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地球與行星科學科

金門起霧日與聖嬰現象之關係探討

三四五月是金門的霧季,濃霧經常伴隨西南風產生,過去曾有研究者嘗試分析濃霧產生的規律性,但似乎未能有實質結果。過去研究顯示,聖嬰(特別是東太平洋聖嬰)可能會促發秋季時西太平洋-南中國海鄰近區域產生順時針風場的高壓環流,其影響會持續至隔年春季。我們推測這個環流導引的西南風與海溫變化,很可能會影響金門地區濃霧的產生,然而,就我們所知,過去並沒有研究針對金門地區濃霧現象與聖嬰現象、海溫、風向間的相關性進行探討。本研究證實上述變項間是具有顯著性的相關性,亦發現,當東赤道太平洋海水的水溫在秋季時有明顯的上升(聖嬰年)時,半年之後(隔年春季),金門的起霧天數會變得比往常還要多10到20天。

「紅」「輻」齊「天」- 紅外線溫度計測量雲底高度與其測量誤差變因之探討

本研究探討手持式紅外線溫度計做為低雲雲底實際高度測量的可能性,並探討其中可能影響紅外線溫度計測量之因素。我們發現:若直接以紅外線溫度計測得之雲底溫度換算高度,其與實際高度相差甚多。我們模擬測量雲底時的情形,探討比雲底高溫之空氣對於紅外線溫度計的影響。對大氣吸收與放射紅外線設計了兩種實驗加以了解。我們認為:當我們使用手持式紅外線溫度計測量雲底溫度時,雲底所發散的紅外線大部分被靠近雲底之大氣吸收,實際測量時雲底溫度高估之結果,應為紅外線溫度計視線範圍內靠近地表之大氣輻射紅外線總量綜合之結果,難以測量到雲底所發散的紅外線。

大珠小珠落玉盤-探討月球隕石坑之成因

可利用Tracker軟體成功量化斜拋鋼珠之X軸及Y軸的分量速度。斜拋撞擊接觸面實驗:小粒徑材質,鋼珠越重則寬深比值越大且形似橢圓;中粒徑材質,鋼珠越大坑洞寬深比愈小,大粒徑材質,在120°角度時鋼珠越大則坑洞寬深比愈小。接觸面為小粒徑砂石加上麵粉其比例為2:1形成混合層鋼珠為16mm時,其拋體運動所形成的坑洞寬深比與隕石坑相似。自由落體實驗結果皆為鋼珠粒徑愈大其寬深比值越大,接觸面為小粒徑材質時寬深比大小差異不大,且相較於斜拋之寬深比小許多,較近似月球隕石坑之實際寬深比值;接觸面積為小粒徑加上麵粉則呈現出測量坑洞的深度趨於一致,且寬度則與重量大小正相關。

千尋水上列車-分析地下水訊號

本研究利用微機電感測器,在阿蓮、仁德、新化、善化、太康、新東、鹿草、永定、土庫、溪洲十個地下水位站,收集台灣高鐵行經時的振動特徵。我們發現不同位址的地表震動紀錄,顯現豐水和枯水期有最大振幅和主頻的差異。豐水期的主要振動頻率較低頻而振幅較小,由於主頻和天然地震的表面波頻率相仿,可能指示高鐵振動在在地表的鬆軟土層的共振效應。我們並發現,各站的震動特徵和地下水位資料相關:與當地下水位在乾溼兩季落差較明顯時,主頻的高低落差也較明顯; 而地下水位離地面較接近,產生的主頻較其他地方來得低頻。阿蓮至善化地區較無地層下陷情形,故高鐵在豐、枯水期的振動變化較能直接反映地下水位之改變。本研究提出連續的背景震動源(高鐵行經的振動)能讓我們釐清地下水位與地面振動的關係,以及季節性變化凸顯出的振動特徵差異。為研究地下水位與高鐵振動型態之相關性,未來可以無地層下陷或地層下陷不明顯區域為研究目標,如阿蓮、仁德、新化、善化地區,以作更深入的相關性分析。

以影像函式庫輔助小行星辨識

以python函式庫優化尋找小行星之方法,傳統在尋找小行星計畫內接觸到的方法,Astrometrica軟體經分析後,運用小行星在短時距內會產生與恆星的相對移動之原理,將四張短時距的圖片進行連續播放,並以人眼找出有無移動之亮點,若亮點在四張圖內都產生移動,則極有可能為小行星。但因此過程極費時,因此我們以影像函示庫將檔案分析後疊圖並輸出,此則能將小行星快速在像素高且解析度大的星空圖中所找出,並且輸出座標。大幅縮短尋找小行星之時間,另外,與中央大學碩士論文相比,其出發點同自於尋星計畫,但由於所取到的圖檔不同因此無法使用圖學分析。

探討IOD現象對熱帶氣旋之影響

本研究意旨探討印度洋偶極震盪(IOD)與北印度洋熱帶氣旋之間的關係。因氣旋原始數據過於複雜,在簡化氣旋各項數據後與再與不同IOD年份做比對,找出IOD與氣旋間 的趨勢,並以T檢定驗證兩者間關係的信心度,增加研究可信度。 研究結果顯示發生印度洋偶極現象的年度,其年最大氣旋強度平均值與年總氣旋能量指數平均值,均顯著高於正常年。且東印度洋生成的氣旋傾向生命周期較短但強度較強,西印度洋生成的氣旋則傾向生命週期長而強度較弱。

養灘親「離」----不同離岸堤對養灘面積大小的影響

近年來台灣的海灘面臨被嚴重侵蝕之難題,護岸措施不斷推陳出新。而目前台灣除了突堤之外,也有近幾年來發展興盛的「離岸堤」。一般而言,在離岸堤背後形成的砂舌或繫陸砂洲具有防治海岸侵蝕的功效。於是我們想藉由實驗來大略推敲出最適合養灘的離岸堤,來解決現在台灣沙灘資源 不斷減少的問題。本實驗以離岸堤的厚度、長度、高度、角度、離岸堤相對水深的高度、離岸堤離岸的距離、消波塊作為實驗操作變因,並以樂高機器人作為造浪機維持海浪的頻率、強度。結果發現,影響養灘效果前三名依序是:角度、離岸距離、高度,且波速會使離岸堤擺設的最佳角度有所不同。

原來地球也能發電!─地熱發電之效能探討

本研究探討不同的溫降對史特林引擎做功的差異,結果發現以1300毫升的熱水,從95℃降到91℃、90℃降到87℃、85℃降到83℃時,史特林引擎分別做了 39.65、7.57、1.49焦耳的功。假設實驗室的數據能夠複製到實際大型的水體,則以宜蘭的仁澤溫泉每日抽取溫泉約20公噸來估算,若在其自然冷卻的過程中可以透過史特林引擎發電,當溫度從140℃降到90℃時,預計可發電23.2度,等於減少11.81公斤的二氧化碳排放量。本研究結果希望能讓讀者多了解利用熱質自然冷卻來產生電力,有助於改善我們的環境。

應用深度學習建構泥火山泥裂成分與裂縫特徵模型

本研究旨在探討高雄區,目前仍在噴出泥漿的泥火山所形成的泥裂表面特徵。藉由類神經網路找出泥裂角度、裂縫數、含水量與泥漿成分之間的關聯性,建構裂縫判斷模型,並採取各地泥漿樣本,設計裝置進行實驗,在控制泥岩厚度、溫度等變因下,模擬自然環境形成的裂縫,並分析受力產生的特徵模式。建構後的 CNN 模型準確度約為 83 %,RNN模型準確度約為 93 %。前者用途為判斷裂縫分岔點與找出其裂縫角度與數量,後者用途為透過裂縫數與角度判斷當前圖片含水量與成分。未來將繼續開發為只需將圖片輸入,即可精準判斷出該圖片的含水量與成分,提供在各領域如:地球科學、防災、建築工程等實用工具。

捕捉震盪臺灣-地震預警,快!快!快!

臺灣位於環太平洋地震帶上,大規模地震常帶給全臺各地不同程度的災損,雖然臺灣已有中央氣象局(CWB)在進行地震測報與強震即時警報的推播工作,但強震即時警報系統仍存在著大範圍的預警盲區,因此本研究自行研發地震儀,透過環境的審慎評估在全臺各地設立站點,於地震發生的當下透過即時回傳的數據進行震源參數的估算,並設立警報標準對周圍地區提供預警。經過數個月的測試與過往災害性地震警報時間的模擬,此方法確實能夠縮小預警盲區範圍,也對盲區外的民眾增加數秒的準備時間,藉此可大幅提升地震災害區內避難的機會。最後這項計畫也獲得中央氣象局的認可,並榮幸能與地震測報中心簽約,共同合作提升臺灣地震預警的技術。