地球與環境科學

本研究以具空間梯度的臺灣周邊離島測站實測數據及衛星氣膠光學深度時空變化及相關性推斷東亞境外氣膠對臺灣北端PM 2.5濃度的影響。我們選取鄰近中國的金門與馬祖、中等距離的馬公及臺灣北部(富貴角、基隆)、遠離大陸的日本離島(石垣、那霸)共七站，分析2015-2021年東北季風盛行冬春季與西南季風盛行夏季的資料。結果顯示各測站冬春季PM 2.5濃度均較夏季高2-3倍並由西向東下降，冬春季相關性均較夏季高；針對高濃度事件，氣膠光學深度顯現冬春季高PM 2.5傳輸和各站測值在時空上緊密連結，由西向東下降；冬春季當地汙染極低的馬公平均濃度與臺灣北端兩站數值一致但夏季顯著較低，顯示季節性境外汙染對馬公和富貴角、基隆影響程度的一致及重要性。以上結果均支持東亞境外氣膠傳輸為臺灣北端冬春季PM 2.5主要來源。

在暖雲的形成過程中，吸濕性凝結核佔有舉足輕重的位置且在大氣層中常會有不同種類的凝結核。本研究以自製的減壓雲室瓶模擬絕熱膨脹情況，並探討不同凝結核之成雲效果。減壓使凝結成長的效果在消光量的測量上符合比爾定律。而且利用絕熱膨脹估計出本系統在0.85 atm環境下每立方公尺的液態水含量LWC大約落在1.9~2.1公克，0.93 atm環境下每立方公尺的液態水含量LWC大約落在0.3公克，表示本實驗方法能擬合絕熱膨脹過程。且0.85大氣壓下，氯化鈉與線香粒子的成長可以達到1.68至1.94μm；硫酸銨粒子成長則達到1.01~1.12μm。而0.93大氣壓下，硫酸銨粒子成長則是0.77~1.04μm。另外，比較水溶性粒子與固態微粒化學性質，發現水溶性粒子如氯化鈉和硫酸銨的確較適合做為水氣之凝結核。

上高中後，我們將國中對閃電研究的興趣延續，國中的研究著重於閃電與降雨地形及溫溼度的關係，高中這幾年我們的目標是希望找出以容易取得的雷達迴波圖推估閃電得發生，高一及高二上學期間我們在研究過程中，對閃電的資料記錄方式、形成條件、現象等越理解，讓我們除漸漸得出穩定的研究結果，但也發現因為需不斷的調整以趨向大自然的真實狀況，我們方法有限制。本報告以我們初始研究為基礎，以調整後的方式進行深入分析，期望以其他的氣象資料輔助雷達迴波圖的可行性，並且以三維雷達回波資料分析降水粒子對閃電發生的影響，最終希望建立利用資料推估閃電發生的簡易閃電預報模式。

Due to widespread water shortages, there is an increasing need for innovative water conservation strategies, such as reusing greywater from laundry. The World Health Organization (WHO) recognizes greywater as suitable for plant irrigation, but commercial laundry detergents contain synthetic chemicals that can harm both the environment and plant health. Soap nuts, derived from the Sapindus mukorossi tree, offer a natural alternative. Their pericarp is rich in triterpenoid saponins, amphiphilic compounds, composed of hydrophilic sugar group and hydrophobic triterpenoid sapogenins. These saponins mimic the chemical structure of surfactants in detergents, allowing soap nuts to act as natural foaming and surface-active agents in water. As a result, soap nuts have long been used as a sustainable option for shampoo and laundry detergent in many Asian countries (Sochacki & Vogt, 2022). Greywater, an often overlooked resource, is generated from household activities like laundry, showers, and basins. Unlike blackwater, it contains lower levels of pathogens and bacteria. However, due to a lack of awareness, greywater is frequently mixed with blackwater and directed to the same sewage treatment systems (Greywater Systems: From Recycling to Filtration, n.d.). Greywater accounts for 50-80% of a household’s daily wastewater (Wong, 2011). Repurposing greywater offers a promising and sustainable solution to address water conservation challenges.

為了解台灣梅雨季的氣候特徵，本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示，東北部冬季多雨，而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季，台灣的降雨區域逐漸南移，顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形，歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型，並整合其趨勢。我們發現，梅雨季期間，寒冷流型的出現頻率逐漸減少，而溫暖流型在夏季成為主流，不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後，結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響，且發現致災性梅雨的發生條件。最後，本研究設計模擬裝置，利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型，可模擬出符合本研究歸納的流型。

本研究利用中央氣象署2003年至2022年在宜蘭地區的地面測站雨量及風場觀測資料，分別在蘭陽溪以北與以南的平原與山區各選取十個測站進行分析，再輔以宜蘭降雨觀測計畫所提供的探空斜溫圖，探討宜蘭地區三維風場及因特殊地形作用所產生的雨量分布及變化。研究結果顯示：宜蘭地區的降雨量多寡與降雨特性分成五區，分別是中央山脈迎風面（4000~5000mm）>雪山山脈山區（約3500mm）>平原內部（2500~3200mm）>中央山脈背風側（約2700mm）>無地形作用（約1200mm）。其中中央山脈迎風地區年雨量逐年上升，背風面雨量逐年下降。另大尺度的東北季風進入宜蘭平原，與地形交互作用產生繞流西風再與低層東北季風產生輻合舉升作用，常造成了宜蘭地區冬季劇烈降雨事件。

本研究主旨是在探討颱風與季風互動對颱風風場不對稱性變化的影響，分析了2013至2024年9月期間的颱風數據，結果顯示，季風是影響颱風風場形狀的關鍵因素。在東亞特有的季風氣候中，84%的颱風受到季風共伴的影響，我們發現，在季風共伴下，颱風的七級風場會呈現螺旋形，東北季風影響下多呈「6」形，西南季風影響下多呈「9」形，這些形狀可用「等角螺線」來描述，對於季風影響不明顯的颱風，風場形狀則更接近橢圓。我們進一步計算集合重合率以驗證形狀描述的準確性。 此外，本研究將颱風生活史的流型演變分為五類，結果顯示，環境條件相似的颱風，在流型變化上具有相似性。我們還利用颱風氣流場裝置模擬颱風風場，測量風速和風向，深入探討環境風場對颱風不對稱性的影響。

Climate changes that include ocean acidification and global warming are serious problems in the ecosystem, affecting marine phytoplankton, including Nannochloropsis oceanica. In the effort to further explore the impact of rising temperature and carbon dioxide (CO₂) concentrations on oceanic ecosystems, the phytoplankton Nannochloropsis oceanica was used as a model organism. This study explored the effect of temperature change and CO₂ concentration on the growth of Nannochloropsis oceanica, achieving 243 samples that were tested with three different temperatures (24 degrees Celsius (°C), 28°C, 32°C) and CO₂ concentrations (0 milliliter (ml)/min, 0.4 ml/min, 0.6 ml/min), utilizing a hemocytometer counting method. Results indicate that the CO₂ concentration has a significant effect on the population of Nannochloropsis oceanica. But the temperature doesn't affect a lot. The Nannochloropsis oceanica in the lowest temperature and highest concentration of CO₂ in its environment had the highest population growth, and in the highest temperature and lowest concentration of CO₂, it had the lowest population growth. Results show the serious negative effect of climate change on the cosystem and the importance of environmental protection. Population blooms due to excess CO₂ taking up ocean resources causing dangerous ecological imbalances.

團隊透過分析臺灣台灣周遭八個處海洋浮標測站資料，自2021年1月到2024年10月為止之示性波高、平均週期、平均風速、海溫等資料間之相關性，並試從不同位置測站之海洋條件與大氣因素，來綜合探討影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏量的關鍵因素。並透過分析海溫與波浪能變化的關係，試圖瞭解全球暖化平均海溫上升，對臺灣周遭波浪能蘊藏的變化趨勢。 團隊發現影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的因素，除了季節性季風的影響，黑潮主流以及澎湖水道的黑潮支流湧升流，也都 可能 是影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的重要因素。團隊也發現，在臺灣周遭海域波浪能蘊藏與海溫變化有負相關的趨勢，此現象與臺灣中央研究院針對過去70年，全球波浪能的變化趨勢並不一致。其原因可能是臺灣所屬地理位置環境的關係，也可能是分析的數據資料僅有4年無法準確看出趨勢變化。

為了解決水污染問題，本研究探討共價有機框架（COF）作為光催化劑的應用。COF具備高度可調孔洞、高穩定性及選擇性吸附等優勢，有助於有效去除水中污染物，對未來具有前景。本實驗採用大氣常壓微電漿合成COF，此方法能在室溫下以水為溶劑，無需高溫或有毒化學品，並僅需一小時即可完成合成，具有綠色化學優勢。實驗結果顯示，成功合成的COF能有效降解水中常見染料污染物（結晶紫及亞甲藍），證明了COF的高效光催化性。在紫外-可見光光譜中，隨著光催化反應的進行，染劑吸收波峰顯著減弱並幾乎完全褪色，確認了COF優異的降解能力。掃描電子顯微鏡圖像顯示，COF的高度有序孔洞結構提升了其催化活性與穩定性。這項技術不僅能高效處理水中有機污染物，還具備廣泛應用潛力，有望為全球水污染治理與環保提供新思路。