對水氣有較高的敏感度,但海燕對水氣有較低的敏感度。在軸對稱的分析裡,未來氣候變遷環境中的颱風內核發展半徑正在擴大,因此它們強度減弱了。儘管海燕是所有研究個案中擁有最大的切向風、垂直速度、水氣、相對濕度,但它們很早就被耗盡了,導致海燕的強度急劇的減弱了。另外,現代環境中梅姬較大的剪力速率、未來環境中海燕較大的方向風切使它們強度減弱了。
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    兩類型聖嬰對西北太平洋氣旋活動影響之模擬
    (2014) 張雅惠; Ya-Hui Chang
    許多研究中發現在熱帶太平洋上,有兩種不同類型的聖嬰-南方振盪(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)事件,並且在近年來吸引了不少相關主題的研究和熱烈的討論。在這些研究當中,也重新的審視了聖嬰-南方振盪所造成的影響,探討東太平洋聖嬰(EP El Niño)及中太平洋聖嬰(CP El Niño)對於全球氣候影響的差異。而在我們分析觀測資料的結果中同樣發現,在兩類聖嬰事件中,不同的海表面異常增溫位置,會造成大尺度環境有不同的反應,而其不同距平的分布差異,會進而影響西北太平洋熱帶氣旋活動頻率的距平分布。 本篇研究的目標為根據在近幾十年有限觀測資料下定義出的事件中,檢驗模式重現在兩類El Niño下環境場以及熱帶氣旋活動的能力。研究中以觀測及合成之典型EP El Niño、CP El Niño事件和氣候平均之海表面溫度,作為驅動馬克斯-普朗克研究室發展的全球模式(Max Plank Institute global climate model, ECHAM5)之邊界條件,並且同時與ECHAM5 AMIP-type長期模擬結果下的合成EP El Niño和CP El Niño 事件做比較。從西北太平洋熱帶氣旋活動模擬結果的分析中,我們發現CP El Niño事件下,有較好的模擬表現,而在EP El Niño事件的模擬下,則是在西北太平洋西北象限會產生偏差。此外,從模擬的結果中也可以發現,模式大致上可以掌握住在兩類型聖嬰現象下,主要的大尺度環流場距平特徵。
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    不同颱風生成指數對西北太平洋颱風生成數的突變之評估
    (2016) 姜欣妤; Chiang, Hsin-Yu
    西北太平洋颱風生成數於1990年代有突變的現象,1994年以後的颱風生成數目大幅減少。大尺度環境參數是影響颱風生成的因素。因此本研究採用兩種包含不同環境因子的颱風生成指數(GPI與χGPI),以推估影響西北太平洋颱風活動突變特徵的主要環境因素。其中,χGPI中的參數χ代表自由對流層的飽和差。 本研究並將GPI與χGPI的渦度項作了修正,發展新的颱風生成指數(modified-GPI與modified-χGPI),以期生成指數能反應實際颱風活動特徵。 分析結果顯示,GPI與χGPI皆未能掌握後期颱風生成數目大幅減少的特徵,而modified-GPI與modified-χGPI皆掌握1994年後颱風生成數目減少之趨勢。造成後期GPI(χGPI)總值增加與實際颱風生成數目相反的因素,主要來自600百帕相對濕度(χ)與垂直風切的貢獻。而造成後期modified-GPI與modified-χGPI總值減少,與實際颱風生成數目的變化一致,主要貢獻皆為相對渦度,即後期颱風生成數目大幅減少的趨勢,主要是受到季風槽減弱的影響,而非導致GPI(χGPI)指數增加的相對濕度(χ)效應。 本研究評估了上述四個指數的CMIP5模式系集結果,採用全球大氣環流模式(AGCM)中六個模式historical run的部分。評估模式系集之生成指數的變化特徵,發現GPI、χGPI與modified-GPI皆無法反應兩階段颱風生成數目的變化,僅modified-χGPI則掌握了1990年代以後颱風生成數目減少的趨勢。此外,模式系集之modified-χGPI也掌握了兩階段颱風生成之空間分佈。因此,modified-χGPI的表現最佳,且可反應實際颱風生成數目之氣候特徵與1990年代的突變現象。