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雷達測高監測阿拉斯加與西藏高山冰川變化

本研究主要以T/P系列(Topex/Posedion (T/P)、Jason-1 (J1)、Jason-2 (J2) 與Jason-3 (J3))來觀測阿拉斯加與西藏之冰川高程變化。除了南北極之冰川外，阿拉斯加與青藏高原之冰川面積覆蓋最廣，受到全球暖化的影響，其冰川高程逐漸消融，造成全球海平面上升日漸加劇。例如青藏高原素有亞洲水塔之稱，其冰川變化情形將間接影響亞洲多數居民的經濟與生活。坐落於阿拉斯加與青藏高原之冰川大多屬於小型山地冰川，若利用雷達測高衛星技術監測該類形冰川高程變化，因其足跡(footprint)為km等級，將易受到複雜的反射面與不平坦地形等影響，而破壞本身的測距精度。因此，本研究設計一套來針對雷達測高衛星觀測高山冰川數據之計算流程，進而得到可靠的計算結果來監測高山冰川之高程變化，其計算流程於本文稱為冰川門檻法(Glacier-threshold method, GTM)，該GTM處理流程為：(1)萃取雷達測高觀測量與對應之基本改正量，並利用交叉點分析來測試最適合高山冰川的波形重定方法，(2)藉由全球陸地冰川監測計畫(Global Land Ice Measurements from Space, GLIMS)提供之冰川編目資料庫與Google Earth提供之影像判斷雷達測高觀測量是否為冰川觀測量，(3)利用波形分類來剔除無法被波形重定所改正之反射波形與利用先驗之高程模型進行高程資料篩選，(4)利用二次曲面模型來降低不平坦地形造成之影響與利用交叉點分析來測試最適合本研究的地形梯度修正方法，(5)組成冰川高程時間序列及平滑化該時間序列。於本研究中選定之交叉點來評估計算結果，以次波形門檻值50%重定之冰川高程可以得到升軌(Pass 123)與降軌(Pass 180)於交叉點計算之高程變化速率差異最小(J2： 0.01 m/year)，利用SRTM進行地形梯度修正之計算結果亦較利用雷達測高擬合曲面來進行地形梯度修正會更適用於高山冰川研究區。GTM於阿拉斯加與西藏冰川區域，雖降低了雷達測高觀測量之可用率，但仍約有至少15%的資料可用率可以來估計冰川高程變化。於阿拉斯加冰川區域，T/P可以得到20個計算點位結果，J2則為47個計算點位結果，其中，J2於阿拉斯加之計算結果指出阿拉斯加冰川高程多數計算點位之冰川高程變化為消融趨勢(2008-2016)，其最大消融速率位於Klutlan Glacier (Site 18：-11.06±0.35 m/year)，而有少數計算點位呈現之冰川高程變化為增厚趨勢，其最大增厚趨勢位於Fan Glacier (Site 32：5.99±0.92 m/year)。於青藏高原區域，T/P系列僅觀測唐古拉山與中部崑崙山之冰川，T/P可以8個計算點位結果，但J2則在青藏區域資料品質不佳，無法得到計算結果，其中，T/P計算結果顯示唐古拉山冰川高程為消融趨勢(1993-2002)，位於Site A (該冰川之南部)與Site B (東南部)之結果分別為-3.71±0.30 m/year和-3.08±0.20 m/year，此外，本研究亦計算唐古拉山旁之赤布張錯水位變化，並分析兩者之時間序列，可發現唐古拉山的冰層厚度在每年冬季最厚，而湖水位則是在每年夏季時最高；T/P計算結果中部崑崙山之冰川於冰舌處之高程亦為消融趨勢，分別為 Site C：-1.52±0.76 m/year、Site G：-5.72±0.79 m/year與Site H：-1.11±0.57m/year(上列點位坐落於該冰川之南部到東北部)。根據唐古拉山之冰川高程計算結果與赤布張錯之水位變化結果，皆顯示1997-1998年間有異常現象，本研究推測為受到1997-1998之聖嬰現象影響。綜合上述之計算結果，利用GTM來計算，可以從複雜的高山冰川地形中，有效的篩選可用之觀測數據。T/P系列雷達測高衛星為一個長期觀測的衛星任務，已有25年以上的觀測數據，該T/P系列測高衛星中，最新一代測高衛星J3以於2016年1月17日發射，故本研究期許J3可以延續T/P與J2對於阿拉斯加及西藏高山冰川之高程監測。

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應用粒子群演算法與搜尋策略於剪力構架之結構勁度參數修正

本研究利用結構自然頻率及模態振型推導之具有物理意義之目標函數，在各樓層質量已知且固定，亦不考慮阻尼影響之假設條件下，針對不完全量測情況之剪力構架進行結構勁度參數識別，求解過程中不需反覆求解特徵值問題及模態參數比對，從而減少計算量，本研究之目的即為探討此目標函數之可行性與使用限制。方法流程先對振型單純之第一模態進行三次方雲線擬合，產生近似之完整振型，搭配已知質量快速推算出一組初始之各樓層參考勁度，以此勁度組合作為輔助選擇適當之演算法搜尋範圍，最後應用所推導之目標函數與粒子群演算法來求取最佳解。演算法中亦加入些許搜尋策略，以平衡收斂速度並避開陷入局部最佳解之問題。本研究將以一6層樓的剪力構架數值案例來進行測試方法之準確性與可行性，並探討雜訊對此目標函數識別勁度結果之影響。測試結果顯示，當自然頻率與模態振型足夠正確時，可以準確識別出各個案例之勁度參數。另外為了測試方法對破壞位置檢測之效能，再以6層樓之勁度折減數值案例，及兩組實驗模型(3層樓剪力構架與8層樓鋼構架振動台試驗)來進行測試。測試結果顯示，本研究方法在藉由比較健康結構與破壞或加勁結構之勁度差異，可檢測出結構主要勁度改變之位置。

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露出型柱腳遲滯行為之有限元素分析

本研究利用有限元素分析軟體ANSYS探討不同型式之柱腳配置，受軸壓力及反覆載重共同作用下之力學行為，以釐清接頭區複雜的機制，並建議改善其束縮行為，使露出型柱腳有足夠的韌性消散地震力所產生的能量。柱腳配置的研究參數包含基板厚度、錨定螺栓數量、加勁板的設置與否及是否於錨定螺栓施加預拉力，共11組分析模型。研究結果顯示，增加基板厚度或設置加勁板雖可提高柱端彎矩強度，卻不利於能量消散；額外配置第三排錨定螺栓或施加預拉力不僅可提高彎矩強度，亦有助於能量消散。整體而言，當基板採用0.9倍設計厚度並於錨定螺栓施加預拉力時，相較於設計原型可增加約28%之能量消散。露出型柱腳之消能機制在於使基板或錨定螺栓可發展出足夠的塑性變形，又以基板之貢獻較為顯著，因此當露出型柱腳配置額外之加勁板時，建議酌減基板厚度以期更佳的能量消散並有助於提高自復位能力。

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以強形式廣義位移控制法進行非線性分析

在傳統的幾何非線性分析中，最受歡迎的數值方法為基於弱形式表述的有限元素法，此方法由於元素的本質，限制了它的應用層面，例如在控制方程式中出現的數值積分項與網格變形之品質控制。自1990年代起，無網格法已逐漸發展成為計算力學領域中的首要研究主題，尤其是其中的強形式配置法，不需額外處理數值積分之運算，而且可以直接施加Dirichlet邊界條件，從而使配置法之計算效率提高。關於幾何非線性分析，如何精確地反應結構物之載重變形曲線的斜率變化，同時保持數值穩定性，一直是增量疊代過程中的主要課題。有鑑於此，我們提出一個以強形式表述的廣義位移控制法來分析幾何非線性問題，當中使用徑向基函數做近似並求解，並透過本論文中數個數值例題驗證所提出之方法在大變形之分析。