地球科學科

為了解台灣地區梅雨季的氣候特徵，本研究分析2009～2021年五、六月之降雨、風場及大氣環境。顯著降雨方面，東北部全年有雨，西南部則是五月開始才進入雨季。五至六月，台灣顯著降雨區域逐漸南移，為了解此時期大氣環境演變，我們分析「SSL東亞衛星地面天氣圖＋風場」，共歸納出六種流型，分別為A北風、B東風、C南風、D北風南下、E低壓帶及F西風流型。我們發現，南風流型入夏後成為主流，且流型變化有趨勢性，在整合降雨資料發現，迎風面影響降雨甚鉅。接著，我們嘗試在實驗室模擬流型，我們以不同濃度海藻酸鈉溶液進行垂直及水平模擬，搭配磁石攪拌器模擬不同流向的流體擦撞，並加入障礙物，可模擬出與本研究相符的幾種流型。

本研究是在探討丁壩對河川挑流、緩流之影響，而經過實驗和統整後，我們發現： 河流在經過河道彎處時，會造成攻擊面。從實驗得知，若在攻擊面前、中、後設置丁壩群及護腳工，可以有效的挑流及減緩流速，因此，在模擬河道的實驗中，發現在不同彎度和寬度的河道，所使用的都是透水、平行丁壩，且丁壩長度是河道寬的三分之一，可以有效挑流及緩流。最後，我們用塊石工法模擬設計丁壩、護腳工和落差工發現，塊石工法可以有效的挑流及減緩流速，在丁壩前後形成的淺瀨和深潭可以讓魚類生存；又在沉積位置設置魚穴，形成另一種魚類生態和水草在此美化環境，讓環境與生物在此處共存。

本研究的研究目的在探討影響沙灘上風成「砂波紋」外形的變因。除了實地到高雄旗津海岸公園以及西子灣沙灘上進行觀察測量外，我們也在實驗室中利用自行組裝的實驗器材進行各項變因的研究。研究結果發現，以中、細砂做出厚度至少2公分的砂堆、用7.5m/s ~ 8.0m/s之間的風速吹襲砂堆約15分鐘，即可製造出排列整齊、紋路明顯的砂波紋。研究結果也發現風速、砂堆厚度和沉積物顆粒大小都對砂波紋外形有明顯的影響：(1)風速愈小，砂波紋會愈平直，波長也較小；(2)砂堆厚度愈厚，形成的砂波紋波長較長；(3)中細砂和泥土等級的沉積物顆粒才能形成砂波紋，顆粒大的粗砂很難形成砂波紋；(4)當風速相對於沉積物顆粒極小時，有機會形成較不明顯的縱向砂波紋。

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點，利用數位顯微鏡比對外觀特徵，電腦影像軟體分析色調，透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例，並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示，屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成，呈白黃色調；而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成，呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異，水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性，TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異，但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

屏東平原地下水位在這波旱情中下降，為了解地下水從沖積扇頂到平地的流動原理，環境因子和抗旱井抽水對地下水流動的影響，我們利用自製砂箱和類似地層沉積物的砂礫進行模擬，以食用色素呈現流線並測量相關數據。結果顯示距離中央隔水牆愈遠，流線的時間和路徑長均增加，流線的速度則減少。當地下水鹽度增加時，流線的路徑不會改變，距離中央隔水牆較近的流線速度增加，距離中央隔水牆較遠的流線速度減少。當地下水溫度增加時，流線的路徑不會改變，流線的速度會跟著增加。在模擬抽水的狀況下，流線路徑會改變，較快的流線速度會下降，流線路徑向左偏移、長度增加，較慢的流線速度下降並改往抽水口方向，且有隔水層時會使流線路徑偏移更明顯。

實地到大豹溪觀察漩渦、河道與石頭的分布，再到實驗室模擬石頭分布與河道。探討水流衝擊石頭時，石頭數量與位置是否影響漩渦的數量與形成的位置，以及單邊河道出現凹槽時，是否會影響漩渦的形成。透過石頭的密集度、水流速度、石頭的數量，三種方向研究漩渦產生的位置與數量；以及用三種不同深度的河道凹槽，觀察漩渦的數量與位置差異。發現石頭間的縫隙較寬的話，特別容易形成漩渦；石頭的間距增加或是水流速度較緩慢時，漩渦數量會增加；石頭間的夾縫、水流的匯集與分流處都是漩渦容易產生的位置；石頭數量減少漩渦也會變少；河道單側有凹槽時，會出現漩渦；凹槽深度不同時，漩渦位置與旋轉方向會有所差異。

西湖鄉金獅村龍洞溪附近出露的岩層，可以見到分佈非常密集的海膽化石，該岩層為更新世的頭嵙山層，屬於臺灣較年輕的地層，且位於通霄背斜軸與銅鑼向斜軸之間。根據野外調查發現這些海膽化石層大多介於泥岩層及其上部的粉砂岩層之間，並沿著岩層傾向北偏西78度傾角2度延伸分佈於河谷兩側。 透過分析發現，沉積物淘選度好，搬運距離近，海膽化石全是奇異掘沙錢，其受環境影響而有不同顏色，由露頭處估算，消失在河道上的海膽化石體積至少53.37立方公尺，另貝螺類化石也豐富。 綜合各項證據本研究認為研究區海膽化石密集處，其成因可能是氣溫上升與經風暴海水帶到海底沉積，再經地殼隆起而於陸地上，但因岩層沉積物膠結狀況差，顯示海膽化石未經深埋。

本實驗以透過實地走訪、文獻探討、模型操作，以觀察及分析了解造成新竹人困擾的都市峽谷效應，並希望透過各式實驗讓人們可以更了解這樣的地質現象，並可以了解哪些地點容易發生這樣的現象以小心安全。 而本研究完成後發現當建物形狀符合風場、巷道狹窄至臨界點、街口面朝風及廣大處、周遭沒有可以阻止風運行的建物或巷道旁有許多排列整齊高樓的地方較容易出現峽谷效應。而在我們討論過後建議只要將建物距離加大、房屋間距統一且注意臨界值、巷頭巷尾統一寬度、設立告示牌提醒用路人或在建物興建時加入風道思考設計，即可防止峽谷效應對人們的傷害。

從凝結核數量對海水結晶的實驗中，凝結核在低濃度、足夠的時間結晶時，凝結核越多，結晶會因互相吸引而越大且數量越少。我們利用此結果與雲林縣沿岸的海水樣本進行比較與分析，結論如下： 1. 鹽度較低的海水中，硫酸鎂晶體更易分辨。當觀察到硫酸鎂結晶時，可推斷該地區的海水鹽度較低。 2. 四湖三條崙海水的結晶時間最短，平均電導率也是第一名，故兩者數值具高度正相關。 3. 在口湖臨海園與四湖三條崙以外地點，電導率和結晶大小之間有高度相關。推測臨海園和三條崙所在的潟湖可能被統汕洲和外傘頂洲包覆，海水不易受外界變化影響。儘管結晶大小受多種因素影響，但可以推測其海水電導率和pH值的大致趨勢。 4. 沿岸海水pH值偏低，不利於台西牡蠣的養殖。

蘇軾前赤壁賦「壬戌之秋，月徘徊於斗牛之間」正確嗎? 探究可知是1082年8月12日，地點為湖北黃州赤壁(144.05°E，30.45°N)，計算歲差可知春分點移動約13度，月亮赤經約位於室宿，和蘇軾所寫不符。AI機器人驗證平均正確率55%，且差異大，其中Perplexity較符合推論，2個月後再驗證，AI會修正回應，Bing正確率100%。星象軟體stellarium網頁、平板版可查出1082年8月12日月亮位置與辭賦相同，但顯示非滿月，其他APP亦有差異。各種軟體在太陽、恆星、與月亮位置、滿月日期都存在差異，且距離現在越久遠則差異越大。我們製作自轉軸可轉動的天球儀，可考慮歲差、計算春分點移動。根據自製天球儀操作，驗證蘇軾辭賦中月亮位置應在飛馬座、雙魚座附近，而非於斗牛(人馬座、摩羯座)間。