研究領域
專 任 李通藝老師 | 專 長 地體動力學/層序地層學 |
兼 任 李匡悌老師 | 專 長 聚落考古學/生態考古學/理論與方法 |
本組現有師資五人，研究主軸分別為：
研究領域涵括了地層學、古生物學、層序地層學、震測地層學、地體動力學、板塊重建、東南亞區域構造地質學、岩石學、實驗岩石學、地球化學、岩相構造學、及環境變遷等方向。研究區域除了台灣本島及周邊離島為主體之外、尚擴及中國大陸地及東南亞地區。 | |
 | |
板塊構造研究室（李通藝）–Plate Tectonics Research Group 穩定同位素質譜儀研究室（米泓生）–Stable Isotope Research Group 固態地球化學研究室（謝奈特）–Solid-Earth Geochemistry Research Group 岩漿與火山研究室（賴昱銘）–Magmatic and Volcanic Processes Research Group | |
專 任 | 專 長 |
陳正達老師 | 氣候模擬/雲與輻射交互作用 |
簡芳菁老師 | 中尺度氣象/數值天氣預報 |
王重傑老師 | 天氣學/中尺度氣象學/數值模擬/劇烈天氣系統 |
曾莉珊老師 | 海氣交互作用/大氣環流 |
黃婉如老師 | 季風氣象/氣候動力 |
兼 任 | 專 長 |
徐月娟老師 | 數值天氣預報 |
呂國臣老師 | 天氣分析/颱風結構/颱風路徑/天氣預報 |
陳永明老師 | 氣候變遷 |
名譽教授 | 專 長 |
林政宏老師 | 大氣遙測 |
鄒治華老師 | 天氣與氣候診斷/大氣能量 |
本組現有師資五人，研究發展重點：
以颱風、豪雨、熱浪等極端天氣系統的數值模擬與觀測分析研究為發展重點：一方面從天氣尺度研究極端天氣系統的成因與預報指引；另一方面則是從氣候觀點，去探討溫室氣體排放與其暖化作用對極端天氣系統與區域降雨特性的影響。其中除了極端天氣系統觀測特性的分析外，也特別著重比較影響極端天氣系統降水變化的各種動力、熱力與物理過程，例如大尺度環流場、水氣場、地形效應與暖化環境等所扮演的角色，量化個別過程的相對重要性，並進一步以高解析度天氣與區域氣候模式進行模擬與驗證假說的數值實驗。
近期研究議題：
- 從事件的觀點分析極端降雨的長期觀測與未來推估變化 (陳正達研究室)
- 台灣地區暖季西南氣流與豪雨之模擬與研究 (簡芳菁研究室)
- 台灣梅雨季豪大雨之機制、可預報度、及預報改進應用研究 (王重傑研究室)
- 準滯留性降水系統與氣候變遷 (曾莉珊研究室)
- 氣候變遷下，跨尺度環流交互作用對東亞地區降水特性變化的影響 (黃婉如研究室)
近期研究亮點：
- 建立極端天氣與氣候事件資料庫 (陳正達)
- 臺灣地區梅雨季西南氣流與降雨之研究 (簡芳菁)
- 2009年莫拉克 (Morakot) 颱風研究回顧 (王重傑)
- 2022 年 1-2 月臺灣極端降水特徵及成因 (黃婉如)
- 華南和臺灣初夏降水特徵的未來推估 (黃婉如)
- CMIP6 模式對東南亞夏季午後對流降雨活動的模擬與推估 (黃婉如)
- 多尺度環流交互作用對呂宋島春季日降水的影響 (黃婉如)
- 多衛星資料觀測呂宋島夏季晝夜降水的長期變化 (黃婉如)
- 如何更有效地利用SPEI指數監測短期且快速發展的乾旱與潮濕事件 (黃婉如)
重要設備介紹：
- 高速叢集平行運算系統
本系大氣組實驗室具備建立Theoretical peak capacity達90 GFLOPS的高速叢集平行運算系統，以符合系集氣候預報模擬及中尺度天氣模擬之計算需求，並設置5 Terabytes的線上資料儲存空間，以容納龐大的模擬輸出結果，並藉此系統完成國內第一個短期氣候系集動力預報系統，進行預報實驗，提前1至12個月，以動力氣候模式預測未來亞洲季風區季節天氣要素(如降雨、溫度、溼度等)的系集分布。
- 天氣資料整合與即時預報系統
本系大氣組也與中央氣象署合作，建立天氣資料整合與即時預報系統（Weather Integration and Nowcasting System, WINS），可將北半球各測站與台灣本地的地面與高空觀測資料、國外各大數值預報中心及中央氣象署的數值預報資料、氣象衛星與雷達的影像資料等加以彙整，配合數值化地形及地理邊界資料，在單一電腦工作站上即時且整合呈現各種氣象資訊（如下圖），以利氣象教學與研究。
國立臺灣師範大學 地球科學系 天文組
ASTRONOMY GROUP
天文研究設施 (Research Observing Facilities)
天文教育設施 (Observational Instruments for Education)
天文教育及大眾推廣活動 (Events for Astronomical Education and Public Outreach)
  |
  |
| 自動遙控40公分蓋賽格林反射式望遠鏡，並配備有研究等級的 Apogee CCD。 | 新圓頂天文台的15公分折射式望遠鏡配加 Hα 濾鏡，可進行太陽色球日珥的觀測。 |
|
天文是人類歷史上最古老、也是最尖端的一門科學。近年來科技的進展以及天文學上的發現、如太陽系外諸多行星系統的發現、已讓科學家了解到我們所處的地球並非是一個封閉獨立的系統。地球上自然環境的變遷、演化、以及巨大災變，均與地球周遭的環境息息相關。因此要檢驗地球科學中的一些基本模型、理論或假說，觀察自然環境在不同物理條件下的演變，再也不能僅局限於對地球本身的觀測，因為地球已非唯一的實驗室。 同樣在生命科學的課題上，僅以在地球上取樣的資料，來研究生命的起源以及維繫生命成長的環境，已是舊的思維；現今的研究，還要擴展到太陽系內其他行星、衛星、彗星及小行星，以及銀河系中的星際物質。研究星際介質中可能存在的各種複雜有機分子，則能幫助我們人類進一步瞭解在銀河系中，生命最初是如何透過各種物理及化學機制開始的，以及之後生命是如何散播、分布到銀河的各個角落，包括我們所在的地球。 所以地球（環境）科學及生命科學的發展趨勢，以及兩者整合，乃與天文學的關係密切。天文生物學（astrobiology）及比較行星學 （comparative planetology）的興起，正是很好的例證。美國太空總署所推動的大型計畫「起源」（Origins），更是一個整合天文學、地球科學（地質、氣、海洋） 、化學、生命科學、及物理學來研究從生命起源到宇宙起源的實際例子。師大地科系天文組提供一系列由大學部到研究所的課程，培育具有現代觀的中學教師以及天文相關人才。 |
|
天文相關連結 (Related Links)
國家理論科學中心 理論與計算天文物理組 (NCTS TG2.3 TCA)
Astrophysics Data System (ADS)
研究發展重點在於基於既有基礎，持續發展海流數值模擬、物理-生地化跨領域耦合模擬與研究、衛星技術、海氣交互作用等研究，並強化理論物理海洋、海洋動力與海洋氣候動力(含氣候變遷)等學科熱門領域，期許能夠整合海洋相關環境資訊，同步提升海洋科學教育背景與環境，最終能夠培育優秀之具有地球系統整合實力的海洋科技研究人才。
洋流運動
本組教師的研究重點之一，在研究颱風與行經海面之交互作用，以提升颱風災害預報能力、有助於減災規劃; 除此之外亦模擬台灣周邊洋流之運動機制，有助於評估洋流發電與潮汐發電之場址。氣候變遷下，海洋的物理特性如何改變，亦為著力方向。例如圖一顯示了大西洋海表溫度的變異，導致了太平洋大氣和海洋環流變化（相關文章請見：https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/14）。
大氣-海洋交互作用
海氣交換及耦合數值模式除可瞭解海氣介面間之颱風海洋交互作用之行為與機制，亦是用於預報的關鍵，此目標的達成有賴於利用現行可獲得之即時觀測與遙測資料來進行資料同化。例如圖二為南中國海的海氣互動模擬結果和模型示意圖，表現了海、陸上方的大氣特徵與海表溫度之關係。
海洋生地化與生態整合研究與模式
除了可利用海洋的物理現象外了解海洋環境的改變，還可以利用生物、地質或化學指標來進一步分析環境變化的方式或過程，如圖三所示。利用生地化指標做為環境研究方法除了現場實際測量，亦可利用數值模式，兩種方法相輔相成。
海洋地質與生物
本組亦進行海洋生物與地質之專業課程，研究所需之設備則設置氬氬定年實驗室，對於陸地、海底的地質年代和構造特性進行研究。
捉住時間的實驗室–氬氬定年實驗室簡介
本系葉孟宛教授
年代的探索與追尋一直是地質學非常獨樹一格的研究面向。40Ar/39Ar 定年法演伸自K-Ar定年法，是分析岩石礦物形成年代的方法之一。鉀元素廣泛存在於多種岩石與礦物之中，而氬氣則是惰性氣體，不易與其他化學物質反應，使得此兩種元素非常適合用來分析。固態鉀在經過中子照射之後，藉由同位素退變的關係，可轉化成氬，藉由高溫或雷射燒熔的方式，將礦物與岩石中的氬氣釋放出來，進而量測岩石或礦物的「絕對年代」。
本系的氬氬定年實驗室承襲於過去國立臺灣大學地質學系的氬氬定年實驗室－共有三套質譜儀分別搭配可階段加溫式高溫爐，CO2雷射與193nm準分子雷射，並於2017年移交至師大。
階段加溫定年系統：此系統以VG1200S質譜儀為分析主體，搭配雙真空，可升溫至1700oC Mo高溫爐與超真空樣本腔為採樣系統，採樣系統與質譜儀間則有一套超高真空不銹鋼全自動氣體純化系統，VG1200S運用法拉第杯來偵測帶電粒子，通過測量40Ar、39Ar、38 Ar、37 Ar 與36 Ar的訊號而計算出樣本之年代。適用於年代老，變質或構造事件複雜之礦物與岩石。
雷射燒熔定年系統︰此系統以VG3600質譜儀為分析主體，搭配新銳CO2(二氧化碳)雷射並配合超真空樣本腔為採樣系統－可以連續或脈衝形式使用於單顆粒標本燒結定年及階段加溫分析之用。VG3600運用法拉第杯與倍增管來偵測帶電粒子，經由測量40Ar、39Ar、38 Ar、37 Ar 與36 Ar的訊號而計算出樣本之年代。由於倍增管的偵測靈敏度為法拉第杯的100倍，因此本分析系統適用於地質事件單一，年代年輕，樣本量小，但可能需要大量數量分析之礦物與岩石。
雷射探針定年系統︰此系統以Nu Noblesse質譜儀為主體，利用專利的聚焦設備進行同位素的多重接收，並配合UP193-FX準分子雷射與超真空樣本腔為採樣系統，可進行定點微區定年及單礦物燒熔定年實驗分析。此技術提供了一個直接量測礦物內氬同位素分布最方便直接的方法，進而可以求得礦物內的年代剖面。可進行構造、變質岩溫壓及年代之直接比對與連結。
本實驗室歡迎自然科學研究分析之合作。
注意事項：
< 1 > 氬氬定年法適用礦物：富含鉀之礦物如鉀長石、雲母類礦物、角閃石等，存化後礦物以及火山岩全岩分析。因風化易造成鉀氬同位素系統之破壞，必須為新鮮樣本才得以分析。
< 2 > 所有採樣與礦物純化過程中禁止有油劑污染。質譜儀為超高真空系統，油類污染除了會造成背景值降不下來之外，因部分碳氫化合物之分子量與氬同位素之質量數相當，因此也會造成樣本年代嚴重誤差。
< 3 > 礦物樣本如鉀長石、雲母類礦物、角閃石等樣本約需50 mg (>95%)，火山岩全岩樣本約需500 mg (>95%)。
專 任 陳光榮老師 | 專 長 重力/地磁學/地震學 |
兼 任 李德貴老師 | 專 長 古地磁學/地磁學 |
本組，目前有三位專任師資。研究主軸分別為：
由基礎的地球物理資料處理與地磁方法，涵蓋地球內部速度構造、磁力異常構造、和斷層活動監測三個研究面向。研究目標為: (1) 由磁力異常構造之研究經驗，轉向台灣震源特性之分析，並建立兩者之關聯性 (2) 多尺度斷層變形行為之地震學特徵分析，以發展近即時(near real-time)地震觀測系統 (3) 多尺度地球物理方法了解地球與行星內部構造。 | |
 | |
地震地磁學研究室（陳光榮）－Planetary Seismology Research Group | |
專任 | 專長 |
葉庭光 老師 | 地球科學教育、環境教育、認知神經科學 |
合聘 | 專長 |
許瑛玿 老師 | 地球科學教育、科技輔助學習、科學探究學習、科學課程設計 |
張俊彥 老師 | 地球科學教育、數位學習、科學傳播、跨領域學習科學 |
楊芳瑩 老師 | 認知與科學學習、科學思考、數位學習、眼球追蹤 |
研究主軸：
- 探討專家教師對學生探究社會性科學議題的學習表現自動評分與回饋設計之效益 (許瑛玿老師實驗室)
- 促進社會性科學議題教學的教師專業能力成長(許瑛玿老師實驗室)
- 運用跨領域方法分析科學議題融入之數位學習環境中的問題解決認知活動(楊芳瑩老師實驗室)
- 從認識信念發展觀點探討科學相關訊息閱讀與論證思考的培養(楊芳瑩老師實驗室)
- 打造（後）疫情時代的「雲端教室 (CloudClassRoom，CCR)(張俊彥老師實驗室)
- 科學探究能力線上試題發展與研究(張俊彥老師實驗室)
- 科學探究能力與科學學習之基因體研究- 表觀遺傳作用(張俊彥老師、葉庭光老師實驗室)
- 遊戲式學習開發與優化—桌遊(葉庭光老師實驗室)
- 海洋與戶外探索體驗教育(葉庭光老師實驗室)
亮點報導
眼睛是學習的心智之窗
我們說眼睛是「靈魂之窗」，西方則說眼睛是「window of mind」，可知自古以來不論國界，大家都認同眼睛能透露許多心智的訊息。事實上這樣的說法已不再是哲學性的譬喻，因為不論是在心理學或是教育上，有越來越多的研究者藉由眼睛的活動來描述認知與學習的歷程。楊芳瑩教授近年來與其研究團隊便致力於運用「眼球追蹤法」，探討科學學習與認知的相關問題，獲得豐富的研究成果。 https://sites.google.com/view/fyyang2023/%E9%A6%96%E9%A0%81?authuser=0
「百萬大富翁」教學版翻轉課堂！
【本報導由科學教育研究所 張俊彥教授研究團隊提供】
張俊彥教授研究團隊開發了雲端教室系統CloudClassRoom（CCR），該系統擁有「跨平台」、「免安裝」、「支援多種出題型式」、「即時分析統計」、「遊戲模式」等多種特色，可有效協助內斂的臺灣學生在課堂上「按」出自己的想法，讓老師得以即時診斷學生的學習困難。CCR讓學生可放心地在課堂上表達自己的想法，同時老師得以即時了解每一位學生的學習狀態，並搭配多元的策略來增進學生的學習興趣與成就。除了傳統制式的選擇題，CCR還能讓學生透過上傳簡短的文字、圖片，甚至表情符號來針對教師的問題做出回應。學生的答案會自動進行即時統計和分析，從而為教師提供他們當前的學習進度。此外，CCR亦有動畫試題和合作式問題解決試題，提供教師多種不同的教學策略運用。CCR目前已與多國學者合作，開發了15種語言版本，國內外均有教師使用CCR進行課室教學，並於2019年獲 EDUCAUSE Horizon Report肯定，成為「行動學習」項目中的標竿計畫之一。未來，CCR將朝向讓教師更易上手的理想邁進，讓「教室」的教與學達成一個更強韌的連結。
https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/10
議題探索啟動跨域學習力
現今科技與科學快速發展以及經濟全球化的浪潮下，衍生出一些跨領域的社會性科學議題（Socio-Scientific Issues, SSI），這些議題複雜度高，常造成學生學習上的困難。許瑛玿教授研究團隊研發多元鷹架嵌入的社會性科學議題的數位教材（例如：水庫興建、海岸變遷、綠建築、焚化廠的興建等），經由在中學進行教學來收集研究資料，深入探討影響學生學習社會性科學議題的因素，並進一步分析小組成員的互動如何影響學生對議題的理解、推論與決策等能力的發展。為能培養學生對社會性科學議題發展多元觀點和溝通的能力，本團隊實施SSI數位教材教學時皆以小組合作甚至跨校組隊方式來進行，透過話語分析和序列分析統計方法，剖析學生的小組溝通類型和其決策表現間的關聯性，來作為教師營造課室內小組合作學習環境的參考。本團隊所研發的SSI數位教材可有效促進學生發展證據導向的科學性論述和決策能力，故研究成果可以提供各級學校實施108年新課綱素養導向學習和議題式教學的參考。https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/13