- 藻類生質燃料之發展與應用 2013/10/28
藻類生質燃料之發展與應用
國立臺灣大學環境工程學研究所林彥妗永續發展為當前的重要課題，為因應全球氣候變遷與資源逐漸缺乏的趨勢，發展創新綠色技術與再生能源的使用已成為經濟發展的重要策略。近年來層出不窮的海洋油污事件及土壤污染事件引發嚴重的生態危機，更提醒人們人為製造的污染物為環境生態失衡的主要元凶，因此傳統的經濟發展方式必須轉型，才能發揮創新綠色科技之效益。
由於環境資源有限及全球化石燃料危機與核電災害，近年來國內外相關學者積極研究開發替代能源，希冀能藉由環境中的廢棄物、廢水再利用及微生物之光合作用原理，開發出簡易且產能高之替代能源，如生質柴油、沼氣發電、生物燃料電池、生質酒精等。目前我國於國家能源政策白皮書中已擬定「再生能源的生質應用」政策，明確指出國內推動生質能源發展之重要性。歐美及澳洲等國家目前亦積極投入生質能源之開發與研究，除了利用植物纖維、廢棄物再利用外，利用藻類及微生物光合作用大量繁殖代謝產生的有機物做為生質燃料的原料，為目前亟待開發及提昇之技術，除了藻類與微生物本身的特性差異外，快速而有效地產製生質燃料，並避免環境二次公害，為此研究極重要的議題。
- 濕地功能的應用-自然淨水系統 2013/10/27
濕地功能的應用-自然淨水系統
國立臺灣大學環境工程學研究所李佳珮
根據1971年的Ramsar Convention，濕地的定義為「無論天然或人為、永久或暫時、靜止或流水、淡水或鹹水、或二者混合者，由沼澤、泥沼、泥煤地或水域所構成的區域，包括水深在低潮時不超過六公尺之沿海區域。」[1] 因此，我們廣義的界定有經常性水存在的地方即為濕地。濕地除了擁有豐富的生態外，因為它如同天然過濾器般，減緩水的流速，使得毒物和污染物質沉澱，並且利用濕地中的一些動植物來吸收分解這些物質，故又稱為「地球之腎」。相關研究已利用這樣的特殊性質進行持續的探討及開發，以因應人們渴望在污水進入污水廠前建立一個沒有水泥牆、不需要耗費太多電力及人力、可以與自然相容，甚至是可以為當地提升生態豐富度的小型「污水處理廠」，並藉以節省後續污水廠的處理成本或降低污染物對環境的衝擊。迄今，已經有人工濕地即為了達成此目的而建造，例如：大樹舊鐵橋人工濕地、新海人工濕地、灣裡人工濕地等，一般學者稱之為「自然淨水系統」。 Continue reading →
- 認識龍捲風(Tornado) 2013/10/27
認識龍捲風(Tornado)
中國文化大學大氣科學系劉清煌副教授
龍捲風是所有天氣系統中最暴烈的天氣現象，雖然其生命期僅有數分鐘至數十分鐘，但強度卻是最強的，任何時間及地點只要氣象條件適合均有可能發生龍捲風，由於其生命期短且在很短時間內即可形成，故發生龍捲風之大氣環境有其特殊之條件。
圖1：1998～2010台灣地區發生龍捲風/水龍捲位置分布圖，數字為發生之次數。
根據發生龍捲風地點之統計，世界上發生龍捲風最頻繁地區是位於美國中部，包含德克薩斯州、奧克拉荷馬州、內布拉斯加州及以東的地區，南來之墨西哥灣暖濕空氣與北來之乾冷空氣在此交會，乾冷空氣下沈、暖濕空氣上升，因此特別有利於劇烈對流系統的發生，大部分的超大胞（Supercell）均誕生於此地，這些超大胞以及劇烈對流天氣系統（如弓形回波、颮線）醞釀出強大的龍捲風（Kessler 1992, Doswell 2001）。此地之氣候條件相當有利於龍捲風的生成，其強度及直徑均大過其他地區之龍捲風，這個地方俗稱「龍捲風巷」（Tornado alley, Bluestein 1999），也被稱為「龍捲風的故鄉」。
以超大胞產生之龍捲風而言，龍捲風多半發生於超大胞下方兩陣風鋒面（gust fronts）交接點，此處乃超大胞最不穩定的地方，產生之龍捲風稱為超大胞龍捲風（Supercell tornado）（Wakimoto and Wilson 1989）。除超大胞易發生龍捲風外，伴隨強烈之界面（如鋒面）或強烈對流胞也有可能產生龍捲風，這類龍捲風稱之為非超大胞龍捲風（non-supercell tornado），其強度及大小均較超大胞龍捲風為弱且小，且生命期也較短，但仍會有強個案的發生，Wakimoto and Wilson（1989）研究非超大胞龍捲風之個案認為這類龍捲風是起源於低層的輻合區，於輻合區中由於水平風切之風切不穩定會產生一些小的渦旋，若積雲之上升氣流區與小渦旋耦合在一起，透過渦流管（vortex tube）之抽拉作用，使得小渦旋快速成長而形成龍捲風。非超大胞龍捲風雖然較弱，但其生成條件較容易滿足，因此發生之頻率與造成的災害也不容輕忽。目前科學家對龍捲風仍許多不理解之處，經由科學觀測實驗希望對龍捲風之生成環境及內部結構能有進一步的認知。 Continue reading →
- 臺灣地區龍捲風發生之大氣環境 2013/10/27
臺灣地區龍捲風發生之大氣環境
中國文化大學大氣科學系劉清煌副教授
龍捲風是所有天氣系統中最暴烈的天氣現象，任何時間及地點只要氣象條件適合均有可能發生龍捲風，而臺灣地區發生龍捲的大氣環境可分為三類（劉與蔡，2011）
圖1：鋒面前緣對流系統示意圖。A～D為對流胞，整體對流胞沿Y方向移動，而個別對流胞往X方向延伸。
第一類環境是龍捲發生於快速移動界面（如鋒面或颮線）前緣之對流胞，這些對流胞一般出現在界面前緣約50~100公里處（圖1），對流胞呈線狀排列且發展相當快速，出生至成熟只需1~2小時，成長過程中有機會引發龍捲風（劉與張2004; Liu and Chang 2007），文獻指出界面前暖區有利的條件包括不穩定的暖濕空氣、較強的西南風、及界面快速移動對流線的抬升作用，使得對流胞在短時間內得以快速成長或甚至伴隨中尺度氣旋，當對流胞接近成熟時，強烈的抬升作用會激發龍捲（Simpson et al 1986, 1991; Wakimoto and Wilson 1989），一段時間之後對流胞減弱不易繼續維持龍捲風的運作，導致龍捲風消散。台灣地區這類對流胞的出現以4~6月伴隨梅雨鋒面居多，對流胞出現在鋒面到達陸地前的海上，移動到陸地時常伴隨中尺度氣旋的生成，甚至引發龍捲風（Liu and Chang 2007），這類對流胞的統計及形成機制有待深入的研究。
第二類的大氣環境是伴隨發展的積雲（圖2），系統多發生於海上，故以水龍捲為主，積雲之強烈上、下運動使得水平渦度扭轉成垂直渦度，加上輻合及抽拉作用使得垂直渦度在短時間內迅速加強而形成龍捲，因此水龍捲常出現在積雲的上升氣流與下衝流之間，此大氣環境與發生在美國佛羅里達州附近的個案相似（Golden 1974a,b, 1977; Simpson et al. 1986; Wakimoto and Lew 1993），產生水龍捲的積雲通常只需3~4公里高左右或更高，且這些積雲呈線狀排列（Brady and Szoke 1989）。
第三類的大氣環境是龍捲伴隨颱風雨帶產生，這類龍捲形成的個案較少但強度可以很強，例如1977年7月25日賽洛瑪颱風侵襲高雄所引發的龍捲風事件（徐 1977）。 Continue reading →
- 看不見的隱形殺手-全氟化合物 2013/10/27
看不見的隱形殺手-全氟化合物
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生莊英志/國立臺灣大學環境工程學研究所林郁真副教授審稿/國立臺灣大學土木工程學系康仕仲副教授責任編輯
現代生活中，有許多日用品及人工合成物被廣泛地生產與應用，這看似深具發展的背後，卻隱藏著許多我們看不到或難以察覺的污染物，而這些污染物可能正充斥在週遭環境中，經由不同的傳輸途徑在環境與動植物之間傳遞，並在無形之中影響著你我。
近來被高度關切且為「新興污染物」之一的「全氟化合物」，是一個被發現可能影響生態環境及動物的無形污染物，含有此化合物的物品有：塗料（例如：鐵氟龍）、紡織品、地毯、防油紙袋、殺蟲劑、消防泡沫、黏著劑、防污噴劑以及半導體製程溶劑；這些都與我們日常生活息息相關，也正因為如此，我們才更不能忽略它的影響性。
圖1. 市面上常用來裝油炸物的防油包裝紙、微波包裝的爆米花紙袋皆可能溶出全氟化合物，並影響人類的健康。(圖片來源：Renner, R., First commercial perfluorochemicals found in human blood. Environ. Sci. Technol., 43 (2009) 4219-4219.)
「全氟化合物」為一長碳鏈結構的化學物質，其碳上的氫原子皆被氟原子和其他官能基所取代，長碳鏈端擁有疏水特性，另一頭的尾端擁有親水特性。正因為這個特性，使得全氟化合物含有防水、防油的效果，且可以作為表面塗層劑、工業用界面活性劑及添加劑等物質的材料。另外一個值得關注的是此物質的「強碳氟鍵結」，此特性使其具有很強的熱安定、化學安定性，也使它可以長久存在於自然環境中;除此之外，它的生物累積特性也不容忽視。
表面塗層與我們煮菜常使用的不沾鍋有很大的關係，不沾鍋所使用的塗料層含有全氟化合物，近來有報導指出，此種鍋具如果上面有刮痕，同時又高溫烹煮食物，恐溶出全氟化合物。
「全氟辛烷酸」(圖2) 與「全氟辛烷磺酸」(圖3) 是近年常被拿來討論的全氟化合物。環境保護公約《斯德哥爾摩公約》已將「全氟辛烷磺酸」列為持久性有機污染物。另外已有研究指出，暴露在含有這兩種物質的環境中，不但會對實驗動物的免疫系統產生影響，也會對其肝臟功能產生影響，更嚴重的情況可能會提高致癌的風險。接觸這類物質也可能造成新生嬰兒缺陷、婦女懷孕期間胎兒發育不良等問題。美國環境保護署指出，全氟辛烷酸可在母鼠體內存在之半衰期長達4小時，其存在人體內的半衰期更可長達2~8年之久，若持續攝入將在體內長年累積造成代謝之負荷。 Continue reading →
- 水一定往低處流嗎？大地起伏之奧妙 2013/10/22
水一定往低處流嗎？大地起伏之奧妙
國立臺灣大學土木工程研究所羅建台
「水往上流」是台東都蘭著名的景點，在斜坡道路旁的一彎溝渠，看似違反地心引力地緩緩向上流動，一旁刻著「奇觀」的大石頭雖然顯得俗氣（圖一），但這般景緻倒是真的足以令人思索：水真的可能往上流？
圖一、台東都蘭「水往上流」景點（取自http://blog.vichuang.tw/2012/08/taitung_26.html）
提到地心引力，總會讓人聯想到牛頓與他的蘋果，西元1687年，牛頓發表萬有引力定律，指出任意兩個具有質量的物體間存在互相吸引的力量，吾人得以了解為何麥可喬丹灌籃後會落回地面，於是不用擔心跳太高會飄到外太空的問題。而後將地球對其上物體的吸引力稱之為重力，進而形成「物體會向低處落下」或「水往低處流」的想法。然而這樣的想法似乎並非適用在地球上的每個地方。
英國蘇格蘭的艾爾郡(Ayrshire)有個名為Electric Brae(電動斜坡)的斜坡，車輛在斜坡上會自動地、緩緩地向斜坡頂端移動，彷彿是搭乘電扶梯一般而獲得 Electric Brae的稱號，為此，當地特別在下坡方向設置警告標示「Slow Vehicles Ahead」，提醒下坡車當心前方車輛可能因為斜坡上神奇的拉力作用而減速（見圖二）。
圖二、英國艾爾郡之「電動斜坡」（取自http://blog.nathanng.com/?p=6）
另外，美國加州聖塔柯斯鎮(Santa Cruz)郊區有個神奇小木屋，人們在裡頭可以輕易站上牆壁或看見球向坡頂滾動等奇異現象，被人們稱作Mystery Spot（見圖三）。
圖三、美國Mystery Spot之異常力學現象（取自http://www.forteantimes.com/features/articles/175/gravity_anomalies.html）
這類異常現象常被披上「科學無法解釋」的神秘面紗，但科學家總會試圖證實或破解。那麼，「水往上流」、「車輛自動向上移動」或「球向坡頂滾動」等現象，要如何從科學的角度來理解呢？ Continue reading →
- 臺灣水庫水質差異分析 2013/10/22
臺灣水庫水質差異分析
經濟部水利署李仲卿正工程司
臺灣水庫背景
全國依據水利法公告的水庫共計96座，集水區面積約占國土面積36%。集水區最大者為高屏溪攔河堰約2476km2，集水區最小者為后沃水庫約僅0.02 km2。96座水庫中，39座專供家用及公共給水（例如新山水庫、翡翠水庫、南化水庫、玉峰堰以及外島水庫等），其餘則尚有專供灌溉（例如大埔水庫、尖山埤、德元埤等）、水力（例如德基水庫、谷關水庫等）、工業 （例如東港堰） 等標的使用，以及多供水標的使用的水庫（例如石門水庫、曾文水庫、集集堰、明德水庫等）。有關臺灣主要水庫的分布位置如下圖。
臺灣重要水庫分佈圖
臺灣水庫水質的監測及把關
臺灣水庫的水質，是由環保主管機關依據水污染防治法規定設置水質監測站採樣檢驗，對於水庫水質的狀況進行把關。水庫管理單位自主辦理的水庫水質監測，也會定期彙送環保署統籌，並公布於全國環境水質監測資訊網。另亦有環境品質資料倉儲系統可查詢長期水質狀況（如表一、表二）。依據水質監測的結果，除由環保主管機關視水質情況採取適當的措施外，也另提供水庫管理單位及自來水事業採行必要的預警與因應對策。 Continue reading →
- 生命週期評估中土地資源使用的評估方法 2013/10/21
- 濕地功能的應用-自然淨水系統 2013/10/27
