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Item 臺灣雲解析差時系集颱風定量降水預報應用研究(2023) 陳鑫澔; Chen, Shin-Hau臺灣的颱風降雨雖為主要的水源之一，但也常因此造成災害。數值天氣預報開發以來，時常面臨著不確定性造成的困難，眾多研究者嘗試使用各式方法獲取防災資訊，本研究面對臺灣颱風防災的需求，嘗試在現有資源限制下，建構針對臺灣颱風降水於防災的建議系統。具體而言，本研究使用雲解析風暴模式，建構上採用了2.5km水平格點間距，每六小時進行八天的預報，在本研究的十個目標颱風內，經過評估後皆能在各颱風風雨影響臺灣前至少52小時前，也就是大約兩天以前，找出颱風影響期間總累積降雨量的相似技術得分(Similarity Skill Score，簡稱SSS) 大於0.6的高解析度的降水情境，顯示此方法實際應用上可以在有反應時間的前提下，提供有效的降水情境。 防災事前可以針對最糟糕的降水情境做防範，但為了更有效的找出較有參考價值的預報，本研究針對十個西行侵臺颱風選出105個預報參數，使用機器學習嘗試建構能夠預估降水指引(SSS為其中之一)與路徑指引的模型並進行評估，評估後大多數機器學習預估的SSS皆能適度掌握不同初始時間預報中的實際降水SSS好壞。機器學習預估的結果約在實際颱風影響臺灣26小時前可以產出，當預估的SSS中位數達0.6以上時，實際的SSS也有71%超過0.6，顯示可以在中心登陸兩天前預先指出那些預報的可信度低，那些的可信度高。 本研究進行機器學習訓練時進入模型的颱風數量上不多，可當作ㄧ初步之研究，文章中亦討論了許多颱風預報相關性分析，並提出了幾個可能的改進方向。總體來說，高解析差時系集預報輔以機器學習可在臺灣西行颱風的防災預警上，提供有效的降水情境，並指出較具可信度的預報。Item 滇西高黎貢造山帶板塊架構與其構造動力之演化(2023) 邱宇平; CHIU, Yu-Ping從東喜馬拉雅構造結(EHS)到滇西有著獨特的彎曲造山帶，它凸向被隱沒的歐亞板塊，這一點和西邊的印度-歐亞碰撞帶的其他邊界相異，也和東邊的新特提斯洋的海溝不同。位於滇西的騰沖地塊內有兩條彎曲造山帶，最顯眼的是位於騰沖地塊東緣的高黎貢造山帶；而在騰沖地塊西側有另一條規模較小的彎曲岩漿帶，其岩漿活動和特提斯洋隱沒作用相關。本研究藉由分析四期塑性變形事件的時間和動力機制，發現高黎貢造山帶是一條非典型的彎曲造山帶。最早的D1事件使早白堊紀(鋯石鈾鉛定年為118-78 Ma)的花岡岩變形，且在新特提斯洋閉合期間形成直立褶皺，在高黎貢造山帶北段為西北西-東南東走向，而在南段為南-北走向。淡色花岡岩質副片麻岩(06CG20)的鋯石鈾鉛定年結果結合主要元素分析結果顯示，沉積物源自124 Ma的花岡岩，之後經歷風化、侵蝕和沉積，在110 Ma到73 Ma之間沉積，然後在65 Ma深融形成S型花岡岩；隨後在45-40 Ma時於中度角閃岩相以上的環境發生混合作用(migmatization)。本研究對騰沖地塊南部東河岩體附近的角閃岩、花岡閃長岩、片麻岩和淡色花岡岩進行岩石學和地球化學分析。變質閃長岩和角閃岩等暗色體(melanosome)具有SiO2含量低 (50-60%)、融化溫度高(920-1100°C)和CaO/Na2O比值高 (變質閃長岩為4.35、角閃岩為1.40-2.03) 的特徵，代表這些暗色體是由角閃岩脫水之後的殘留物集合而成。中色體(mesosome)和新體(neosome)具有高Na2O+CaO含量但較低的K2O含量。本研究結合岩石學分析和板塊重建結果，提出在新特提斯洋板片回滾(rollback)和斷裂(break-off)造成地殼減薄時，地函熱源上湧，伴隨東河犁型斷層(D2)發生混合作用。隨後，由於Great India板塊的碰撞，東河滑脫面於40-28 Ma期間在高度角閃岩相的環境形成西北-東南走向、向東北逆衝的褶皺與逆衝斷層帶(D3)，並產生近水平的S3A葉理。此為高黎貢造山帶成形的最初的階段。然而，位於東側的奧陶紀基盤阻擋此褶皺與逆衝斷層帶，因此形成了鏟型的逆衝剪切面。當這個鏟型的逆衝剪切面沿著奧陶紀基盤被侵蝕和出露後，使得高黎貢造山帶成為看似沿著奧陶紀基盤彎曲的造山帶，因此為一「非典型」的彎曲造山帶。在D3的後期(35-28 Ma)，褶皺與逆衝斷層帶的前翼(forelimb)被高角度向東傾的左移走滑剪切帶(D3B)重利用，成為因印度向北擠壓而向東南拖曳的塊體邊界。左移走滑剪切帶(D3B)的S/C組構由白雲母和蠕狀石(myrmekite)所定義，顯示為中到低度角閃岩相的變質環境。之後，板塊架構因藏南下部地殼拆層而發生劇烈變化。從高黎貢片麻岩和同D4形成的長英質岩脈中挑出來的白雲母(34-31 Ma)、黑雲母(23 Ma)和鉀長石(33-21 Ma)的氬氬定結果可連結礦物的封存溫度建立降溫曲線，發現溫度從約34 Ma時的550°C降到32Ma時的350°C，在22 Ma時再降溫到275°C。再連結由同構造礦物定義的變形溫度和降溫曲線，結果發現了「從碰撞擠壓(collision-extrusion; D3B)過渡到地殼碎裂流(crustal cataclastic flow; D4)」的混合模式。陡峭的南-北走向、右移走滑斷層於28 Ma到15 Ma期間，在高黎貢造山帶北段形成高黎貢剪切帶(D4)，並成為該區域最顯著的構造。綠泥石化的黑雲母和形成串腸的矽線石沿著D4的S/C組構排列，顯示環境從角閃岩相退變質到綠片岩相。這反應了增厚的西藏重力垮塌，造成沿著EHS順時針旋轉的碎裂流為中到上部地殼的變形環境。至於另一條規模較小的彎曲岩漿帶，XRF主要元素分析和鈾鉛鋯石定年結果顯示其為63-62 Ma形成的I型花崗岩(A/CNK值為0.94-1.02)。整合了整個區域的岩漿事件之後，發現岩漿活動有隨時間和空間向西從S型花崗岩過渡到I型花崗岩的現象，反應板片從低角度隱沒轉變為高角度隱沒的回滾過程；顯示新特提斯洋的隱沒作用的確發生在騰沖地塊下方，且可能導致彎曲的岩漿帶形成。因此，本研究提出不對稱的「不規則的板片側緣模型 (irregular lateral slab edges model)」來解釋騰沖地塊的彎曲岩漿帶。這個模式必須隨時間逐漸累積變化，最後在60 Ma時於隱沒帶兩側產生高角度的板片回滾和海溝後撤(retreat)，而位於隱沒帶中段的騰沖地塊則是位於相對突出和板片低角度隱沒的位置，也因此會發生板片從低角度回滾演變為高角度回滾的狀況。然而，西藏下方的新特提斯洋板片斷裂(~50 Ma)和藏南下部地殼拆層(~28 Ma)使得這個「不規則的板片側緣模型」的隱沒系統被破壞，導致東南亞的地體架構在新生代發生劇烈改變，啟動數條地殼尺度的大型走滑斷層。Item 臺灣北部中全新世古環境研究：麟山鼻珊瑚骨骼岩芯的穩定碳氧同位素組成及Sr/Ca比值紀錄(2023) Le Thu Minh; Le Thu Minh本研究分析採自新北市麟山鼻附近的珊瑚岩芯（約6100-4100年前但非連續紀錄；U-Th 及AMS 14C定年）的穩定碳、氧同位素成分及珊瑚Sr、Ca的元素含量，重建臺灣北部地區的古環境。珊瑚岩芯自頂部往下可分為A、B（均為Porites）、C及D（均為Cyphastrea）四段，本研究沿著標本X光相片辨識出的最大生長軸方向鑽取碳酸鈣粉末標本，共完成245個穩定氧碳同位素成分及245個Sr/Ca比值分析。穩定氧同位素成分數值介於-5.4‰和1.8‰之間，穩定碳同位素成分數值介於-2.8‰ 和 3.5‰之間。A、B、C、D段的氧同位素平均值分別為-4.2 ± 0.5‰（1σ；N = 74）、-4.4 ± 0.5‰（N = 56）、-2.6 ± 0.3‰（N = 31）及-4.2 ± 0.6‰（N = 84）。整體而言，C段（約5.2ka年前）的氧同位素數值比A、B及D段的氧同位素數值大， C段的碳同位素數值（0.5‰ - 3.5‰）比A、B及D段的碳同位素數值（-2.8‰ - 1.3‰）大，而C段的Sr/Ca比值（10.2 至 10.9 mmol/mol）也比A、B及D段的Sr/Ca比值（8.8 至 10.5 mmol/mol）大。C段Sr/Ca比值海表溫度（0.9oC- 9.2oC）比A、B及D段Sr/Ca比值海表溫度（5.3oC - 27.4oC）為低，與中央氣象局2007-2022麟山鼻海表溫資料比較，臺灣北部於6.1-4.1ka 年前的海表溫整體而言較現今為低。根據穩定氧同位素數值及Sr/Ca比值海表溫度數據估算，臺灣北部6.1-4.1ka 年前的海水氧同位素數值介於-1.2‰ 和 1.5‰（SMOW；0±0.5‰, N=245）之間，以現代開放大洋的0‰為參考基準且6.1-4.1ka 年前至今的全球冰川體積的變化可略，低於0‰的區間代表較強降水的環境（約6.0ka及4.2ka年前），反之，高於0‰的區間代表較弱降水及強蒸發的環境（約6.1ka及5.2ka年前）。約5.2ka年前C段珊瑚岩芯所紀錄的低溫及蒸發作用較強的古環境紀錄亦見於東亞地區的洞穴石灰岩紀錄，伴隨高碳同位素數值，或許當時於臺灣北部有較強的湧昇流，導致較低溫及高基礎生產力的環境。Item 星際介質熱力學之數值實驗(2023) 林迺芥; Lin, Nai-Chieh在本研究中，我們調查了冷星際介質(ISM)的冷卻和加熱過程對其熱力學和動力學的影響。狀態方程描述了形成恆星的分子雲中冷ISM的溫度和密度之間的關係，當數量密度小於每立方公分 10^4 時，其多變熱指數為 γ ∼ 0.7，當數量密度大於每立方公分 n< 10^4時，其多變指數為γ ∼ 1。然而，觀測結果與理論預測存在些許差異，因為這些理論假設加熱或冷卻時間尺度比動態過程時間尺度短因而不考慮壓縮或膨脹所做的功。為了解決這個問題，我們使用自適應網格(AMR) 數值程式 RAMSES 進行數值模擬，以找出有效的動態指數。我們的模擬採用分子雲中主要的發射線冷卻函數和參數化冷卻函數。當使用分子雲中主要的發射線冷卻函數時，分子雲迅速達到平衡。然而，當把冷卻功率降低以模擬低金屬豐度環境時，分子雲偏離了狀態方程的描述。我們還探討了參數化冷卻函數的使用，並找到了滿足分子雲坍縮的特定參數設置，也就是有效的多變指數需小於 4/3。我們的結果顯示，在研究原始冷 ISM 時，應將動力過程所做的功納入理論模型中，因為在低金屬豐度環境的情況下冷卻效率不高。總結來說，我們的研究強調了對冷 ISM 的動力學和熱力學的更全面的理解的需要，以及考慮冷卻和加熱過程對這些系統的影響的重要性。Item 海流發電機最佳化配置研究(2023) 黃柏豪; Huang, Bo-Hao由於尾流的存在使得在大面積佈置海流發電機時將降低各個機組的效率，且很難通過物理手段消除尾流的影響，因此在佈置海流發電機前，去預測每部機組之間造成的影響和總發電量並優化排列方式是十分重要的課題。本研究參考風力發電機組的配置方式，利用尾流的計算公式與模擬退火演算法，提出出一套專門針對海流發電機配置與優化的模擬系統，並用產生之結果與其它案例進行比較，以此來驗證此系統的準確度與可行性。而實驗結果表明，此模擬系統不僅能提供海流發電機配置的方式，也能計算出在受尾流的影響下的總發電量，且在比較幾種配置方案後，模擬系統與其他配置方案比較皆有更好的表現，可為未來更複雜的環境模擬提供基礎。Item 極端降雨相關指標在臺灣長期變化的分析：觀測、模擬及未來推估(2022) 林佩瑩; Lin, Pei-Ying根據IPCC的氣候變遷科學評估，當大氣受到暖化的影響，全球降雨型態也隨之產生改變，大部分陸地上的強降雨事件發生頻率有增加的變化，不過各地局部的變化趨勢還是有所不同。本研究以氣候變遷偵測與指標專家小組所制定的極端降雨相關指標，使用高解析度網格觀測資料，調查近60年臺灣不同季節的極端降雨特性變化；並使用兩個動力降尺度模式，分析其對於極端指標在現今氣候的模擬能力及未來變化的推估。我們發現，對於近60年的長期趨勢變化，冬季東北角極端降雨的強度跟頻率增加，且極端降雨增加的區域延伸到南部；春季則是北部降雨強度跟總降雨量增加，冬春季皆受到東北海域水氣通量輻合增強所致。梅雨季降雨天數減少，可能由於臺灣到西北太平洋一帶水氣通量輻散。颱風季臺灣附近有氣旋異常環流，南部及花蓮北部的降雨強度、大雨日數統計上顯著增加。對於現今氣候的模擬，WRF-MRI跟WRF-HiRAM在梅雨季皆和觀測資料有較低的相關係數，其餘各季的降雨指標，模式大多能模擬其空間分布。未來變化推估方面，預期春季東北部及颱風季全台降雨天數有統計上顯著的減少；梅雨季跟颱風季在西部極端降雨強度跟頻率增加。對於天數改變的原因，颱風季主要受副熱帶高壓在未來增強所致；對於極端降雨強度跟頻率的變化，則是受西南氣流增強影響。Item 探討臺灣、亞洲季風區及北半球日至月尺度降水與地面溫度之關係(2023) 吳珮縈; Wu, Pei-Ying本研究利用臺灣測站資料及全球網格再分析資料進行分析，發現臺灣在夏季降水量與溫度之關係有顯著負相關，春季有較弱負相關，而秋冬多為不顯著的相關性，而在亞洲季風區內也有類似現象，另外在整個北半球區域，越往低（高）緯度地區降水量與溫度之關係全年幾乎呈現負（正）相關。再加入風場資料分析降水量與溫度之關係在季節上的變化，發現在亞洲季風區內，日本、臺灣及臺灣附近之海域在有北風分量時，降水量與溫度之關係為正相關，也就是秋季及冬季的時候；在有南風分量時，降水量與溫度之關係為負相關，也就是春季及夏季時，隱含著這樣的變動關係和季風與季節轉變有關。本研究另外加入Outgoing Longwave Radiation（OLR）與海平面氣壓資料來分析造成降水量與溫度這兩者關係之機制，推測低緯度地區呈現負相關原因主要由降水型態所影響，在夏季若有對流發生產生降水時，雲層將阻擋日照使溫度下降，因此為降水量越多溫度越低的負相關；高緯度地區呈現正相關原因可能為該地區溫度低，無法有足夠水氣與龐大蒸發量引發對流產生降水，必須先讓溫度升高後增加蒸發量才有機會產生降水，因此在高緯度地區若有降水發生時為溫度越高降水量越多的正相關。除了計算相關係數，本研究計算Precipitation-temperature relationships（PTRs）值，發現在臺灣春季及夏季有明顯負值，表示有降水發生時溫度會明顯下降；而在亞洲季風區內，負值範圍也會隨季節變化，在夏季時會向北擴張。最後使用Frequency of occurrence of precipitation（FOP）及Temperature-precipitation index（TPI）分析方法，由FOP分析可知在臺灣冬季，許多溫度區間下有一半的機率會發生降水，一半不會發生降水，使臺灣冬季降水量與溫度關係不明確；而在夏季則有在相對低（高）溫區間經常發生（不發生）降水的現象。此外，由TPI方法可知臺灣降水大多發生在低於溫度中位數時，僅10～1月期間在部分測站有降水發生在高於溫度中位數時；而在亞洲季風區，降水偏好發生在低（高）於溫度中位數之區域和降水量與溫度之負（正）相關區域相符合。若以天氣系統角度解釋造成不同關係的機制，在夏季影響臺灣及亞洲季風區低緯度地區天氣系統主要為：熱帶低壓、季風低壓、副熱帶高壓等，這些系統帶來（無）降水時，常伴隨氣壓降低（升高）溫度下降（上升）的特性，造成降水量與溫度為明顯負相關；而影響高緯度地區的天氣系統主要為：溫帶氣旋、暖鋒、西伯利亞高壓等，這些系統帶來（無）降水時，常伴隨氣壓降低（升高）溫度上升（下降）的特性，造成降水量與溫度為正相關；而影響臺灣冬季天氣系統較複雜，有濕冷、乾冷、暖乾等不同現象，導致降水量與溫度之關係不明確。Item 以事件角度分析台灣極端降雨變化(2023) 趙品諭; Chao, Pin-Yu極端降雨在氣候風險評估中屬於主要危害之一，過去因極端降雨所引發之自然災害造成許多損失，因此極端降雨過去及未來如何變化逐漸受到重視。台灣的極端降雨往往發生在特定的環境條件，如颱風或梅雨鋒面等。然而，過去相關的極端降雨研究多使用極端降雨指標來做分析，且極端指標主要是以各格點的資料做計算，而非獨立之極端降雨事件。因此，本研究以事件角度分析極端降雨變化提供了該領域研究下新的觀點。本研究利用高解析度網格化觀測資料，以深度優先追蹤演算法偵測1960年至2019年間的台灣極端降雨事件，並設定兩種門檻（80mm和350mm）來篩選出大雨事件和大豪雨事件。本研究利用極端降雨事件之特性進行分析，其中事件之總降雨體積可分為平均降雨強度、平均影響面積，以及持續時間之貢獻，因此透過此關係除了可以了解事件間的差異，也可以取得各年或各區域極端降雨的主要貢獻事件。而台灣極端降雨事件前十名之特性也一併在本文中進行討論。 本研究發現兩種強度之台灣極端降雨事件在過去60年中發生頻率及總強度皆呈顯著增加，其中大豪雨事件在後30年的發生頻率較前30年增加76%，大雨事件則增加23%。對於總降雨體積變化之貢獻，大豪雨事件之平均降雨強度、平均影響面積及持續時間變化皆呈增加，但持續時間之變化不顯著。而大雨事件之趨勢也相同，但持續時間變化在大雨事件中則顯示減少趨勢。除此之外，平均影響面積之變化為總降雨體積變化的主要貢獻。Item 基隆火山群安山岩岩象學與石英來源之再探討(2023) 許敏柔; Hsu, Min-Jo基隆火山群位於北台灣火山活動帶的東北部，其火山體包含了基隆山、本山、武丹山、草山與雞母嶺。此外，在基隆市東北方外海的基隆嶼因形成年代、岩性特徵和地理位置皆與基隆火山群十分接近，經常被歸類於基隆火山群中一起討論。在北台灣火山活動帶中的火成岩中，僅在基隆火山群裡發現火成岩中含有肉眼可辨的石英顆粒，這是很特別的現象，而此現象與基隆火山群的岩石命名有緊密的關聯。從較早的文獻至今，學者們有著不同的發現與討論，經由岩象觀察、主要元素含量、氧同位素、實驗岩石學等方式，探討應稱呼其為石英安山岩、安山岩或含有石英的安山岩等稱呼上的分歧，而本研究在前人文獻的基礎之上，再以岩象學礦物計數、全岩地球化學分析結果，來加以探討這個議題，認為基隆火山群的火山岩應稱為安山岩或含有石英的安山岩。 關於基隆火山群火成岩特有的石英顆粒，本研究以岩象搭配石英顆粒電子影像，探討其石英顆粒的來源。在電子影像中，發現石英顆粒外表大多具有平滑表面或者貝狀斷口，岩象觀察中，部分石英顆粒為自形、單顆分布，可能代表石英為岩漿本身晶出；而電子影像中極少部分石英顆粒有小面積類似沉積岩的不平滑表面，岩象學觀察中，石英顆粒有渾圓的外表，可能代表石英是捕獲周圍沉積岩而來。另外，在岩象學觀察中發現石英顆粒具有灣狀構造，其造成原因有可能為岩漿捕獲周圍沉積岩而將石英熔蝕，也可能是石英顆粒於岩漿庫生成後，在岩漿上升過程中經過溫壓改變而有不穩定的狀態而造成。綜合各種特徵，本研究推論石英來自岩漿晶出或者由沉積岩捕獲而來，兩者皆有可能，甚至是兩種來源皆存在。 另外，因基隆嶼在前人文獻中，表現出部分資訊與基隆火山群相近的訊息，但也有部分文獻發現基隆嶼和大屯火山群的資訊較為相關，於是有了基隆嶼歸屬的議題討論，本研究以全岩主要元素與微量元素、全岩鍶釹同位素，以及前段敘述的石英顆粒特徵觀察等方法，並參考前人文獻，認為基隆嶼和基隆火山群可能來自不同岩漿庫。Item Petrogenesis of Late-Neoproterozoic granite of the Doba basin, southern Chad(2023) 陳氏慧; Tran Thi Huenone