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集集地震前後震波衰減強度變化之研究

摘 要 1999年九月二十一日一個規模超過7.0的大地震（Mw=7.7,ML=7.3）發生在台灣中部靠近集集鎮附近。到目前為止起碼超過15,000個餘震被記錄到。其中有200個以上的有感地震，規模大於6.0以上則有十個之多，是有史以來餘震最多的一個。在本研究中，我們分析發生在餘震區內的地震紀錄，計算從主震前20個月至主震後9個月內，該區域內衰減強度的時間變化，利用每一個測站量測的S波最大振幅所得出的的地區規模（local magnitude,ML），與平均地區規模作比較。首先分析各測站的規模差異量delta ML隨時間變化情形，並比較各測站在震前、震中及震後delta ML)的平均值變化情形。結果顯示，餘震區內在主震後有十個測站的(delta ML值降低，有五個測站delta ML值增加。其次分析delta ML的空間分佈，發現台灣地區的delta ML在主震前後並沒有太大的改變，反而在餘震區內則有顯著的變化。最後計算出餘震區的 1/Qs 值在主震後比主震前略為增加。

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海爾-包普彗星 (Hale-Bopp C/1995 O1) 之干涉儀研究；CO及CS分子

摘要 我們使用BIMA (Berkeley-Illinois-Maryland Association) 毫米波干涉儀陣列觀測海爾-包普彗星。研究結果顯示CO和CS氣體分子之分布呈現的刺狀結構，其成因可能來自於彗核之氣體或塵埃噴流；交叉相關所得之CO及CS光譜呈現不對稱形狀，藍移端譜線顯著增強，應是彗核面對太陽方向之氣體產生率較高之故。比較Haser模式與觀測結果，驗證了理論預測的CO尺度長度，並且證實CO氣體分子主要是自彗核直接昇華而來，但是仍有少部分CO分子是來自彗髮中的冰塵顆粒。直接來自彗核的CO分子豐度，可反映出太陽系形成初始之含量。經觀測得到CO分子的柱密度為2.31 × 10^16 cm^-2，CS分子為2.32 ×10^14 cm^-2。使用Haser模式求得CO的氣體產生率為1.49 ×10^30 s^-1，CS的產生率約為1.91 ×10^28 s^-1。比較海爾-包普彗星、其他彗星的CO/H2O豐度比，發現長週期彗星和哈雷家族彗星CO/H2O豐度比顯著的較木星家族彗星的值來的多；海爾-包普彗星CO/H2O豐度比與恆星形成區中星際冰塵顆粒的豐度值相當，卻顯著的比巨大分子雲中熱分子雲核氣相分子少，顯示海爾-包普彗星極可能是在含有大量星際冰粒和塵埃的太陽星雲塌陷過程中形成，而不是來自星際雲氣的凝結。

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利用天琴座RR型變星分析太陽附近的銀河系結構與運動性質

本研究利用HIPPARCOS星表中的天琴座RR型變星觀測資料，分析太陽附近的銀河系結構與運動性質。以絕對星等與金屬豐度的關係，得到絕對星等，再利用距離模數得到消光修正後的距離，加上自行、徑向速度以及座標等資料，換算出它們在銀河座標上的X、Y、Z位置分量，以及U、V、W速度分量，分析太陽附近的銀河結構及其運動性質。 從速度分量與金屬豐度關係圖，可以明顯區分出金屬豐度較高（大於-0.83）與金屬豐度較低的（小於-0.83）的天琴座RR型變星。金屬豐度較低的MP1+MP2成員，其速度瀰散度、平均V速度以及所算出來的V LSR，與前人利用銀暈中的天琴座RR型變星所求得的數值接近，顯示MP1+MP2應為銀暈成員。金屬豐度較高的成員中，若排除其中四顆運動性質較為不同的天琴座RR型變星（MR2），則這些金屬豐度較高的成員（MR1），其運動性質與太陽相似，由速度瀰散度，發現這些星屬於老年盤，與天琴座RR型變星年老的性質一致。從速度分佈圖的分析中，發現這四顆金屬豐度較高，但運動性質較為不同的天琴座RR型變星（MR2），可能是運動性質介於MR1的年老薄盤與MP1銀暈之間的星族。由MR1與MR2合起來的速度瀰散度、平均V速度與前人研究的比較來看，MR1+MR2為厚盤的成員可能性很高。

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從早石碳紀腕足動物化石之氧同位素記錄看中國華南地區古溫度特性

本研究分析從採自中國華南貴州一帶，五隻外觀保持良好的早石碳紀腕足動物化石的碳氧同位素成分，作為研究中國華南地區古溫度特性的指標。本論文以岩石切片顯微鏡、陰極射線顯微鏡及電子微探針測量元素含量等方法來檢視標本保存度。 殼體中NL(未受成岩作用影響)的部分，其d18O數值約落在-6.0?∼-1.7?之間，平均值為-3.5 ±1.2?（1σ；N=54）；L(受到成岩作用影響)部份的d18O數值約落在-9.9?∼-3.4?之間，平均值為 -6.3 ±1.8?（1σ；N=28）。Visean階NL部份的d18O數值範圍及平均值為-5.2?∼-1.8?；（平均值：-3.5 ± 0.6?），而Serpukhovian階NL部份的d18O數值範圍及平均值為-6.0?∼-1.7?；（平均值：-3.5 ± 0.5?）。 以Visean階和Serpukhovian階兩個層位來看，在中國華南地區可以看到在Serpukhovian階層位的標本之氧同位素數值變化範圍（4.3?）較Visean階層位的變化範圍（3.4?）大。因此我們推測由Visean階到Serpukhovian階於中國華南地區有季節性溫差加強或水文環境改變的現象。 假設早石碳紀的海水d18O數值為-1.0?（SMOW），本研究計算出中國華南地區在早石碳紀晚期的年平均溫度，其範圍約介於24℃∼29℃之間，平均溫度為27℃。和石碳紀俄羅斯台地和古氣候模式模擬所推測出的Visean時期赤道地區海水表面溫度範圍相吻合，也與現今熱帶地區海水表面溫度的範圍相符合。而在年溫差變化方面，本研究計算出的結果是介在2℃∼12℃之間和歐洲的結果亦相符合，因此我們認為在早石碳紀晚期中國華南地區的古溫度特性與在勞倫西亞大陸東岸的歐洲地區相似，卻和西岸的北美洲有顯著的不同。

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台灣地區五-七月豪(大)雨之中長期預報與季內振盪

摘要 台灣西部地區豪（大）雨的發生頻率最大值出現在六月，次高峰出現在七月或八月，顯示台灣西部地區豪（大）雨可能受其背景環流東亞夏季季風之影響。本研究的目的即在探討東亞夏季季風的低頻變化－季內振盪與台灣西部地區豪(大)雨之關係。 本研究採用中央氣象局各地測站之降雨資料、CDC所分析之1979~1998年外逸長波輻射(OLR)， NCEP 重新分析之1979~1998年1000hPa至100hPa共17層之水平風場、垂直速度場、溫度場，以及CMAP之降水資料，並以在頻率及時間域中皆有良好區域性的小波轉換（Wavelet），進行資料的濾波。分析結果顯示南海地區五-七月30~60天振盪的年際變化與台灣西部地區五-七月豪(大)雨發生頻率的年際變化成正相關，而10~20天對流振盪與台灣地區豪(大)雨兩者之間無顯著的相關性。由南海30~60天振盪強年之延遲相關分析發現，30~60天波動到達南海後，短暫滯留、強度增強，此後波動轉向北及東北移至華南/台灣及日本東南方，可能有利於台灣、華南地區的對流成長，進而形成豪(大)雨。若能了解南海地區30~60天振盪的結構與移動，將有助於掌握台灣地區豪(大)雨中期預報。本文進一步利用Charney（1963）的尺度分析方法，推導出三維流線函數趨勢方程，並以1998年為例，探討夏季30~60天振盪發展及移行的機制。我們發現海氣交互作用有利於對流發展，SST較高的區域有利於對流的發展。大氣內部的動力機制也是影響30~60天對流振盪移行與發展的重要因素，30~60天對流振盪移行前緣為低層正渦度及輻合中心。渦度平流在高層效應較大，可經由垂直耦合作用影響低層環流之移行發展；潛熱釋放與靜力穩定度的作用在對流區呈現反相，而潛熱釋放產生的正渦度趨勢有領先降雨帶之特徵。

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情境式網路學習環境對科學學習之影響

情境學習理論強調學習者必須在真實的環境中，經由與所處環境互動，主動建構知識。它所闡釋的學習觀點不同於以往強調訊息處理的符號表徵，而關注學習者及其本身所處的情境脈絡與學習活動。在傳統教室中，學生通常無法置身於真實的情境脈絡中學習，電腦網路科技被認為是情境學習理論的實踐工具之一（McLellan,1994；Chiou,1992）。電腦網路科技可以提供超媒體的動態呈現功能，建立類似真實世界的情境，再加上網際網路非同步互動式的溝通模式，可成功地營造網路社群的學習環境，讓學習者藉由網路上提供的學習工具或資源達到完全參與和主動探索的機會。 本研究以情境式教學理論為基礎，融合情境教學之要素及網路學習環境之特色，發展一套地球科學為主題的網路輔助教材。研究設計採用準實驗研究法輔以半結構式晤談，並以台北市立二所高中二年級第一類組選修地球科學之學生為研究對象，有效樣本共110人，探討高二學生在本情境式網路輔助教學中其電腦網路態度、概念學習成效的改變情形，以及在網路非同步環境中的合作學習歷程，最後歸納學生對此網路輔助教材之綜合意見，以作為未來設計地球科學網路教學及教師進行網路教學之參考。 本研究在量的資料分析上採用t考驗（t-test）、卡方分析（χ2 analysis）及變異數（ANOVA）分析，並輔以質性分析，檢測學生在情境式網路輔助教學中之學習歷程及觀感。研究結果顯示： 一、學生在本情境式網路輔助教學後，在電腦網路態度的表現呈現顯著性的退步但在認知方面的結果顯示，情境式網路輔助教學有助於學生在地球科學相關知識之增長。 二、不同性別經過網路輔助教學後，在電腦網路態度及概念的表現上存在顯著差異。在電腦網路態度方面：男生在網路教學前後持有的電腦網路態度皆比女生正向；在概念表現方面：經由網路輔助教學後女生在概念上的表現顯著優於男生。 三、學生在線上討論的參與度約為六成左右，且有參與線上討論的學生其在網路輔助教材中學習成效表現顯著優於未參與討論之學生，顯示網路非同步合作學習在學生認知方面是有所幫助的。另外，經內容分析也發現互動式的學習方式有助於發展高層次的思考活動，但也有少數學生表示無法接受開放式的討論方式，且認為此學習方式較無效率。 四、對情境式網路教材整體學習觀感上，學生大多能認同本研究設計之情境式網路學習環境是有效且值得推廣的，且認為以生活為議題的情境，能提高學生在熟悉的情境脈絡中的學習動機及幫助學生整合新舊知識。 五、本研究開發之情境式網路輔助教材不論在教學方式及學習內容上皆為教師和學習者提供了更多元化的學習環境，但學生在網路學習環境中的學習歷程及其相關因素之影響仍有許多課題值得研究。

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以「地球系統」為統整主軸之多元教學模組的研發與實踐

本研究之目的在研發以「地球系統」（Earth system）概念為統整主軸之「地球資源」主題的多元教學模組（Earth System - Earth Resources Instructional Module, ESERIM），並透過實驗教學研究評估此多元教學模組對高二學生之影響。研究結果期能提供中學科學教育在統整課程教學上的具體建議與設計參考。ESERIM的設計是以「地球系統」概念為統整主軸，參酌Mayer所提倡之「地球系統教育」為課程設計之理念與精神，並根據四階段的「學習環模型」（A learning cycle model）：引起動機、調查研究、分析解釋和應用評估，作為統整各個教學策略的主要設計架構（張俊彥，2000a）。研究工具包括「ESER常識問卷」（rKR-20= .55∼ .71）、「環境態度量表」（Cronbach’s α= .79∼ .84）、「ESER課程回饋表」（其中包括課程分和環境分兩部分，Cronbach’s α＝ .93∼ .95）與晤談工具。研究設計採用實驗研究法之單一組前後測設計，並以台灣東部某國立男女合校之高中二年級第一類組選修地球科學之學生為研究對象。上述評量工具分別實施於ESERIM教學之前後與教學後八週，另於教學後二週內進行教師及學生之晤談工作。最後，以敘述性統計與t考驗（t test）、相關分析（correlation）、線性迴歸分析（linear regression）與變異數分析（ANOVA）等統計方法分析量的資料；而質的資料經三角校正及交叉分析後，作出適切的討論。研究結果顯示： 一、ESERIM有助於增進學生在地球資源方面的相關知識 二、從「ESER常識問卷」前、後測與延宕測驗來看，學生在認知方面的學習表現，似乎因性別、家長教育程度和最喜歡的學科而有不同的趨勢。 三、在實驗教學後，學生環境態度之表現有降低的趨勢，且學生所抱持的環境態度，因其性別和最喜歡的學科而有不同。 四、學生之環境態度與其在ESER課程回饋反應之間呈中度之正相關。 五、學生之環境分和環境態度後測成績對於其課程分表現的影響，具有中度的解釋力。 六、學生主動的正向回饋與表現，例如「覺得上課方式活潑有趣，能引起學習興趣」、「學習到很多東西或日常生活的知識與常識」、「透過公聽會，我學習到以不同的角度去看待環境污染的問題」，以及「體認經濟發展與環境保護之兩難」等等，均呼應了ESERIM之設計理念與期望。同時，任課教師亦表示十分滿意學生的學習表現，而對於其在ESERIM之教學情形也抱持肯定的態度。 七、少數學生認為加油站訪查題目重複、公聽會資料不足與考試等因素造成其學習上的困擾。另外，教師認為在教學上並未出現太大的困擾，唯時間掌控方面可能是比較需要調整的地方。 八、整體而言，教師與學生對ESERIM均表示滿意；教師亦認為此多元教學模組值得在中學階段推行。

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南海季風實驗期間加密探空對MM5模式模擬之影響

摘要 本文使用國際南海季風實驗（SCSMEX）在1998年6月5日0000 UTC ~ 6月24日0000 UTC期間的加密探空資料及全省自動雨量站的觀測資料，經由四組不同的實驗設計：NOR、IOP、RNF及FDDA，探討加密探空資料、區域模式的客觀分析及四維資料同化對於中尺度模式MM5在梅雨期間豪/大雨預報的影響。 研究結果發現，中央氣象局全球模式使用加密探空資料或傳統資料所得的分析場，在MM5模式的模擬結果差異不大。整體而言，加密探空資料、客觀分析及四維資料同化，對於中尺度模式MM5在風場的預報有顯著改進；但是，溫度場的預報僅在36小時的預報中略有幫助，而對於重力位高度，則幾乎沒有幫助。至於海平面氣壓及相對溼度的預報，MM5的客觀分析有助於預報結果，特別是在預報長度增長時。 當我們把校驗的範圍縮小至僅包括華南及台灣地區時，加密探空資料的客觀分析或四維資料同化的預報結果，有更明顯的改進，原來預報改進較不明顯的溫度場、海平面氣壓、相對溼度，甚至重力位高度，在模式預報36小時可以得到較正面的幫助。 當我們把所有個案區分成多雨期（梅雨期間）及少雨期（梅雨結束後）來探討RMSE時發現，加密探空資料的客觀分析與四維資料同化對於模式在多雨期的預報，平均而言，更能顯現其對各個氣象場預報的改善，但在少雨期的預報改善程度不如針對全期所有個案的預報結果。顯見，加密探空對於梅雨期之數值模擬更有正面之效益。 另外，由不同初始時間的所有個案之RMSE得知，當我們針對初始時間為1200 UTC的個案來分析時，加密探空資料的客觀分析或四維資料同化對於模式預報結果的貢獻比全期明顯，但是，對於初始時間為0000 UTC的個案之貢獻則不如全期的預報結果。換言之，對於初始時間為1200 UTC的個案在各個氣象場的預報之改善程度，平均而言較優於初始時間為0000UTC的個案。 在降水預報方面，我們將模式預測所得的降水量與全省自動雨量站每12小時的累積降水量做比較，採用ETS校驗方法。結果顯示，全期的四組實驗在12 ~ 24小時降水預報以IOP表現最佳，其次依序為RNF、NOR，較差的是FDDA。但是，當預報時間增長為24 ~ 36小時，加密探空資料、客觀分析及四維資料同化對於模式的降水預測能力有了實質的幫助，特別是對於大雨（50.0 mm）的預報。當我們將全期所有個案分成以0000 UTC或1200 UTC為初始時間兩組分別討論時，我們進一步發現，加密探空資料、客觀分析及四維資料同化對於模式在夜間降水的預測有較大的貢獻，但是，對於日間的降水預報的幫助有限。

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新生代北部灣盆地反轉構造研究

北部灣盆地位於南中國海西北部的亞洲大陸邊緣，利用震測及鑽井資料，發現此一區域存在背斜構造；更進一步對震測剖面加以分析，此種背斜構造乃是伴隨反轉構造（Inversion structure）而產生。這種反轉構造是在原有張裂環境中生成的正斷層，再經擠壓作用而形成逆斷層的一種構造現象。 本研究利用震測剖面上層序間的厚薄變化以及不整合接觸關係，來判別北部灣盆地反轉構造型態及反轉時間與應力方向。由本區域所得的震測剖面圖上可看出，盆地在早中新世以前，原處於拉張狀態，這可由靠近背斜主斷面上之正牽引（Normal drag）及層序厚度判斷早期是正斷層構造，沉積中心在盆地中央。而約在漸新世結束時盆地發生構造反轉，原來的正斷層受到擠壓成為逆斷層，且在逆斷層上發育了一背斜構造。反轉構造發育後，即約在中中新世中時，背斜兩翼發育了四個層序，和此時期全球海水面變化造成的第三級層序數目相當。此四個地層層序及最大海泛面( Maximum flooding surface ) 趨於水平，可知此時期的構造活動趨於靜止，未受太大擾動，且沉積中心已由原來的盆地中央轉移至背斜兩翼。約在中中新世末期，盆地又發生了第二次的反轉，此時背斜又受到擠壓而拱起，頂部成為構造高區，故存在因出露而受剝蝕的現象，且背斜兩翼的層序發散，有退覆（Offlap）現象。在上新世以後，地層層序中沒有明顯的構造現象，層序發育趨於水平；根據此現象，推測此時期的構造活動可能又再次趨於靜止。 另外由震測剖面圖中背斜拱起程度看來，在盆地西部的反轉作用較盆地東部者為大，此現象暗示盆地西部受到紅河—哀牢山斷裂帶運動的影響而發生反轉。南海海底擴張約在30Ma（漸新世中期）時開始，紅河斷裂帶運動主要時期應在漸新世晚期到中新世早期，此期間為左移運動；而目前為右移運動。到了約16Ma（中中新世）時，南海海底擴張活動趨於停止。對照紅河斷裂帶活動情形與構造發展，本區域反轉時間與其相當契合；推測存在於北部灣盆地的背斜構造應受紅河斷裂帶活動的影響而發生兩次主要的反轉。即在晚漸新世末期受到擠壓而有第一次反轉，中中新世時構造活動趨緩；到了中中新世末期，又再度有擠壓型的構造活動，造成此處的第二次反轉。推測北部灣盆地的第一次反轉活動，應該與紅河斷裂帶的左移運動落於顛峰期過後時（約在晚漸新世末期），運動速率改變、由加速變為減速有關；而第二次的反轉活動，則應和紅河斷裂帶由左移運動變成右移運動時（約在中中新世末期），大地應力場因而改變有關。

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應用概念改變教學策略在颱風常識學習的評估

摘要 本研究以概念改變教學策略，配合問卷調查及晤談所得之學生另有概念，設計「BDEI概念改變模式主導的颱風課程」課程，並以實證教學研究探討此教學課程對國三學生在颱風概念學習的影響。 本研究分二階段進行，第一階段為現況調查階段：研究設計為調查研究法，研究工具為颱風常識問卷（Cronbach’s α= 0.79），對全省國三學生進行抽樣問卷調查，有效樣本1281名學生，並配合21名學生的晤談結果，調查學生對颱風相關知識的瞭解程度及颱風相關的另有概念。第二階段為實驗教學階段：研究設計為準實驗研究法，即先施以前測，然後進行為期二週4節的「BDEI概念改變模式主導的颱風課程」，教學結束後再施以後測，探討此課程對國三學生在颱風概念學習的影響。研究工具包括測驗工具颱風常識問卷、科學過程技能測驗（Cronbach’s α= 0.82）及教學工具「BDEI概念改變模式主導的颱風課程」。在資料分析方面則採用次數分配分析、卡方分析、配對樣本t考驗及變異數分析法。 研究結果分為二方面： 一、 現況調查結果： (1) 部分學生在「颱風屬於何種天氣型態」、「颱風眼」、「颱風內部風速變化」、「西南氣流造成何種天氣型態」及「颱風、颶風與龍捲風的比較」存在另有概念。 (2) 北區、中區、南區、東區等不同區域的學生所具有的颱風常識存在顯著差異。 (3) 不同家長教育程度的學生所具有的颱風常識存在顯著差異。 二、 實驗教學成效： (1) 實驗教學後，學生在「颱風屬於何種天氣型態」、「颱風眼」、「颱風結構」、「西南氣流造成何種天氣型態」及「颱風、颶風與龍捲風的比較」等概念的答對率明顯提升。 (2) 實驗教學後，學生在「颱風的消息發佈」、「颱風基本概念」及「警報單判讀」的得分皆有顯著的進步。 (3) 實驗教學後，北區、南區及東區學生在颱風常識測驗的得分皆有顯著進步，但各區域學生間的進步程度沒有顯著差異。 (4) 不同家長教育程度的學生在颱風常識測驗的得分皆有顯著進步，但不同家長教育程度學生間的進步程度沒有顯著差異。 (5) 實驗教學後，高、中、低科學過程技能能力學生在颱風常識測驗的得分皆有顯著進步，而且中科學過程技能能力學生進步最多，顯著高於高及低科學過程技能能力學生的進步。