地球科學科

研究了解熱島效應因素，並實地調查校園不同場域的溫度變化，提出冷卻熱島效應策略。結果如下： 一、都市熱島效應是全球暖化重要一環，冷卻策略包含反照表面、綠化、透水鋪面等。 二、白色、淺色及光滑表面具有較高的反照率，有助於減少陽光輻射熱吸收。 三、綠化屋頂的草皮與濕潤裸土都有冷卻「都市熱島效應」的效果，草皮的效果能維持較長的時間。 四、人工草皮的塑膠材質在陽光下會助長溫度上升。屋頂水池有助於減少溫度升高，應考量額外供水供電。 五、陽光下，學校露天平面溫度上升最少的是操場草皮、光滑淺色牆磚及透水磚；紅色的PU跑道與黑色橡膠地墊溫度上升最多。 六、高雄市的溫度分布圖所呈現的熱島情形，綠化及水仍是改善熱島效應關鍵。

學校附近地貌顯著變化，且日常生活中不同地表感受到溫度差異，欲探討不同土地利用型態與環境微氣候之關係。本實驗模擬都市常見七種地貌進行實驗，並選擇七個測站，分析地貌比例、七月日最高溫及日溫差。由統計人工、自然地貌及水體三者比例變化與溫度，探討地貌改變對環境溫度的影響。發現柏油等人工舖面升溫快，於夜間釋放能量加熱大氣，造成夜間維持高溫而日溫差較小。水體、植物吸熱後，部分能量以潛熱釋放減少對大氣加溫，日溫差較大，實驗結果亦顯示含水量越高，溫度上升較緩。此外，有無陰影遮蔽對地表加溫影響顯著，溫差可達30℃以上。地貌型態種類，地理環境，交通運輸等，均為影響微氣候之重要因素，可作為未來都市土地規劃之參考依據。

在開始做實驗之前，只是想拍出美麗的夕陽，後來，提出了疑惑，想要找出是否有規律性質，開始收集相關資料。討論後，受到老師的鼓勵，決定開始作一篇完整的研究報告。原先只想探討為何夕陽顏色的變化有這麼大的差異性，但做了之後才知道，還有很多知識是自己所欠缺，需要去補齊的。隨著收集到的資料從雜亂拼成一幅清晰的地圖，猶如砌牆一般步步築出踏實的感覺，產生了莫大的成就感。 這篇研究或許未能證明出新的理論架構，但卻了解散射為何不在高中教材中，是因為其需要討論的因素是如此多元且難以控制。期待自己未來可以持續進行探討，並希望能利用簡單的量度表瞭解天後氣象與大氣狀況的關係，將它反饋於生活中。

2018/03/21新聞報導高雄市三民區明誠橋的愛河變成了牛奶河，引發官方「自然現象」與民眾「工業汙染」的爭論。本研究分析相關報導內容及文獻資料，針對硫酸鈣溶液的溶解度(沉積)、鹽水、膠體溶液、乳光效應與溫度之關係，運用Arduino電路板及電子元件設計實驗裝置，編寫軟體程式計算訊號資料，另實地踏查變色河段，採集河水進行檢測，彙整變色河段工業汙染情形，比對實驗結果與大氣水文數據。 研究結果顯示牛奶河屬感潮河段，成因與河水中的硫酸鈣、海水(鹽度)及膠體溶液有明顯關係，而突然降水帶來汙染物(懸浮物)增加，以及環境溫度突然變化(20℃至30℃硫酸鈣溶液乳光效應變化最為明顯)是主要影響成因，此外；研究分析發現河水變色與潮汐變化無明顯關係。

我們對天氣的研究前後共進行了二年，在本年段中仍以「雲」作為主角來探討埔里在地的天氣，並進一步對天氣的預測做更詳細的分析。在此略述我們這二年研究的成果：(1).我們發現同屬於高雲族的卷雲和卷積雲大都對6小時後的天氣有高度的指示性，尤其，我們還發現卷雲的AL法則，能預測劇烈的天氣變化；(2).我們發現可以利用高雲族和層狀高積雲來預測冷鋒鋒面何時到來，而且，我們也發現層狀高積雲出現的次數和冷鋒來臨前後的溫度差具有高度的負相關─亦即我們可以藉由層狀高積雲的觀測，事先做好禦寒的準備；(3).我們發現若能結合日月潭氣象站的氣壓、濕度和埔里當地的濕度資料，再經過詳細統計分析，可以對埔里地區的短期天氣做有效的預測。

瑞里燕子崖、蝙蝠洞擁有豐富的地質景觀，附近皆為沉積岩地形，可由我們在此發現的生痕化石「砂棒」來證明。兩處的地形皆為水平的地層，表示從形成到現在沒有出現太大的地層變動。蝙蝠洞的地層在燕子崖上方，所以較年輕，但蝙蝠洞的凹洞比燕子崖較大，是因為先露出水面受到差異侵蝕的結果，與野柳的蜂窩岩和風化窗類似。我們在蝙蝠洞的岩石上發現有些白色的粉末附著於此，經由實驗證明這些白色粉末為硫酸鹽類。因河流曲道流水速度較慢及崩塌的影響，蝙蝠洞與燕子崖在粗紙坑溪對岸的地層，沒有辦法產生風化窗，因此我們更要好好愛惜此珍貴的地形地貌。

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。

草漯沙丘是桃園市海邊景點的一大特色。本研究經由野外考察與實驗室實驗，觀察沙紋形狀與沙粒運動過程，鑑別草漯沙子的礦物成分；並利用過篩的方法，分析沙丘表層沙粒粒徑分布情況，藉此了解沙粒粒徑、沙紋波長與沙丘坡度的相互關係。 發現草漯沙丘沙粒富含石英、鐵礦、黑雲母與貝殼砂等礦物，沙粒粒徑以( 0.12 ~ 0.16 mm )為主，( 0.16 ~ 0.25 mm )次之。沙粒以跳躍、滾動推移與懸浮方式運動，沙紋的走向與風向垂直，風速過大或沙粒粒徑太小時，無法形成沙紋。沙紋的形狀則受風向、沙粒組成、坡度變化等地形地貌影響。當坡度平緩時，沙紋的波長與沙粒粒徑呈現正相關；當坡度過陡大於10度時，沙紋的波長與沙粒粒徑轉為呈現負相關。

地震可能造成土壤液化，本實驗是利用自製的震動台來模擬地震，壓克力盒內裝彈珠,BB彈和沙來模擬地層，試著改變其震動頻率，來找出最容易發生土壤液化的共振頻率條件。 我們分別做了S波和P波的震動台，震盪模擬地層及地下水層的實驗盒，並建立研究模型利用水沙比(Rws)、液化時間(TL)定義出土壤液化潛勢指數IL，作為土壤液化的指標並用來說明土壤液化與地震頻率的關係，我們發現震動頻率的確跟土壤液化有很大的關聯，當頻率在某個頻寬時很容易液化，過後即變不容易液化，而S波對土壤液化的發生影響明顯的比P波還來的大，最後我們藉由在地層中埋入隔板試圖改變地層的共振條件並獲得良好的成果，以期未來在土壤液化防治上有更進一步的成果。

本研究期望能找出花蓮海岸山脈北段地區，可以取代矽藻土的岩石材料。首先，我們選擇海岸山脈北段主要溪流出海口進行岩石認識，並帶回實驗室進行觀察描繪及密度分析，藉以認識岩石的種類及特性。接著，我們進行岩層考察，瞭解不同岩層的種類與特徵。最後，我們從密度適中的火成岩類（具有氣孔）與沉積岩類（多孔隙）中，挑選出安山岩、凝灰岩、砂岩以及和矽藻土(生物沉積物)類似性質的珊瑚礁做為實驗的樣本。 研究發現：凝灰岩的除濕能力優於矽藻土，珊瑚礁、凝灰岩、砂岩的抗升溫能力等同於矽藻土，砂岩的降溫能力優於矽藻土，而安山岩的保溫能力等同於矽藻土。在不同的室內條件下，這些岩樣可以進行適性應用，為我們打造出健康節能的生活環境。