(1)應用熱帶氣旋理論、深度學習方法及水動力模式於台灣近岸之極端氣候條件下水位變化預測模式研發
颱風暴潮對於海岸地區居民的生命及財產極具威脅，隨著溫室效應影響，近年來全球暖化及氣候變遷加劇，使得颱風生成的數量及強度打破過去的紀錄。同時，全球平均海平面也受全球暖化影響而逐年抬升，導致暴潮造成的毀滅性災害更甚以往(Webster et al., 2005; Emanuel, 2005; IPCC, 2007)。因此藉由利用深度學習網路模式建立1個準確且長前置時間的暴潮預測模式，希望透過長短期記憶法具有時間相關的結構，有助於處理具有序列問題的極端天氣事件(颱風暴潮)，增加前置預測時間。透過與不具時間結構的類神經網路模式的結果比較，探討深度學習模式預測的改善程度與前置時間拓展的幅度。後續將整合「河海模式」與淹水模式於目前建立完整的流域水文與水理分析平台，以利沿海地區城鎮的防洪預測。
(2)藉深度學習影像判釋技術進行波浪溯升監測研究
波浪溯升為海堤設計與安全評估之重要參數，然若採用傳統儀器諸如：水位計、溯升感應器等進行監測，價格昂貴且維護不易，且多半僅能分析單一海堤斷面，所得結果也常因堤面水體厚度與感應器間距，導致精確度低。此外，試驗設備昂貴，且現階段研究仍處實驗室階段，難以普及，如何有效率的獲得溯升高成為一大難題。
近年來，由於影像分析技術進步，越來越多學者透過人工智慧進行非侵入式測量，透過訓練好的神經網路進行自動化特徵擷取。然而鮮少有學者將其運用於波浪溯升量測，因此本研究嘗試將此技術應用於波浪溯升量測，首先蒐集大量波浪溯升影像，同時透過標註軟體建立基準真相標籤(Ground truth label)，作為訓練資料。爾後，以Ronneberger等人於2015年提出的U-Net架構訓練分割模型，共計訓練10輪(epoch)，並採交叉熵(Cross Entropy)損失函數不斷調整模型權重，以提升模型品質。此外，藉由引入VGG16預訓練權重防止權重過於隨機。訓練完成後，將影像進行後處理以簡化數化程序，即可由Wang et al.(2007)提出的座標轉換概念，獲得真實波浪溯升高。最後，將影像分析所得溯升高和越波量與實際量測結果進行比對，以評析本研究方法精度。期許藉由相關研究了解深度學習影像判釋技術運用於波浪溯升量測之可行性。
(3)河海區域危險度分析與海岸地區土地利用規劃動態岬灣於沿海景觀營造與保護
台灣四面環海的同時，四面也包含各種類型的海岸，在西南演海的沙岸因地形平緩，波浪受淺化效應較大，具較強的溯上能力而入侵陸地，危及沿海產業與人名生命安全；沙灘在自然海岸環境中具有防潮禦浪的功能、過濾海水以及提供人海親水空間；在自然環境中，波浪在經過岬頭地形後，其因折、繞射現象使波浪能量衰減，因波能下降使得兩岬頭內成為安定水域，藉此使沙灘能岸定存在，如蘇澳東澳灣，而學者裡用此現象提出岬灣控制與人工岬灣的概念(許，1989)。綜合上述，結合其特性，使用人工岬灣設計沙灘、養灘為一良好海岸環境營造、保護工程手段。
本團隊結合一維灘線模式使用廣泛性與極座標系統描述遮蔽區內海灘形狀，模擬海灘在岬灣內受波浪作用下之動態變化。海灘作為人海之間的緩衝帶，無論在自然環境的重要性(海岸防禦、生態維護)與人民親水權益(觀光、遊憩)都應充分考量，自1989年岬灣控制提出來後，在全世界廣泛的應用證實使用人工岬灣理論能有效估算沙灘形狀。本研究提出之理論能良好表現岬灣理論中海灘形狀，且能動態反映波浪條件改變時灘線形狀之變化；故能有效且良好的評估、設計海岸防護，增加土地價值，促進國家的經濟發展。
(4)箔子寮離岸沙洲固沙探討
近年來離岸沙洲狹窄化且變動趨勢明顯，其中箔子寮漁港港口及航道受沙洲漂沙淤積嚴重，為使漁民漁船出港能順利通行，雲林縣政府多年疏濬保持航道暢通。此外沙洲內海水體靜穩為牡蠣之理想生長環境，故箔子寮沙洲為全台最具規模之牡蠣育苗場，然而近年沙洲內移導致環境改變致使蚵苗欠收。箔子寮沙洲向南陸化之原因無定論，飄移主因分成人為及自然影響所造成，人為方面以北方離島工業區遮蔽濁水溪之緣故導致沙源補充不及使沙洲狹長化；自然方面則受夏季、冬季季風影響，季風波高浪大、海潮流強，致使漂沙效應顯著。
為解決離岸沙洲持續南移陸化之問題，本團隊以數值模式模擬離岸沙洲實行固沙工程後，觀察沙洲陸地受固沙工程後的沙洲岸線套入到模式模擬一年期的地形變遷，並探討套路不同工法方案下時的沙洲變化情形。模擬箔子寮沙洲受季風波浪長時間變動所導致的地形變化及漂沙潛勢，透過波浪數值模式XBeach進行模擬，XBeach模式為荷蘭Delft工業大學開發之免費開源數值模式軟體，可模擬複雜地形下的平均流、長波、漂砂及底床變化等二維平面模型。使用XBeach數值模式中對沙洲區域模擬與生態工法相似之方案研擬，對應實際應用於海岸之各工法改善，期望透過不同方案模擬探討波浪作用於箔子寮沙洲下之沙洲變化情形，以了解使用數值模擬計算下各工法之利弊以供後續研究參考。