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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    「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。
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    空氣汙染對於台灣北部午後對流影響之分析與模擬研究
    (2022) 楊謹瑜; Yang, Jin-Yu
    人為活動產生的污染可能是造成極端天氣現象加劇的因子之一,而風向、洋流和降雨量的變動都會導致全球各地天氣型態的改變,其中又以人為排放的溫室效應氣體與懸浮微粒為最主要因子,因此懸浮微粒不僅會對人類健康造成危害,也會對環境產生影響。其中空氣中的懸浮微粒(如空氣汙染物:PM2.5 以及 PM10)會透過輻射作用以及雲微物理效應來改變雲的生命週期抑或是降水分布的變化,但迄今為止對於空氣汙染物增加會導致降水如何改變的估計仍有非常大的不確定性。因此本研究藉由中央氣象局的地面觀測資料與衛星資料來挑選出 2016 年至 2019 年台灣雨季:6 月到 9 月的午後對流個案與無降雨個案,接著再整合行政院環保署的空氣品質監測數據來計算個案期間降水量與空氣汙染物的相關性分析。深入研究不同時間段、不同濃度對於日累積降水量、降水強度與降水總時長的相關係數。最後使用日本名古屋大學所發展的雲解析風暴模式(Cloud-Resolving Storm simulator,以下簡稱為 CReSS)來進行不同粒子濃度的模擬。 分析結果顯示,PM2.5 在午後對流個案的空污粒子當日逐時之分布較為收斂,且粒子濃度的最大值落在當地時間中午 12 點到 13 點之間,整體分布為鐘形曲線,降水前會累積到最大值,降水後則有快速下降的趨勢,而 PM10 因為粒子粒徑尺寸大,被雨水沖刷的程度也更大,因此有更顯著的下降趨勢;無降雨個案除了分布較為發散之外,粒子濃度的最大值落在當地時間下午13 點到 14點之間,達到最大值濃度的時間較午後對流個案晚 1 個小時,其不同個案之間在凌晨與夜晚兩個極端值會有更大的差異性,顯示出午後對流個案比起無降雨個案,懸浮微粒的變化更有規律性。PM2.5 以及 PM10 對於降水量的相關性檢定統計結果有三個重要發現:(一)上午 0000-1000 LST 空污粒子濃度最小值,會影響午後對流的降水強度,兩者的相關係數為 0.48。(二)1100-1500 LST 空污粒子濃度最大值,則會影響午後對流當日降水總時長,兩者的相關係數為 0.473。(三)最小值與最大值之間的升幅變化,會影響午後對流的降水總時長,兩者的相關係數為 0.564。 最後 CReSS 模擬結果與上述統計結果的第一點及第二點相符,整體而言,本研究能夠透過統計與模擬的方式來知悉兩個空氣汙染物與雲微物理作用的重要機制:當雲凝結顆粒數愈少時,微粒能夠抑制毛毛雨現象的程度愈明顯;當顆粒數愈多時,微粒能夠使雲的生命週期愈持久。
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    高時空解析度衛星降雨推估在台灣地區的特性與誤差分析
    (2020) 許桀; Jie Hsu
    本研究將評估GSMaP (Global Satellite Mapping of Precipitation)各個版本衛星資料反演台灣不同季節與日循環的降雨表現能力,並根據不同的降雨類型(颱風降雨、午後對流)探討GSMaP衛星資料的差異。經分析後發現季節下的空間掌握分布能力以GSMaP MVK V5在濕季(梅雨季、夏季、秋季)表現最佳,但是時常有低估的情況發生。另外GSMaP RNL與GSMaP MVK V6普遍存在高估的情形,所有版本中以GSMaP MVK V7的降雨量估計較接近地面觀測資料。日循環的部分,衛星資料與地面觀測資料在乾季的降雨量差異皆不大,但是對於時序變化表現不佳,濕季則是每個版本皆有掌握到一日內最大降雨時段發生在午後,其中以GSMaP MVK V7對於梅雨季與夏季的時序變化表現最優越。GSMaP RNL與GSMaP MVK V6在濕季的清晨時段有相當嚴重的高估情形,尤其以夏季最為明顯,經分析後發現GSMaP RNL與GSMaP MVK V6清晨時段高估主要來自於某些颱風的降雨。 第二部分以探討降雨類型為主,分為颱風降雨(Tropical Cyclones Precipitation, TCP)與午後對流(Convection Afternoon Precipitaion, CAP)兩種降雨類型,因衛星資料年份不同,所以分成兩組比較(第一組: GSMaP RNL與GSMaP MVK V5,第二組: GSMaP MVK V6與GSMaP MVK V7)。在颱風降雨(TCP)中,以GSMaP MVK V7的表現最佳,不但在空間分布有一定的掌握外,在所有GSMaP版本中針對降雨量估計存在著最小的誤差。午後對流(CAP)中,即使各版本對於平坦或沿海區域的掌握較好,但是時有低估的狀況發生,且對於每小時日循環降雨貢獻掌握存在一定的極限。 已知在不同季節下,不同GSMaP版本的表現皆不相同外,不同降雨類型的表現也不盡相同,但是從季節、降雨類型的表現中可以發現GSMaP MVK V7的降雨量估計為所有版本中最穩定的。衛星資料的降雨估計仍存在一定的極限,因此在未來需再針對其他天氣型態或降雨類型做更多的評估,以利使用者在使用GSMaP資料評估台灣時有一定的參考依據。