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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    探討臺灣、亞洲季風區及北半球日至月尺度降水與地面溫度之關係
    (2023) 吳珮縈; Wu, Pei-Ying
    本研究利用臺灣測站資料及全球網格再分析資料進行分析,發現臺灣在夏季降水量與溫度之關係有顯著負相關,春季有較弱負相關,而秋冬多為不顯著的相關性,而在亞洲季風區內也有類似現象,另外在整個北半球區域,越往低(高)緯度地區降水量與溫度之關係全年幾乎呈現負(正)相關。再加入風場資料分析降水量與溫度之關係在季節上的變化,發現在亞洲季風區內,日本、臺灣及臺灣附近之海域在有北風分量時,降水量與溫度之關係為正相關,也就是秋季及冬季的時候;在有南風分量時,降水量與溫度之關係為負相關,也就是春季及夏季時,隱含著這樣的變動關係和季風與季節轉變有關。本研究另外加入Outgoing Longwave Radiation(OLR)與海平面氣壓資料來分析造成降水量與溫度這兩者關係之機制,推測低緯度地區呈現負相關原因主要由降水型態所影響,在夏季若有對流發生產生降水時,雲層將阻擋日照使溫度下降,因此為降水量越多溫度越低的負相關;高緯度地區呈現正相關原因可能為該地區溫度低,無法有足夠水氣與龐大蒸發量引發對流產生降水,必須先讓溫度升高後增加蒸發量才有機會產生降水,因此在高緯度地區若有降水發生時為溫度越高降水量越多的正相關。除了計算相關係數,本研究計算Precipitation-temperature relationships(PTRs)值,發現在臺灣春季及夏季有明顯負值,表示有降水發生時溫度會明顯下降;而在亞洲季風區內,負值範圍也會隨季節變化,在夏季時會向北擴張。最後使用Frequency of occurrence of precipitation(FOP)及Temperature-precipitation index(TPI)分析方法,由FOP分析可知在臺灣冬季,許多溫度區間下有一半的機率會發生降水,一半不會發生降水,使臺灣冬季降水量與溫度關係不明確;而在夏季則有在相對低(高)溫區間經常發生(不發生)降水的現象。此外,由TPI方法可知臺灣降水大多發生在低於溫度中位數時,僅10~1月期間在部分測站有降水發生在高於溫度中位數時;而在亞洲季風區,降水偏好發生在低(高)於溫度中位數之區域和降水量與溫度之負(正)相關區域相符合。若以天氣系統角度解釋造成不同關係的機制,在夏季影響臺灣及亞洲季風區低緯度地區天氣系統主要為:熱帶低壓、季風低壓、副熱帶高壓等,這些系統帶來(無)降水時,常伴隨氣壓降低(升高)溫度下降(上升)的特性,造成降水量與溫度為明顯負相關;而影響高緯度地區的天氣系統主要為:溫帶氣旋、暖鋒、西伯利亞高壓等,這些系統帶來(無)降水時,常伴隨氣壓降低(升高)溫度上升(下降)的特性,造成降水量與溫度為正相關;而影響臺灣冬季天氣系統較複雜,有濕冷、乾冷、暖乾等不同現象,導致降水量與溫度之關係不明確。
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    以事件角度分析台灣極端降雨變化
    (2023) 趙品諭; Chao, Pin-Yu
    極端降雨在氣候風險評估中屬於主要危害之一,過去因極端降雨所引發之自然災害造成許多損失,因此極端降雨過去及未來如何變化逐漸受到重視。台灣的極端降雨往往發生在特定的環境條件,如颱風或梅雨鋒面等。然而,過去相關的極端降雨研究多使用極端降雨指標來做分析,且極端指標主要是以各格點的資料做計算,而非獨立之極端降雨事件。因此,本研究以事件角度分析極端降雨變化提供了該領域研究下新的觀點。本研究利用高解析度網格化觀測資料,以深度優先追蹤演算法偵測1960年至2019年間的台灣極端降雨事件,並設定兩種門檻(80mm和350mm)來篩選出大雨事件和大豪雨事件。本研究利用極端降雨事件之特性進行分析,其中事件之總降雨體積可分為平均降雨強度、平均影響面積,以及持續時間之貢獻,因此透過此關係除了可以了解事件間的差異,也可以取得各年或各區域極端降雨的主要貢獻事件。而台灣極端降雨事件前十名之特性也一併在本文中進行討論。 本研究發現兩種強度之台灣極端降雨事件在過去60年中發生頻率及總強度皆呈顯著增加,其中大豪雨事件在後30年的發生頻率較前30年增加76%,大雨事件則增加23%。對於總降雨體積變化之貢獻,大豪雨事件之平均降雨強度、平均影響面積及持續時間變化皆呈增加,但持續時間之變化不顯著。而大雨事件之趨勢也相同,但持續時間變化在大雨事件中則顯示減少趨勢。除此之外,平均影響面積之變化為總降雨體積變化的主要貢獻。
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    臺南左鎮區二寮棘皮動物化石之研究
    (2023) 郭周昱; Kuo, Chou-Yu
    本研究透過形態觀察及特徵比較,針對產自臺南左鎮二寮出露之崎頂層中,總計27件共33隻的海星與 100 件海膽化石進行分類研究;另,經由化石泥質圍岩中所含超微化石分析,其地層年代相當位於 0.61-0.99Ma 區間(莊智凱,未發表)。所有海星化石:外形均呈星形、腕數為 5 腕、腕之切面呈長方形、口面與反口面均呈平坦、體盤相對較小、上緣板與下緣板均明顯且對稱、緣板外形呈長方形且板上覆滿顆粒體與偶帶有棘刺、帶線明顯,以及背板較小且呈小柱體狀等共同特徵,可同歸屬於柱體目( Paxillosida )中的槭海星科( Astropectinidae )。再依據:背板大小、數量與排列;上、下緣板大小;腹板數,以及步帶溝寬窄等細部差異,可區分出5件槭海星( Astropecten )與24件鑲邊海星( Craspidaster );但由於化石大多缺少鑑種特徵,目前僅能從中鑑定出 2件華普槭海星近似種 A. cf. vappa 與 4 件黃昏鑲邊海星近似種 C. cf. hesperus。另外,這批海膽化石標本雖然幾乎皆為內鑄型保存,且有不等程度的受壓變形,僅有極少數的化石標本上有肛下帶線的殘留,但根據海膽化石形態特徵:外殼呈偏圓心形、殼長與寬幾乎相等;反口面殼後方比前方高、殼最高處在後方的第 5 間步帶、頂系靠近殼後方、前方步帶寬且中等程度凹陷、辮狀步帶靠近內帶線處寬而殼緣處細、辮帶上有排列整齊且兩兩成對的步帶孔、無環瓣帶線、大型殼疣;在口面,靠近殼前側口圍凸出、唇板凸起、肛門呈現稍長的橢圓形等特徵,可將這些海膽歸屬於猬團目( Spatangoida )、拉文海膽科( Loveniidae )、棘心海膽屬( Echinocardium ),並且鑑定為同一種 E.cordatum。本研究報告臺灣地區最年輕海星化石,是臺灣首次槭海星與鑲邊海星化石紀錄,也很可能是世界上首次報導鑲邊海星化石。
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    基於單類別分類之構造長微震偵測架構設計
    (2021) 吳宇翔; Wu, Yu-Siang
    在臺灣,自發型構造長微震(以下簡稱「長微震」)之好發區域為中央山脈南段,具有(1)持續時間長,可達數分鐘至數小時、(2)不具明顯可見之體波、(3)能量富集於2至8 Hz間,並可在數十公里遠的測站有幾乎一致的到時特性,而偵測手段仰賴多測站的包絡化波形進行互相關係數與測站間到時差。前人研究也發現,在臺灣進行長微震偵測時,較吵雜的背景噪訊與短時間密集發生的區域地震(震央距50-200公里)容易與長微震波形混淆,使最終的長微震目錄底定必須經過人工目視,較為耗時且涉及主觀成分。為探索以機器學習進行地震與長微震自動分類的可能,本研究以k-最近鄰居法搭配29項特徵對2016年間5,796筆區域地震與6,746筆長微震事件進行分類,搭配循序向前特徵選取法(Sequential Forward Feature Selection)達到96.4至99.1 %分類率,初步證明運用機器學習於長微震分類上之可行性。然而訓練多類別分類器必須針對所有類別進行定義、抽樣與標籤化,難以實現於連續偵測。本研究進一步以單類別分類器支援向量資料描述(Support Vector Data Description),設計長微震連續偵測架構,其優勢在於只需要長微震資料進行訓練,而不需針對大量類別進行處理。藉由設立多測站投票制度與持續時間門檻以及使用2016年1月1日至7月18日長微震事件進行訓練,本研究成功於2016年7月19日至9月10日,使用三個測站偵測出共132,240秒長微震。當提升測站數至九站,只使用水平分量於單站決策並在多站投票時以各站訊噪比為權重,偵測出總計10,620秒的長微震事件,但經目視後保留之事件比例,從使用三站的5.8 %提升至九站的31.6 %,證實了應用單類別分類於多站長微震偵測的可行性。