全國中小學科展

地球科學科

看美麗日「RAW」,終究得---「閃」一「邊」趣

在日出或日落出現在地平線或海平面,僅一、二秒鐘的綠色閃光非常難見到,因為無意間拍攝到,引發我們的探索興趣。研究先拍攝日出與大量日落RAW檔格式照片,以影像處理軟體觀看還發現到綠邊、藍邊、雲頂閃光等日出光學現象;為了解發生原因透過四種實驗方法驗證綠色閃光發生的機制,結果在日光下以三稜鏡與黃色及白色圓形紙片,即可重現綠色閃光、綠邊與藍邊等景象;以影像處理軟體做連續截圖,更可了解綠色閃光發生過程;最後再比對出現以上四種太陽色光後三日的氣象資料,發現降水時數幾乎為零。因此日出日落時,太陽出現四種色光景象以做為判別未來天氣變化的應用。我們甚至在東部或西部海邊觀光景點,以能拍到綠閃這難得的景象,促進觀光。

詭譎多變的離岸流

本研究是探討詭譎多變的離岸流,透過文獻蒐集來理解離岸流的種類與成因,做為現場觀察的對照依據,經實地觀察詢問居民耆老讓我們發現海浪沖擊到海灘時會遇到阻礙物而潰散,大量海水必須回到海裡,因地形因素和後續海浪推擠會沿著與沙灘平行的方向移動~沿岸流,最後匯集成一道或數道的強大水流退回海中,若不去注意其現象,就會增加潛在危險。 為了更進一步了解,離岸流造成原因是否如我們晤談與文獻中所獲知的,我們透過設計模擬不同海岸地形架構物,觀察及驗證不同海岸地形形成的狀態與強弱,預測離岸流發生的路徑及可能行,結果我們觀察到模擬沙灘、沙洲地形所產生的離岸流現象特別明顯,因此前往這樣的海邊潛在危險,要非常注意自身的安全。

河中「漩」機

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。

風吹砂—大風吹模擬沙子沉降實驗

本實驗是用電風扇當作風源,針對揚塵的落沙量及落沙區域進行縮小規模的模擬實驗。目的是找到擾流板的角度與間隔的搭配,期望能在揚塵發生時,透過擾流板將落沙的範圍縮小。 我們測量後確定風速衰退與距離有著高度相關的關係,風速衰退又會加速沙子的沉降。所以只要找出角度和間距的最佳組合,就可以有效著攔阻飛砂。 根據我們的數據,我們發現間隔對加速落沙沉降的影響比角度還要大。且有擾流板遮蔽時,落沙量都較無遮擋時集中。其中使落沙區域縮小最有效的組合是60度的夾角搭配15公分的間隔,這樣的搭配可以使落沙區域較無遮擋時減少16.7%。但如果是要阻擋砂子或是有效將沙子集中,最有效的搭配是120度的夾角搭配15公分的間隔,可比無遮擋時增加約10%。

「濃」情「雨」意_ 濃積雲與大埔里地區午後雷陣雨之探討

我們依雨量多寡將大埔里地區午後雷陣雨分作Ⅰ型(達大雨標準)、Ⅱ型(10mm<雨量<大雨)、Ⅲ型雨量<10mm),研究成果如下:(1)導致三種降雨類型的熱對流形態並不相同。(2)因風場的不同熱對流可能發生滯留或「堆疊」現象。(3)若濃積雲穩定快速發展,則午後雷陣雨會來得比較早。(4)可由氣溫的反轉(下降)點來判斷厚濃積雲發展情況。(5)降雨前氣溫愈高且維持愈久,愈可能帶來較大的雨勢。(6)濃積雲-RVD或強熱對流的包夾作用預測下雨的成效非常好。(7)可藉由觀察第三象限濃積雲-RVD發展情況來判斷埔里是否會發生午後雷陣雨。(8)可由淺山帶熱對流「集-水黃金三角」來預估核心區是否會發生劇烈降雨。

綠色組合巨石之謎

本研究研究場域位於宜蘭縣南澳鄉中央山脈向東延伸濱海的餘脈,故運用中央地質調查所網站建立地質圖、地形圖,再將圖層套疊到GOOGLE平台測量坡地坡度及崩地面積等。 接著以現地調查及空拍機拍攝方式探究研究場域。 調查結果發現:該區屬綠泥石片岩,有石英、黃鐵礦、雲母等礦物,雖未發現變質石灰岩,但本研究推測氣候、岩性、地形等因素,使得變質石灰岩被因溶蝕作用而導致岩屑崩滑,造成有趣的地質現象,如岩屑崩滑、碳酸鈣膠結綠泥石、鈣華現象、方解石外生礦等。 最後,經由實驗設計及操作,希望能描述碳酸鈣膠結綠泥石的經過,解釋其機制,複製其現象。

臺灣海峽自然環境對離岸風機穩固度的影響

此研究是探討臺灣海峽沉積物種類、風力大小及風機的水下結構等因素,進行對風機穩固度的分析。 預設在地震五弱時,臺灣灘北側及東側,位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E沉積物粒徑大於0.5mm,對單樁式及螺距2mm的螺紋式風機穩固度影響較大。 蒲福風級6級風,在海峽中線到馬祖的部分大約位於25.0~26.3°N、119.3°E~120.0°E,對風機的穩固度影響甚鉅,比5級風的傾斜角多約12倍;在新竹、苗栗外海至海峽中線大約位於24.0~25.3°N、120.0°E~120.5°E,傾斜角度隨著風力級數增加而逐漸變大呈正相關的態式;在臺灣灘北側及東側大約位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E,風級在6級以下就對風機穩固度沒有影響。且我們發現風機發電機艙重量,模擬在120克重時,風機為最穩定;在比較四種不同的螺距,發現螺距和旋轉次數於地震五弱(150RPM)時對穩固度影響較小。

大地之腎-探討淡水河溼地之特性

淡水河分別有三大支流:大漢溪、基隆河、新店溪。大漢溪與新店溪流經於新北市板橋區的江子翠匯流後即稱為淡水河,淡水河於關渡納入基隆河後,向北流向淡水油車口而注入臺灣海峽,早期淡水河肩負台北盆地的水運重任,近代以降的淡水河則兼具供給臺北都會區民生用水、農業灌溉、都市排水及防洪等功能,中下游則成為排水集汙之河道,所以政府在沿岸設置許多人工濕地,來淨化汙水,所以濕地就像是大地的腎臟一樣,提供教育、研究及休閒的場所。我們沿淡水河捷運線,第一站來到華江人工濕地,處理板橋區的污水。第二站來到關渡自然公園,參與心濕地導覽解說,第三站來到紅樹林自然保留區,實地考察取樣,透過親手操作,檢測水質和調查生態。

真「象」原來如「齒」–澎湖水道動物群古菱齒象牙齒化石探索

化石在地球上是珍稀的寶藏,特別是大型脊椎動物的化石。我們以澎湖水道動物群的古菱齒象為科展主題,通過比較觀察古菱齒象的牙齒化石形態特徵,特別是齒面、齒板,發展出了可以簡單量測齒板厚度、間隔距離、齒板密度,結合觀察並判斷其是古菱齒象的方法。我們希望了解化石是怎麼形成的,通過進行埋藏實驗,探索化石埋藏的環境(熱帶淺土、深土、淺水、深水)及埋藏的深度對樣品保存的影響,並培養和觀察起主要分解作用的生物。我們實驗發現在熱帶環境要形成化石極其困難,深水的環境比較有利生物樣品的保存。我們非常好奇巨大的古象1萬多年前還有,為什麼隨後它們會滅絕?我們最後討論古象的滅絕和全球環境氣候變遷可能存在的關係。

「非」天「頓」地-非牛頓流體阻尼的減震效果與建物即時監測研究

本研究探討非牛頓流體阻尼位於地上不同樓層及地下室的減震效果。我們以樂高動力積木搭配伺服馬達及程式控制器自製地震模擬器,體積較小,且能透過調整程式的功率模擬不同震度的S波,進而討論不同震度在相同變因中的差異。此外,我們為建築物設計地下室結構,並將非牛頓流體阻尼放入地下室外牆,觀察減震效果,實驗得知,地下室外牆放入阻尼皆較填入輕黏土更減震。同時,我們也製作不同長細比及不同建材的建築,分析數據後得出最減震、最具安全性的結構比例和建築材料。並比較建築上不同重心高度及搖晃時間長短對非牛頓流體減震效果的影響。最後,利用Arduino超聲波測距模組進行建築傾斜觀測,提高建築各面向的安全性。