- 有地震！居家房屋怎麼選？ 2013/08/19
有地震！居家房屋怎麼選？
國立臺灣大學土木工程系吳宗翰臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處，菲律賓海板塊以每年8.2公分的移動速度向西北移動[1]，由於兩塊板塊互相推擠的過程中能量不斷累積，當其能量累積到一定程度便會釋放出來，而造成地震。因此臺灣經常發生地震，一般民眾常會有房子蓋得愈高，地震所造成的搖晃就會愈大，房子愈不安全的疑慮。其實，並非房子愈高，就愈不安全，房屋安全與否主要跟房屋本身的結構有關，而搖晃程度則與建築物自然振動頻率與其阻尼比有關係，阻尼比可簡單解釋為系統削減掉的振動能量與原系統振動能量之比例，阻尼比一般會介於0~1，當阻尼比恰好等於1時，系統可以有效的削減振動能量，少數情況下阻尼比會大於1，表示物體受到外力不會振動，但需要花一段時間漸漸回復至原本狀態，例如記憶枕頭；而當建築物自然振動頻率與地震所造成的振動頻率達簡單整數，如1:1、1:2、2:3時就會產生共振現象，建築物的振動幅度會因為共振而有加成的作用，如圖1。而曾有學者針對灣地區建築物高度與基本振動周期之相關性進行研究[2]，該研究指出，鋼筋混凝土設計的房子，其高度與周期計算如公式(1)，其中T為周期，hn為地表面至頂樓之高度；依據公式(1)反推hn則會如公式(2)
圖1、共振現象的發生原因
根據中央氣象局地震報告[3]，九二一大地震時車籠埔斷層由南端的振動周期約為0.25秒；北端的振動周期約為1秒，依據公式(2)可推算會產生共振的大樓高度約為14公尺及80公尺，再依據每層樓高3.6~4.2公尺來反推，在斷層北端對於樓層數3-4樓的RC建築有較大的振動幅度；在斷層南端對於樓層數19-22樓的RC建築有較大的振動幅度。然而地區不同，其地質條件亦不同，因此由於地震所造成的振動頻率也會有所不同；像臺北信義區的地震頻率一般介於0.8~3Hz[4]，換算成周期則介於0.33~1.25秒，再換算成大樓高度則是20~100公尺高，約為4-6樓高的建築物以及23-28樓高的建築物。而花蓮地區，由於地質相較於臺北盆地來得堅硬許多，自然振動頻率較高，振動周期較短，因此低矮的建築物對於地震較容易產生共振現象。 Continue reading →
- 沙塵暴有多威？ 2013/08/19
沙塵暴有多威？
國立中央大學大氣系碩士班葉宗鑫撰稿何謂沙塵暴？
大氣中有許多肉眼看得見與看不見的懸浮微粒，「沙塵」就是屬於肉眼看得見的一種懸浮微粒，而「沙塵暴」則是使能見度惡化的災害性天氣現象。沙塵暴形成之後，受強風揚起的沙塵會使得空氣中含有大量的塵土，進而遮蔽日照並使能見度大幅下降，而強烈的沙塵暴有時可讓能見度降低至50公尺以下，故俗稱「黑風」或「黑風暴」。
(圖片來源：維基百科)
對一般大眾而言，沙塵暴最具體的意象就是電影《神鬼傳奇》中經典的橋段，主角差點被突如其來的滾滾黃沙（沙塵暴）所吞噬。但對氣象學家而言，沙塵暴是水平方向能見度低於1000公尺的風沙現象。
沙塵暴災害
沙塵暴除了會嚴重降低能見度之外，還可能會對人體健康、農業、交通、空氣品質，甚至天氣等造成影響。當沙塵暴來臨時，會在短時間大幅增加空氣中的懸浮微粒，空氣中的懸浮微粒濃度通常可高於平常日的數倍，而且濃度增加較多的多是細小的微粒。
沙塵暴影響期間，假如民眾在戶外未做好防護措施則容易吸入過多沙塵，沙塵在傳輸過程中亦可能挾帶或混合大量的空氣污染物，會造成過敏性鼻炎甚至引發咳嗽、氣喘、眼睛不適、皮膚過敏、皮膚癢等症狀。落地的沙塵則可能累積在農作物的葉面表層，阻塞氣孔且妨礙光合作用的進行，造成農業的重大損失。強烈的沙塵暴更可使得當地的交通癱瘓，例如飛機會因為能見度過低而無法起飛與降落，或是行駛的汽機車因為道路能見度差而發生事故等。如果當地沙塵暴事件相當嚴重，甚至會出現泥雨的奇特天氣現象。
沙塵暴成因
沙塵暴的成因可分為沙塵來源與物理機制，沙塵來源主要是在乾旱與沙漠地區，來源地通常具有土質鬆軟、乾燥、無植被或草木生長和沒有積雪等地表特徵。物理機制則是強烈的地面風和垂直不穩定的氣象條件，使地表沙塵被強風捲起，再經由空氣垂直運動抬升傳輸至大氣層中。全球三大沙塵暴源區分別為：黃土高原（中國西北和外戈壁沙漠）、撒哈拉沙漠和澳大利亞中西部。 Continue reading →
- 臺灣水，哪去了？ 2013/08/19
臺灣水，哪去了？
經濟部水利署葉俊明正工程司臺灣地區降雨豐沛
全球陸地的年降雨量平均值約900毫米，臺灣地區年平均降雨量達2,500毫米左右(詳圖1及圖2)，約為全球平均的2.8 倍，是單位面積降雨量相對較多的國家。
(註)本圖為日本國土交通省水資源部依據GRID TSUKUBA 網站數據作成 圖1：全球陸地之年平均降雨量分布
圖2： 臺灣地區歷年降雨量
人口密度高，人均水資源賦存量偏低
宏觀地從世界各大洲的水資源賦存量（=降雨量扣除蒸發散量後再乘上面積）與人口分布比率來看，亞洲擁有世界人口的60％，但水資源賦存量僅占全球36％(詳圖3)，人均水資源賦存量只有世界平均值的60％左右。至於臺灣地區單位面積降雨量雖高，但因國土面積狹小而人口眾多，換算每人每年能分配的降雨量不足4,000m3/人年，經2005年ESI(Environment Sustainable Index)評比為全球146個國家中的第18位缺水國家。 Continue reading →
- 環境水體中的新興污染物怎麼來的？ 2013/08/17
環境水體中的新興污染物怎麼來的？
國立臺灣大學環境工程學研究所 莊英志，林彥妗隨著科技的進步與生活的發展，開創了現代人便利的生活模式，然而在這看似為人類帶來許多有利發展的背後，是否隱藏著人類有所不知的危機？
現代醫藥科學的發展，讓許多新藥物的研發有相當快速的進展，也造福了許多病患；然而在使用藥物的同時，也伴隨著廢棄藥物處理不當的風險。如果將廢棄不用的藥物任意丟棄，不但造成醫療資源的浪費，也會使環境賀爾蒙(內分泌干擾物質)增加，並影響整個生態環境。此外，工廠裡所使用的工業用溶劑、添加物與新興材料 （例如：奈米材料），如果被任意排放至環境水體中或在廢水處理過程中未經適當地處理，其殘留物質則會流入環境，可能造成環境污染與長遠的生態影響。
現代生活中，存在著許多我們肉眼看不到的污染物，它們的存在可以是極微量的，甚至難以藉由科學儀器分析鑑定，這類微量存在的污染物一般稱之為「微量污染物」。近年來，環境中的微量污染物被廣泛討論並研究，在這些污染物中，「新認定或尚未認定」、「未受法規規範」及毒理資訊缺乏或有限之化學污染物，我們稱之為「新興污染物」。新興污染物絕大多數未被包含在現有之污染物例行性監測計畫中，通常因分析檢測技術提升或改良，才在近期被檢出而受到重視，其多寡一般以在環境中的濃度大小來計算。在水體環境中其範圍介在μg/L (ppb) 到 ng/L (ppt) 之間 (μ=10-6、n=10-9)。
當這些污染物在環境中達到一定含量時，可能會對環境及生物造成危害。新興污染物的可能來源包括：家戶或個人不當的藥物棄置 （例如：把藥物丟入馬桶沖掉）、醫院廢水、農業用地、製藥與化學工業工廠、高科技產業排放污染物、飲用水消毒副產物、食品添加劑、消費性日常用品溶出物及微生物等。縱使這些污染物經過廢水處理廠的處理才排放到自然環境中，但某些特定的污染物還是不能完全被去除與分解，如此一來就造成殘留，而殘留的污染物或其在環境中經轉化之潛在危害物質可能存在於河川、河口、地下水道以及海洋中。
近十年來，科學家致力於環境水體中新興污染物的研究，其污染物種類主要包含：藥物及個人保健用品、內分泌干擾物質 (環境荷爾蒙)、生活日用品、全氟化物、其他工業用化學物質、飲用水消毒副產物及微生物(如圖1)。以藥物與個人保健用品的環境影響來看，易造成環境污染的包括抗生素、藥水、針劑。已有研究指出醫藥類污染物會使雄性成年古比魚 (產於西印度群島的一種熱帶魚)的精子數量減少，也會造成能抵抗抗生素的細菌種類增生。在某些藥品中，可能存在著內分泌干擾物質，也就是俗稱的「環境荷爾蒙」，其不但會干擾生物的生殖、發育，也會影響體內荷爾蒙的合成與作用。殺蟲劑與工業用化學物質中，含有被廣泛應用的「全氟烷酸類」化學物質(如圖2)，雖然其毒性尚在探討與研究中，但此類物質對環境的影響不容忽視，暴露在含有這類物質的環境中會影響實驗動物的免疫系統，也會對其肝臟產生影響，甚至可能有致癌的危險。 Continue reading →
- 從日本福島到挪威：環境教育的挑戰和契機 ── 編輯序言 2011/12/06
從日本福島到挪威：環境教育的挑戰和契機 ── 編輯序言
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士2011年3月的日本東北地震和海嘯引發的福島核能電廠災變再度提醒世人環境教育的迫切性。而環境教育的最大挑戰，就是「環境」本身，並不是一個定義清楚，範圍明確的學科。對於「環境」的知識既包含了物理，化學，生物，地球科學等學科，也與經濟學，政治學，社會學，政策管理等社會科學領域密切相關。簡而言之，「環境」的知識的特徵是多面向（multidimensional）、多學科（multidisciplinary）、跨部門（multisectoral）和動態變化的（dynamic）。編輯環境教育的相關文章的核心挑戰，就是如何將這些特徵在1000字左右的文字裡面呈現出來。
基於這個考量，我們「環境教育」教師團隊大量採用和參考聯合國環境規劃署2007出版的報告：《全球環境展望4 ——旨在發展的環境》。 坦白說，放眼全球，面對這些嚴苛的挑戰──能夠兼顧自然科學與社會科學，同時考量環境保護與經濟發展，而且能夠將全球環境問題作系統性的考量──聯合國環境規劃署是少數有能力擔當重任而且享有專業聲譽的機構之一。《全球環境展望4》的內容，不僅僅是闡明有關「環境」的知識，更進一步反省和分析「環境」與「發展」息息相關，無法切割的緊密連結。換句話說，對「人」的問題不瞭解，就無法瞭解「環境」的問題。這是《全球環境展望4》的基本思維，也是本組「環境教育」教師團隊希望傳達的重要訊息。
「多學科」「跨部門」等早已是媒體常出現的詞彙，但是環境科學與其他傳統自然科學具體不同的地方何在？簡言之，環境問題不只是「純科技」問題，而還要考量多元變因。圖一以兩種社會性變因來說明：1）問題的緊迫性（可逆與否）, 和2）管理的困難度。
圖1：環境問題的分佈圖 , 縱軸是管理難度（上方：有已證實有效的解決方法，下方：解決方法正在出現），橫軸是可逆程度（左方：可逆，右方：不可逆）。 （圖片來源：改編自《全球環境展望4》, p. 461）
- 車諾比核電廠事故：人為疏失與事件過程 2011/08/30
車諾比核電廠事故：人為疏失與事件過程
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯思考問題：
1. 導致車諾比核事故的人為操作疏失提醒我們哪些核能安全的管理問題？
導致車諾比核電廠事故的原因是反應爐安全設計不當和人為操作疏失。RBMK反應爐部分已另文說明。此文簡述人為操作疏失的部分。無論反應爐的安全設計如何縝密和進步，人為操作還是最關鍵的一環。瞭解車諾比核電廠事故中人為疏失的部分，是反省核能安全的必要課題。
事發過程
1986年4月25日夜間事故發生之前，正值第四機組將定期保養停機，電廠當局擬趁其停機之便，進行一項測試緊急爐心冷卻裝置的實驗。技術上而言，該實驗為利用該機組兩部汽輪發電機中之第八號汽輪機，測試其驅動之蒸汽被切斷之後，汽輪發電機之轉動慣性能量，在備用柴油發電機啟動前能提供多久之廠內緊急電源。此實驗曾在商轉前試驗過，但當時因其發電輸出電壓下降比預期來得快而未能成功。此次之試驗，則是在勵磁機上採用特殊之發電機磁場調整器設計，欲藉此克服電壓急劇下降之問題。以下4個圖表說明事件發生過程。 Continue reading →
- 三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 檢討與改善安全措施 2011/08/30
三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 檢討與改善安全措施
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯思考問題：
1. 三哩島核泄漏事故對核能安全提升有何助益？
2. 調查三哩島事故的單位，從哪幾個方向來檢驗和提出改善建議？
圖1：三哩島核電廠2010年的相片，左邊是事故後永遠停機的TMI-2機組。 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_Nuclear_Generating_Station）
- 三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程 2011/08/30
三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯思考問題：
1. 三哩島核泄漏事故中出現哪些嚴重的人為疏失？
事件發生過程
1979年3月28日凌晨4點左右，三哩島核電廠二號反應爐（TMI-2）主給水泵停轉，輔助給水泵按照預設的程序啟動，但是由於輔助迴路中一道閥門在此前的例行檢修中沒有按規定打開，導致輔助迴路沒有正常啟動，二迴路冷卻水沒有按照程序進入蒸汽發生器，熱量在堆心聚集，堆心壓力上升。堆心壓力的上升導致減壓閥開啟，冷卻水流出，由於發生機械故障，在堆心壓力回復正常值後堆心冷卻水繼續注入減壓水槽，造成減壓水槽水滿外溢。一迴路冷卻水大量排出造成堆心溫度上升，因為不當的控制板面設計和閥位指示無法正確顯示，運轉員並不知道閥是打開的。待運行人員發現問題所在的時候，堆心燃料的47%已經融毀並發生泄漏，上午7時左右系統已經發出了放射性物質泄漏的警報，但由於當時警報蜂起，核泄漏的警報並未引起運行人員的注意，甚至現時無人能夠回憶起這個警報。直到當天晚上8點，二號堆一二迴路均恢復正常運轉，但運行人員始終沒有察覺堆心的損壞和放射性物質的泄漏。
圖1：管理程序的關鍵疏失：重要訊號被掛卡遮住。 （資料來源：出自於凱曼尼調查團（Kemeny Commision）三哩島事故報告第117頁， 引用自http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf）
- 沙塵暴有多威？ 2013/08/19
