地球科學科

本實驗利用風扇與自製導口製作風洞機，模擬風經過各種不同樓型的風速變化與不同形狀的風廊所造成的風速變化。風洞機吹出的風會受到建築物的阻擋而向外擴散，且若建築物迎風面的形狀對稱，吹出來的風範圍也是對稱的。 在風無法完整包圍建築物時，改變不同的樓型與樓型距風洞機的距離，側面與正面的風速都比無建築物時來得小；縮小建築物後，風可以完整將建築物包圍，此時再改變不同的樓型與樓型距風洞機的距離時，皆有看到角隅強風的現象產生，與現實生活中測得結果相符。 利用不同樓型組合成風廊時，組合的情形不會影響風速變化的趨勢，但組合後開口角度越大的風廊，受到縮流效應的影響，使得測得風速越強。

我們對埔里的雲況做了三年的觀察，並嘗試利用各種分析方法來探討雲與天氣變化之關係。研究成果略述如下：(1).在卷雲與總雲量變化方面：我們發現了AL-4和AL-Ccon二個法則，可以用來預測總雲量的劇烈改變。(2).在卷雲與下雨預測方面：我們發現若雲況符合AL-FC法則，則8小時之內一定會下雨；若再搭配CAPE、風切、濕度等條件，更可以用來預測主降雨區的雨量大小。(3).在冷鋒方面：我們發現台灣低壓-冷鋒系統形成前3天，都會出現大量的層狀高積雲，而且上方大氣都會有很強的逆溫層或穩定層(通常會持續到鋒面形成當天)；至於來自大陸的冷鋒當中，我們發現有三種類型是可以用雲況來確定鋒面是否即將到來。

我們研究目標為北海岸麟山鼻岬角的安山岩所形成的藻礁與風稜石、風化作用的沙丘與磁鐵礦的分布。研究方法上主要採實地踏查並透過圖書及網路資料的分析，針對寄生在安山岩藻礁以及海岸的沙丘和風稜石風化現象形成條件詳細做調查與比對。在踏查與分析麟山鼻海岸岩石和沙灘與簡單實驗室實驗結果，統整得到結論:在堅硬的安山岩經殼狀珊瑚藻寄生的藻礁，加上受到東北季風所形成的特殊風稜石，風化作用形成了沙丘、磁鐵礦。在進行簡單的風、水和沙土沖積，實驗結果可以推論麟山鼻具有的磁鐵礦、沙丘、藻礁、風稜石，受到大屯火山熔岩流向海冷卻形成後、常年受到東北季風風化作用、海浪沖蝕，這些都是對麟山鼻地形、地質重要的影響原因。

本研究認定竹山地區低位河階共9階，高位河階6階，總河階數共74個，高位河階最大面積為坪頂埔LT3面，總面積達1.9平方公里，應為濁水溪與東埔蚋溪聯合沖積形成；最高位河階為LT6分別為坪頂與第一公墓-1，原屬觸口台地東側不對稱背斜，經清水溪切割而分離；低位河階最大面積為竹山面FT2面，成因較為複雜可能先後受濁水溪與清水溪作用所致；河階剖面顯示，受活動構造通過的階面皆出現撓曲現象，竹山地區東側活動斷層構造明顯，西側則多為背斜與盲斷層，有潛在性危險，若能定時監測與調查必能降低災害發生。

火流星於空中爆炸及撞擊地面之型態，以模擬實驗觀察空中爆炸後碎屑雲及撞擊地面隕石坑現象。撞擊模擬利用BB槍射擊(1焦耳動能)不同地質層，得到與現實相同結果： (1)模擬之撞擊坑多數有形成環形山及中央丘 (2)無論不同角度、模擬物質量，隕石坑都接近圓形。 另發現乾燥土壤(125-250μm)，長寬深不會因為撞擊角度改變；玉米粉(10-15μm)，角度30度-90度所形成之隕石坑，長寬與深度比值接近，15度因撞擊時間較短差異較大，撞擊能量與地質作用占較大影響因素。以土球進入水中不同介質做測試實驗，有碎屑產生。在氣球內放入玉米粉等小顆粒粉末，在不同移動角度下，皆成功模擬出羽狀碎屑雲、蝴蝶狀衝擊波，與2013年俄羅斯隕石事件及通古斯大爆炸相符。

此次實驗的目的在找出影響河道沖淤之原因，並觀察及驗證八掌溪河道沖淤的情形。我們自製實驗模型並設計實驗，變因包含了河道的傾斜度、總流水量、河道的曲度、河道的寬度等四項，並觀察實驗後河道淤積的情形，並將沖淤後收集的砂石依不同顆粒的大小作分類統計並觀察後加以討論，最後我們實地觀察八掌溪上、中、下游的河道情形，並製作模型後加以實驗驗證。從研究結果中，我們得到以下結論：(一)河道的傾斜度越大、流水量越多，被沖到下游的泥砂越多，而顆粒大的砂石也較容易被沖下來，而且大部分的泥砂會淤積在河道上游，而凸岸處容易被沖刷；(二)河道彎曲度越大，被沖到下游的泥砂越少，但淤積在河道上的泥砂較多，而且大部分在河道上游，而凸岸處依然有被沖刷的情形；(三)河道寬度越大，被沖到下游的泥砂越少，淤積在河道上的泥砂較多，但當河道太過狹窄，泥砂反而不容易被沖到下游；(四)河道凸岸並不適合人們居住，因為沿岸容易被沖刷破壞；(五)河道若能截彎取直，居住在河岸旁比較沒有被沖刷的危險。(六)八掌溪的上、中、下游呈現出不同的河道樣貌。(七)大雨過後，上游水位上升速度最快，溪水容易暴漲，造成危險。

本組以中央氣象局地歷年芮氏3以上地震做中、強度地震發生時間點分析月亮仰角及潮汐。月亮仰角以上升月仰角30度內最多占16％。潮汐：強震發生在乾、滿潮及漲潮2-4時內在26-27％強。故強震受潮汐影響，53％發生在漲潮2-4時內，是受月球引力作用力及反作用力影響，在滿、乾潮發生時引力造成板塊推擠拉扯引發地震機率大。 近年強震較過去108年增近2倍。以民99年最多，98年和101年的總地震超過750次，中級地震「月沒到3時」達16%，與海平面上升引力相關性堪究。民98年近日點與遠日點地震合計48%，在近日點與遠日點地震機率高，推測近日點是月球和太陽引力交互作用；遠日點受月球引力相對變大，雖減萬有引力但月球引力及潮汐影響相對較太陽大。

河道中水流會產生振動，由岩石傳出去，若在河流旁裝地震儀，是否能測量水流量？本研究在曾文溪河道旁安裝地震儀，測試地震儀應用於觀察水流水量是否可行，並拍攝水流影片，再利用大尺度影像質點速度測量法計算流量，目的要與地震儀紀錄做比較。計算地震儀資料中每分鐘振幅的最大值和平均值後，發現資料能反應水流變化，特別是將記錄濾波在頻率10到50赫茲間。我們利用流量與振幅的關係，提出能計算流量的公式。地震儀紀錄轉換為時間-頻率圖時，也可看出水流變化。分別觀察水位上升與下降時，發現振動能量上升與下降並不尋相同的軌跡變化，推測水位上升時有石塊搬運作用，而下降時沒有。此可稱遲滯現象，表示地震儀可觀察水流變化與土石搬運作用。

突堤效應是指人工建構物突出於海岸，延伸而出，阻擋原先海流和海岸積沙的路徑，造成沙子在上游堆積，而下游原先有沙岸的地區則因為沙子量逐漸減少，侵蝕大於堆積，逐漸出現海岸遭受破壞。突堤效應會造成壩前堆積、壩後侵蝕的情況。因為突堤效應造成的結果，頭城海濱森林公園（原頭城海水浴場），在這十多年中，原本的沙灘現在已完全被海水覆蓋。 本校位於頭城海濱森林公園附近，看到頭城海濱森林公園的海沙在烏石港建後己經流失不見，希望藉由實驗瞭解突堤效應，並希望在實驗後對頭城海濱森林公園的突堤效應提出建議。

地震發生時常伴隨土壤液化，出現砂質土壤失去承載建築物重量的力量，造成建築物下陷或傾斜。本研究針對竹北六家地區土壤液化和建築物型態間的關係進行探討，藉由土壤採樣，觀察外觀、計算含水量、土壤過篩、文獻資料等方式來瞭解其特性。模擬地震發生時，何種建築物型態在發生土壤液化時最不易傾倒？利用衛星影像空照圖統計常見建物形狀，以木塊製作模型，改變建築物地樁形狀、數目，結果以一字型、矩型、口型等建築物結構抗震效果最佳，土壤液化發生的時間最晚；ㄇ型或L型只要搖晃，轉角處就會裂開受損，防災效果較差。建築物地樁以方柱較圓柱佳，地樁愈深，數目越密集，建築物抗震及抗土壤液化能力較好。