全國中小學科展

地球科學科

「濃」、「卷」、「鋒」-雲與天氣變化之探討

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。

機不可失,有影否?

本校距離桃園國際機場相當之近,又剛好位於飛機降落的必經之路,時常見到影子從校園中經過,在如此得天獨厚的環境之下,可用太陽的仰角再配合二年級學到的畢氏定理進行飛機高度的計算。 本研究係用兩次的畢氏定理,先將飛機影子和觀測位置做一次畢氏定理後,再配合太陽仰角與地面形成的三角形做一次畢氏定理可求得飛機的高度,並與flightradar24比對當時的GPS高度。 研究結果顯示,用此方法算出來的飛機高度,與實際GPS顯示的飛機高度相當吻合,甚至達到精準的程度。

「天狗吞日」能吞多久?最長日全食的探究

五年級自然課太陽觀測單元時,老師補充介紹了日月食現象;說到日月食雖然每年都會發生,但相較於月食持續時間長、涵蓋範圍大,近乎半個地球人口均可親眼目睹;日食卻因為持續時間極短、可觀賞範圍既窄又短,因此日食現象顯得彌足珍貴。去年發生在美國的日全食,全食帶經過了許多人口稠密的大城市,因此得到了全球廣泛的關注。我們藉由本次研究,探討了日全食最長持續時間的理論條件,並找出21世紀歷時最長的11次全食來驗證理論。同時我們也運用六年級數學課所學的速率、比值、代數的概念,配合NASA、Stellarium、Google Earth提供的資訊,計算2186年未來史上最長日全食的數據,並對照NASA公布的參數資料,獲得極高的準確率。

海岸北「鼻」-麟山鼻的「礁石」研究

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。

凡走過必留下痕跡

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。

土石流不流-從清水溪土石流成因踏查、雨量計改良到簡易預警裝置的研究

夏天常見土石流,想研究成因及預警裝置,以減少災害。 我們發現該區具下列特徵:坡度陡,土質主為砂岩,植物以草本及淺根木本為主,離斷層帶五公里內,常有人為施作,雨量集中。 把雨量計的儲水筒改良成儲水、雨量兩用筒,設計兩半圓保麗龍夾磁鐵成浮標置於筒內;指標磁鐵置於筒外,當收集雨水後,指標磁鐵會指在某刻線上,使測雨水方式更簡便精準,頗具創意。 簡易土石流警報裝置,精算調控漏水面積,使儲雨量加調控漏雨量等於警戒雨量,利用常見的臉盆加蜂鳴器及校正過的規律漏水設計,若水位達警戒值時,導電浮板碰觸上緣導絕導板、雙半圓導線即形成通路,使蜂鳴器鳴叫,達到預警效果,其中第三代最優,可推廣到好發土石流區一般家庭使用。

自製人影日晷

本研究的主題是自己製作一個投影日晷,以人為晷針,藉由人影來觀察時間。一開始我們透過網路尋找人影日晷的製作方式,得知投影日晷就是赤道型日晷在地面上的投影的重要觀念(參考資料一)。再來透過網路我們學到橢圓形作圖的方式,一旦決定長短軸的長度,就可以運用這種橢圓作圖法(參考資料二),來畫出橢圓形外圈的時間刻度(一半的橢圓),接著我們將中央氣象局網站宜蘭地區2014 年太陽過中天的仰角資料(參考資料三),套到我們分析的公式,畫出雙腳所站日期位置點,就完成人影日晷的設計。經實際驗證,得到的時間還蠻準的,成果令人滿意。最後我們再進一步討論如何提高人影日晷的準確度,還有在什麼日期及緯度,人影日晷較適用。

「颱」客~追!追!追!

我們以水漩渦模擬颱風進行不同路徑的侵台實驗,以量化方式記錄漩渦生成時和侵台前暴風範圍變化。我們也利用兩個水漩渦模擬雙颱形成,實驗在不同距離及強度變化下,漩渦之間的相互影響。透過實驗我們有下列發現: 一、 路徑2、3、4颱風受到臺灣地形破壞較嚴重。 二、 路徑1、6、7颱風受到臺灣地形破壞程度較輕微。 三、 路徑5、8、9颱風受到臺灣地形影響居於上列兩者之間。 四、 颱風的氣流切入角愈大,受到地形破壞情形愈嚴重。 五、 沒通過臺灣的颱風,離台愈遠,受到破壞的情況較不嚴重。 六、 兩漩渦相距15公分時無法產生相互影響。 七、 兩漩渦相距10公分時,兩漩渦會以質量中心產生逆時針互繞,小的漩渦最後被併入大的漩渦中。

「白漆」也能救地球:以Arduino微型溫室模型探討綠建築應用

本篇研究以Arduino連結感測器組裝「微型溫室」,可即時偵測溫室中的溫度與二氧化碳濃度,對於實驗觀測十分快速與便利。我們以自製水泥片模擬建築物材質,探討不同油漆塗料與不同植被對室內外降溫的效果。實驗發現,以水泥地而言,白漆中添加30g碳酸鈣對水泥地面的降溫效果最好;以建築物屋頂來說,白漆加60g碳酸鈣的室內降溫效果較好。進一步比較四種油漆添加物:碳酸鈣、碳酸鋇、硫酸鈣、硫酸鋇,又以碳酸鈣的室內降溫成效最佳。綠建築方面,相較於水泥對照組和蘚苔,藻類的減碳降溫效果顯著,是三者之中最適合的植被種類。另外,我們以WEKA軟體做出根據二氧化碳濃度預測溫度的模型,經測試驗證後,以Additive Regression得到的預測值最接近實際值,為較佳的預測方法。

穹頂之下--高雄地區三種空氣汙染物時空特徵之探討

本研究採用高雄地區前金、前鎮及美濃測站在97-102年的NOx、SO2和O3濃度進行探討,並進一步分析其季節變化與假日效應,接著利用個案分析討論不同氣象因子對濃度變化的影響,重要結論如下: 1. NOx和SO2逐時濃度大小順序為:前鎮>前金>美濃;而O3的逐時濃度大小順序為:美濃>前金>前鎮。 2. NOx平均濃度最高值皆出現在冬季,SO2平均濃度主要在春季出現最高值,O3平均濃度主要在春秋二季出現最高值。 3. NOx和SO2有假日效應,平均濃度:非假日>假日;而O3的平均濃度並無明顯的假日效應。 4. SO2逐時濃度變化可能受風向變換影響,推測風向一致時,汙染物濃度較低。 5. 逆溫現象使汙染物不易擴散,可能造成高汙染事件。