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地球與環境科學

強降雨對美崙溪河口沙洲之影響

美崙溪河口沙洲位於我們學校附近,其形貌常在大雨或颱風後明顯改變。這使我們好奇,決定研究大雨和颱風對沙洲的影響。我們在降水事件前後以GPS記錄並比較沙洲輪廓;挖取不同深度的樣本,藉由搖篩取得沉積物粒徑比例。得出以下結果: 一、降水事件前後,美崙溪河口沙洲北側沒有明顯的形貌變化,主因為鄰近之堤防位置,以及沿岸流與河流流向。 二、即使沙洲外貌沒有明顯變化,仍需藉由沉積物分析,方能確定沙洲是否改變。 三、中型降水事件,會使溪水漫過沙洲,造成沙洲中央礫石比例上升。 四、總雨量大於600mm之降水事件足以沖毀沙洲,但事件後沙洲快速復原。一般認為蜿蜒曲折的美崙溪理應流速較慢,但本研究發現強降水後河口沙洲變化急劇。

從遙測看水色與紫外線及溫度之關聯

本研究使用NASA Ozone Watch南極臭氧濃度、MODIS Aqua之全球海平面水色、NOAA Operational SST Anomaly之均溫異常,以及Australian Antarctic Data Center南極葉綠素濃度數據,探討三大洋海洋水色的逐年變化以及影響因素。我們認為受到環境變遷的影響,影響水色最主要的外在因素可能為紫外線及溫度。本研究利用image J軟體,估算臭氧洞逐年的範圍變化,並利用水色換算出的葉綠素濃度的變化趨勢,將上述數據製作成圖比較。 結果顯示:在紫外線的部分,葉綠素濃度會隨著紫外線入射量減少而提高。在深度的部分,南極同一時間點所測數據顯示,水表到400公尺深的範圍中,呈現深度越淺葉綠素濃度越高的趨勢。此外,海表溫度正異常(>1.5°C)之面積分布,證實海水表面溫度變高時,葉綠素濃度變高,南極數據也顯示相同特徵。我們認為,生物基於避險本能,在紫外線過量時,生物會傾向往海洋深層移動;在10℃~35℃間,溫度越高,葉綠素濃度越高,影響浮游植物在深度的分布。上述各項皆能影響水色。

「震」「震」有詞--臺灣南部大陸隱沒帶地震發生之研究與探討

本研究分析位於台灣西南部東經120.5度、北緯21.7度地震群。數據顯示在1994-2017年6月間,於20-70公里深度處頻繁地出現地震,並且規模4.0以上的中大型地震好發於40km左右。資料顯示此地區地震發生和向西傾斜的張裂及走向滑移斷層關係密切,為說明聚合性板塊交界此種非聚合型低角度斷層的地震群的發生,我們利用一些模擬實驗和假設模型,解釋地震發生的空間規則,可能和板塊隱沒時應力施於交界處附近,使應力易累積於弱下部地殼與強上部地殼交界處有關,此模型在地震個數隨深度的分布與應力累積的空間分布均得到很好的證實。

水庫吸塵器—水庫水力旋流排淤之探討

為改善水庫淤積問題,提出清除泥砂淤積與水土資源回收之解決方案,本研究採旋風吸塵器概念製作結構簡單的水力旋流分離裝置,可在水庫供水時同時排淤,並運用虹吸引水方式抽取淤泥,以高度、管徑、圓桶長度作為影響旋流分離的主因,經實驗發現,改變此三項變因可影響流速,進而影響分離率,實驗中可有效分離99%河砂與97.5%白河水庫淤泥。 從模擬水庫排砂的實驗中,探討淤積粒徑的分布區與不同水力排淤工法的效益,依實驗結果得到水力旋流分離適用於水庫中上游粒徑大於黏土的淤積,水庫下游可搭配排淤隧道排出較難分離的黏土淤積,兩者搭配使用清淤將可不再受天候限制,並可蓄清排淤達到節能減碳的效果,延長水庫的壽命並降低原水濁度。

探討單擺週期與潮汐、月地相對位置之關係

本實驗目的為測量重力加速度g值的變化情形,主要藉由量測單擺週期的大小變化,來推得重力加速度g值的隨月球方位及潮汐變化情形。國中知道同一地點的地表重力加速度g 值為定值,但根據參考文獻1,已知重力加速度g 值會受到環境因素影響而變化,甚至是會有週期性的變化,因此我們將測量單擺週期的微小變化來做驗證,實驗方法是透過筆電內的音效卡配合免費音效軟體Audacity,取樣頻率可達96000次/秒。實驗結果顯示對單擺週期的量測精確度可達0.0002秒,可以充分呈現單擺週期的影響因素。我們發現一日內月球的方位與潮汐皆會影響單擺週期的變化,且單擺週期之數據分布,與潮汐變化較為接近。故本實驗推論一日內單擺週期變化受潮汐影響大於月球的方位變化。

利用日光偏振訊息簡易計算觀測者所在經緯度之研究

研究利用日光偏振訊息找出太陽方位,發現ω(日光強度的極大值對稱軸旋轉角度)與太陽方位角As的關係為:As=-ω+φ,負號代表逆時針旋轉,φ為偏光膜初始角度。且驗證偏振度P和Z值之關係為P(θ)/Pmax=2Z-1,其中Z=1/(1+sin2((hs));任何時刻觀測由東向西的日光強度會呈雙峰變化,找出與峰值觀測方向夾90°的平面會通過太陽,進而求得太陽高度角hs。 採用三角定位法,以原地觀測不同時刻的太陽方位角,及太陽直射地球的經緯度,推算觀測者所在經緯度,若再輔以球面三角形法修正,可提高精確度。本計算模式在9時~15時的範圍內誤差約小於5°,比只能在正午時推算經緯度還來的便利。

臺灣異常酸雨與鹼雨之時序分析與探討

從環保署2015~2017年報中,全國酸雨(pH值小於5.0)比例最高在萬里及觀音站,全國鹼雨(pH值大於6.1)比例最高在崙背站。經資料分析後,研究發現以下結論: 一、觀音站和萬里站皆為離海近且無當地污染源的背景站,因此酸雨污染源應是外來的;酸雨與PM2.5的形成方式有很高的關聯性,冬季的致酸汙染物可藉由東北季風到達臺灣,而使得酸雨發生比例高達90%。 二、崙背鹼雨與 [PM10-PM2.5] 的相關性最高,由緯向降水酸鹼值的變異分析發現當地局部地區的變遷很明顯,非外來環境影響所導致。 三、崙背北方的揚塵為雨水致鹼的原因之一,鹼雨發生比例高達90 %的月份皆在東北季風季,兩者雖非線性相關,但關聯性很高。 四、極端酸雨、鹼雨僅發生在時雨量小於 5 mm的事件。

The Use of Brine Shrimp to Test for Water Pollutants

The use of brine shrimp nauplii to test for the overall toxicity of sediment samples is proposed. Brine shrimp nauplii were cultured with different concentrations of heavy metals, including chromium (III), copper (II), nickel, lead and zinc, and organic pollutants, including triclosan, oxybenzone, octinoxate and bisphenol A. The brine shrimp nauplii were observed under a dissection microscope to determine the death rate. Results showed that brine shrimp nauplii are more sensitive to copper, cadmium, bisphenol A and oxybenzone. The LC50 (24h) are 55.5, 24.9, 5.6 and 2.7 ppm respectively. Zinc is likely to have synergistic toxic effect with nickel or lead. The synergistic toxic effects of other heavy metals and organic pollutants should be confirmed with further investigations. Brine shrimp nauplii were treated with extracts from sediment samples collected from the oyster culture zone of the Deep Bay, namely Pak Nei, Sha Kiu Tsuen and Hang Hau Tsuen. The sediment samples were extracted with neutral sodium acetate to dissolve the exchangeable heavy metal ions and some organic pollutants. The death rate of brine shrimp nauplii treated with the sediment extract of Hang Hau Tsuen was similar to 1 ppm PBA. It was also about 10 to 20% higher than that of the other two sites (Pak Nei and Sha Kiu Tsuen). Since Hang Hau Tsuen is closer to the residential area and Lau Fau Shan Seafood Market than the other two sites, its sediment sample is likely to have a higher level of environmental pollutants. The results suggest that brine shrimp nauplii may be used as a biomarker to monitor the environmental changes in the overall level of pollutants in sediment samples.

Ecological inks for markers

Markers have become essential in school and work life due to their great usefulness for teaching and homework. Despite the benefits they have brought, markers are the cause of great contamination from the ink manufacturing process to the excessive production of plastic. Ecological inks in markers and the innovative design of a refillable marker, allow to generate less pollution without having to stop using this product. From dyes created with coffee, fruits and vegetables that pass through different processes, natural inks arise that replace the use of polluting dyes. Likewise, implementing recycling plans in different institutions, markers that were no longer used were collected to be filled with ecological inks and used again. In addition, the excessive production of plastic is reduced by selling and refilling markers and ink kits.

臺灣極端寒流個案與東亞地區冬季氣候之關聯

本研究定義1967~2016年的極端寒流並將其分成1985前與1986後兩個時期,進行前後期寒流個案合成之綜觀環境場的比較,得知前後期確實有所不同,且以天為單位,後期寒流及非寒流差異較不明顯,推測需要更長時間尺度才能凸顯差異。再以臺北冬溫與世界冬季的溫度、風場做相關性分析,發現緯向風的蒙古地區,在前後期正相關性都相對明顯;經向風則是西伯利亞西部的負相關在前後期皆較明顯。因此,我們分別取蒙古緯向風及西伯利亞經向風以月為單位做不同季節延遲、同步及領先的迴歸分析,並發現與臺北冬溫相關性最高者,分別為蒙古冬季同步緯向風,及西伯利亞春季領先2經向風。最後為了驗證,再將此二風場1967~2016年的數據分為寒流、非寒流期間及全部數據進行比較,觀察同個月份在寒流及非寒流期間與平均值的差別,也探討這些差異與臺北冬溫三個月份間的差異有何異同,結果證實寒流及非寒流大多具有明顯不同。