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「氣膠、大氣與海洋」微學程

「氣膠、大氣與海洋」微學程

【詢問服務】

    國立中山大學氣膠科學研究中心 (07)5252000#3941

【學程負責人】

    氣膠科學研究中心主任  王家蓁 教授

【學程目的】

    氣膠與海洋、大氣有著密不可分且牽一髮動全身的關聯性。為能培養學生一宏觀的視野來檢視氣膠在大氣科學及海洋科學所扮演角色,特設置「氣膠、大氣與海洋」微學程。本微學程目的及發展重點包括:

  1. 厚植學生基礎能力: 學生將參與跨院系及跨領域之學程課程,    從中培植學生與氣膠科學相關之基礎理論及動手實作能力。

  2. 建構跨域學習環境: 整合理、工、海洋各學院與氣膠科學相關領域之教授,建構以解決問題為導向之跨域學習環境

  3. 培養學生就業能力:規劃與相關產業之連結互動,使學生了解相關產業之生態現況,培養學生就業能力。

  4. 建構創新創業生態環境: 透過此課程,可從中激發學生新創技術突破目前技術瓶頸,進而建構創新創業之學習環境。

【發展重點與特色】

    海洋飛沫氣膠 (sea spray aerosol, SSA) 是自然界生成的氣膠中含量最豐也最重要的一類。海洋飛沫氣膠通常是在海-氣介面微層 (sea-air microlayer) 經過海浪形成細微泡沫再經由風吹使海洋表層物質脫離海洋介面進入到大氣中所形成。由於雲層是地球水合循環中重要的一環,一旦海洋飛沫氣膠進入到大氣中, 它們可以成為雲層生長的凝結核(cloud condensation nuclei, CCN), 進而影響大氣中雲層的微觀生長及沉降機制, 甚至地球整體的輻射熱平衡。此外,海洋氣膠到了大氣中亦可直接參與大氣重要的化學反應或物理過程,在全球氣候調節上扮演著極為關鍵的重要角色。另一方面人為活動所產生的污染物(包括:氣態污染物及粒狀汙染物)有極大機會與海洋飛沫氣膠相遇並融合成為具特殊化學組成的細懸浮微粒, 甚至發生化學反應從本質發生改變。海洋飛沫-人為PM2.5複合氣膠與未受人為PM2.5影響的海洋飛沫氣膠在物理、化學、光學及生化等特性上預期有相當程度的差異。這樣的差異將導致其對港區的空氣品質、其對大氣中雲層生長-沉降機制甚至對居民健康影響的程度都可能有相當大的差異。另一方面這些海洋飛沫-人為PM2.5複合氣膠如何在大氣中與其他物質發生作用, 反應機制為何也是當前重大科學議題。專門探討海洋表層及低空大氣之關聯性的學術性國際組織 Surface Ocean and Lower Atmosphere Study (SOLAS) 即於其五大核心議題中特別指出氣膠與雲層及海洋生態系統間的緊密關聯。 SOLAS組織的任務架構及核心議題如圖一所示。

             

   圖一、SOLAS 國際組織之核心議題中特別指出海氣介面、氣膠與大氣及海洋生態間之緊密關聯
(Core Themes 2 & 4)

 

    有鑑於此重大議題屬於跨領域及跨系所之本質及重要性,本中心規劃於109學年度起開始開設跨理、工、海三學院之「氣膠與海洋、大氣之關聯」微學程 (9學分),將包括由化學系王家蓁教授開設之「氣膠科學導論」、由海工系Peter Brimblecombe 教授開設之「海洋大氣化學」以及由環境工程研究所陳威翔教授開設之「環境宿命與風險評估」。於「氣膠科學導論」將先教授關於氣膠的各種基礎物理、化學、生物及光學特性,並將氣膠與大氣化學、海洋化學、環境科學以及生醫科學之關聯性進行統整性的介紹。 於「海洋大氣化學」課程中則將深入介紹各種與海洋及大氣相關之化學反應以及可能影響其反應特性的變因。陳威翔教授則將開設之「環境宿命與風險評估」課程,以使學生深入認識各類自然及人為活動產生的氣膠,在環境中的流佈與宿命,以及可能對人類健康造成的風險。此微學程除導入氣膠在環境中宿命預測模式,將包含當今不論產官學界皆關心的環境影響評估與健康風險評估議題,使氣膠科學有效與時事結合,並延伸氣膠科學領域課程與不同專業領域之結合,可提高共學群學生在不同科學與工程領域的專業知識與經驗。

    另一方面,由於本校氣膠科學研究中心與臺灣港務公司高雄分公司已於108年10月簽訂合作備忘錄,雙方針對包括港區、船舶週邊空氣品質及PM2.5特性、海洋飛沫氣膠科學研究、海洋氣膠特性及海─氣介面的交互作用、人為氣膠對海洋、漁業生態及生物多樣性的影響、培育海洋氣膠專業技術人才、及推廣海洋空氣品質環境教育活動等共同合作,因此修習本微學程之學生將有機會與港務公司等相關產業之連結互動,使學生了解相關產業之生態現況,培養學生就業能力。

課程說明

 一、核心課程

1. 氣膠科學導論 (3學分)
    本課程旨在介紹與氣膠科學相關之基礎理論概念及相關的實驗技術,建立學生對氣膠科學以及其相關應用領域的基礎認識,包括氣膠的生成及演化過程、其對大氣環境的影響、對生物體的影響並進而找出解決及防治之道。本課程中也將動手實作PM2.5簡易偵測器、安排參訪相關產業以及帶學生走入社區進行環境教育推廣等活動。

    透過此課程,將可望培植學生與氣膠科學相關之基礎理論及動手實作能力,建構以解決問題為導向之跨域學習環境。透過業界參訪的課程安排可望強化與相關產業之連結互動,使學生了解相關產業之生態現況,培養學生就業能力。本課程亦將培養學生新創技術的思維及能力,突破目前技術瓶頸,進而建構創新創業之學習環境。

     2. 海洋大氣化學   (3學分)

 本課程將探討海洋及大氣中之重要化學反應、海氣交換過程以及氣膠在這些化學過程中所扮演之角色。

         1. The marine atmosphere as compared with the continental atmosphere
         2. The production of sea-salt
         3. Sea-surface microlayer and control of elemental transfer
         4. Reactions of sea-salt – Cauer hypotheses, HF degassing, Findlayson-Pitts’ work
         5. Thermodynamics of sea-water and the marine aerosol – Pitzer, alkalinity
         6. Halogen chemistry and the marine atmosphere: HF, CH3I
         7. CLAW and Gaia Hypotheses and the control of climate – NaCl or DMS control
         8. Seawater photochemistry of DMS and organics
         9. Air sea exchange of gases – direction of transfer CH3NH2, NH3, SO2, O2
        10. Dust and iron fertilization
        11. Sulfur cycle -
        12. Polycylic aromatic materials, HULIS and other organic compounds
        13. Oxygen and pE of the oceans: origin of life
        14. Oceans of Europa and Titan

 

      3. 環境宿命與風險評估    (3學分)

 為使學生深入認識各類自然及人為活動產生的氣膠在環境中可能產生的流佈、傳輸與後續可能衍生的人體暴露與健康風險等問題,核心課程亦導入於環境工程研究所開設之環境宿命風險評估課程。此課程將協助學生熟悉傳統及新興環境污染物如氣膠在自然與人為環境中所發生之轉變與傳輸行為背後的原理與機制,了解其環境宿命與相關的防治技術,並進一步學習評估對人體健康與自然環境可能造成的危害風險,除了包含當今不論產官學界皆關心的環境影響評估中重要的健康風險評估議題,也使氣膠科學有效與時事結合,並延伸氣膠科學領域課程與不同專業領域之結合,可提高共學群學生在不同科學與工程領域的專業知識與經驗。

    本課程將從前段介紹環境宿命的基本觀念與知識包含模式基本技術、污染物本質、跨媒介傳遞的平衡分析與動力預測、傳輸基礎等基本觀念,並在接續課程探討可應用於宿命模式的數值分析技巧與機率理論,導入空氣環境、表面水環境、與地下水環境分別常用之模式範例說明,並在最後課程講解如何從環境宿命結果,延續評估進而預測人體健康暴露情形與可能衍生的致癌與非致癌風險。本課程之核心結構為從實務與問題解決為導向,使學生認識環境宿命模式的基礎理念,結合理論探討環境中真實問題,並使學生具備完成健康風險評估的重要核心觀念與決策能力。

    學生在學期過程中亦需要應用上課所學應用於老師提出以環境真實案例為背景之具體個案,消化課程所學做出完整的環境宿命與健康風險分析判斷,並將過程所學匯整製成書面說明,授課指導老師藉由批改評分提出修改意見,以期訓練學生能夠實際應用課程所學,思考未來可能面對之不同環境議題的永續解決方案。

 

【實施對象】

大學部與碩士班學生

 

【課程系統】

 一、選讀【整合學程】-學生所修習之學程課程中,至少應有6學分不屬於學生本系所、雙主修及輔系之課程。

 二、【學系(所)專業學程】-供本系以外學生修習

(1)跨院修讀之學士班學生:修習專業模組課程至少九學分,其它至多六學分得以通識跨院選修學分抵免。

(2)同院跨系(所)修讀之學士班學生:修習專業模組課程至少九學分,其它學分得由學程負責人規劃,學生得依其自行選讀。

(3)碩士班學生:含修習專業模組課程至少九學分,其它學分得由學程負責人規劃,學生得依其自行選讀。

三、選讀學程之學生,每學期選課仍應受限修學分之限制,並需於修業年限及延長修業年限內修畢

四、修滿學程規定之科目及學分者,依本校相關規定申請核發學程證書。

 

【學程開始日期】

  109學年度第1學期

【申請日期】

依照學校行事曆規定日期申請修讀本學程。

【申請程序】

請向所屬系所提出申請,經系主任(所長指導教授)及選讀學程負責人同意後,申請表送教務處註冊組核定後,始可修讀。

 

【氣膠、大氣與海洋微學程課程一覽表】

 

 

開課單位

 

 

課程名稱

 

學分數

 

課程屬性

 

備註

化學系

氣膠科學導論

3

必修課程

 

 

環工所

環境宿命與風險評估

3

必修課程

 

目前為環工博

須開放共時授課

給碩士班及大學部

海工系

海洋大氣化學

3

必修課程

 

 

 

 

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