108 年 國立成功大學海洋科技及事務研究所《海洋學概論》

本題考查矽藻（Diatoms）的生理結構與營養鹽需求。矽藻是單細胞藻類，其細胞壁（frustule）主要由二氧化矽（SiO₂）組成。因此，在海洋中，矽酸鹽（silicate）是矽藻建造其細胞壁的關鍵營養素。

選項分析：
(A) 硝酸鹽（Nitrate）是植物最重要的氮源，對於藻類的生長至關重要，但不是構成細胞壁的成分。

本題考查海洋中渦旋（Eddy）形成的主要驅動力，在無風條件下。渦旋是海水的一種旋轉運動。

選項分析：
(A) 優養化（Eutrophication）是指水體中營養鹽過量，導致藻類過度生長，進而可能引發缺氧等問題，但它不是直接驅動渦旋的物理力量。
(B) 垂直混合（Vertical mixing）是指海水上下層的混合，例如由風或溫鹽差異引起，它會影響水體的垂直結構，但本身不是渦旋的主要驅動力，尤其是在無風情況下。
(C) 蒸發（Evaporation）會增加海水鹽度，進而影響密度，可能引發一些垂直環流，但對大規模的渦旋驅動作用較小。

本題考查理想化行進波（idealized traveling waves）速度變化的影響因素。在海洋學中，我們常討論波浪的速度。波浪的速度（或稱相速度）會受到水深、波長、波週期等因素的影響。

對於淺水波（即水深 $h$ 小於波長 $L$ 的十分之一，$h < L/10$），波速 $c$ 的公式為 $c = \sqrt{gh}$，其中 $g$ 是重力加速度，$h$ 是水深。從此公式可知，在淺水區域，波速與水深的平方根成正比。因此，水深越淺，波速越慢。

對於深水波（即水深 $h$ 大於波長 $L$ 的一半，$h > L/2$），波速 $c$ 的公式為 $c = \sqrt{\frac{gL}{2\pi}}$。在此情況下，波速與波長的平方根成正比。波長越長，波速越快。

本題問的是波速「慢下來」（slow down），我們需要尋找一個能導致速度減慢的因素。

本題考查海底甲烷水合物（Methane Hydrate，也稱為可燃冰）形成的條件。甲烷水合物是一種籠狀結構，其中甲烷分子被困在水分子形成的冰狀晶格中。其形成需要特定的物理化學條件。

形成甲烷水合物的關鍵條件是：

1. 低溫（Low temperature）：水合物的晶格結構在低溫下才穩定。
2. 高壓（High Pressure）：高壓有助於甲烷溶解在水中，並促進水分子形成籠狀結構包圍甲烷。
3. 足夠的甲烷來源（Sufficient methane source）：通常來自有機物的厭氧分解或地質活動。

此外，水的存在也是必需的。

Mangrove 指的是紅樹林。紅樹林是生長在熱帶和亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，具有特殊的適應能力，能忍受鹽分、缺氧的泥土和週期性的淹水。

Ecological niche 指的是生態位。生態位描述了一個物種在生態系統中所扮演的角色，以及它與環境（包括生物和非生物因素）之間的所有相互作用。

Stratification 指的是分層現象。在海洋學中，它通常指海水因密度差異（主要由溫度和鹽度決定）而形成的垂直分層結構。

Continental shelf 指的是大陸棚。大陸棚是大陸邊緣的一部分，是從海岸線向外延伸的相對平坦的海底區域，其深度通常不超過 200 公尺。

Coral bleaching 指的是珊瑚白化。珊瑚白化是指珊瑚在面臨壓力（如溫度升高、污染、過度曝曬等）時，失去體內共生的蟲黃藻（zooxanthellae）的現象。蟲黃藻為珊瑚提供大部分的營養和顏色。

本題考查生物多樣性（Biodiversity）的主要組成部分。生物多樣性是指地球上生命的多樣性，通常從三個主要層面來理解和衡量。

生物多樣性的三個主要組成部分是：

1. 基因多樣性（Genetic diversity）：指同一物種內不同基因型的變異程度。基因多樣性是物種適應環境變化的基礎，也是演化的潛力所在。例如，同一種植物可能有多種不同的抗病基因或適應不同氣候的基因。
2. 物種多樣性（Species diversity）：指一個區域內物種的數量和相對豐度。這是我們最常理解的生物多樣性，例如熱帶雨林比沙漠擁有更多的物種。

本題考查利用溫鹽剖面圖（T-S Diagram）判別水團的應用。T-S圖是以溫度（T）為縱軸，鹽度（S）為橫軸，將不同深度海水的溫度和鹽度值繪製在同一張圖上，形成一條曲線。不同來源或不同過程影響下的水團，其溫度和鹽度組合會有所不同，因此在T-S圖上會呈現出不同的特徵。

(A) 大雨過後的河口 (River mouth after heavy rain)：
河口是淡水（來自河流）和海水（來自海洋）混合的區域。

• 淡水：通常溫度較高（尤其在熱帶或溫帶地區的夏季），鹽度接近於零。
• 海水：溫度和鹽度取決於其來源，可能是近岸的表層海水或外海的較冷海水。
• 大雨過後：大量淡水注入，會使河口區域的表層鹽度急劇降低，甚至趨近於零。同時，雨水本身可能也帶有一定的溫度。
• 混合：淡水和海水在河口區域會發生混合。
  因此，在大雨過後的河口，我們預期會看到：
  • 低鹽度：這是最顯著的特徵，鹽度值會非常低，甚至接近 0 psu。
  • 溫度變化：溫度可能相對較高（相較於深層海水），或者與注入的淡水溫度一致。
  • T-S曲線特徵：曲線會從低鹽度端開始，可能沿著較高的溫度延伸，或者在低鹽度端呈現一個較寬的溫度範圍（取決於混合程度和來源海水的溫度）。由於淡水注入，鹽度會顯著低於正常海水的範圍（通常約 30-35 psu）。

在 T-S 圖上，這條曲線會集中在低鹽度（接近 0 psu）且可能溫度相對較高（例如 20-30°C，取決於地理位置和季節）的區域。如果存在不同程度的混合，曲線會從純淡水點（低鹽度、某溫度）向著海水點（高鹽度、某溫度）延伸，但由於是「大雨過後」，低鹽度是關鍵。

(B) 垂直混合良好大洋 (Well-mixed ocean)：
在一個垂直混合良好的大洋區域，海水在垂直方向上溫度和鹽度差異很小，整個水體接近均勻。

• 垂直混合良好：意味著溫鹽結構穩定性較差，動力的攪拌（如強風、洋流、對流）將海水從不同深度混合在一起。
• 均勻性：因此，從表層到底層，溫度和鹽度變化不大。
  因此，在 T-S 圖上，這會呈現為一個點或一個非常狹窄的垂直或水平範圍。
  • 如果代表的是一個較溫暖的表層水體，則會是一個點或狹窄範圍，溫度和鹽度值相對較高。
  • 如果代表的是一個較冷、較深的均勻水體，則會是另一個點或狹窄範圍，溫度較低，鹽度可能變化不大。

本題考查地球自轉對航行路徑的影響，特別是科氏力（Coriolis effect）在不同緯度下的作用。題目假設風平浪靜且不考慮洋流，這意味著唯一影響船隻相對地球表面的運動的顯著因素將是地球自轉產生的科氏力。

核心觀念：
科氏力是地球自轉導致的慣性力，它會使在地球表面運動的物體（包括船隻）在北半球向右偏，在南半球向左偏。科氏力的大小與物體的運動速度、緯度（更準確地說是科氏力參數 $f = 2\Omega \sin\phi$，其中 $\Omega$ 是地球自轉角速度，$\phi$ 是緯度）以及物體運動方向有關。

分析船隻 A (北緯 0 度)：

• 緯度 $\phi = 0^\circ$：在赤道上，科氏力參數 $f = 2\Omega \sin(0^\circ) = 0$。
• 科氏力：由於科氏力為零，船隻 A 在水平方向上不會受到科氏力的偏轉作用。
• 航行路徑：船隻 A 保持等速度 10 m/s 由東向西航行，且未調整航向，其航行路徑將是一條直線（在一個假定平坦的地球表面上，或者更準確地說，是沿著一個大圓的一部分，但因為是赤道，大圓就是赤道本身，所以是直線）。
• 目標港口：目標港口位於同一緯度（赤道），且距離 200 km。
• 結論：船隻 A 沿著赤道直線向西航行，其路徑與目標港口所在的緯度線（赤道）一致，因此 不會偏離目標港口。

分析船隻 B (北緯 30 度)：

• 緯度 $\phi = 30^\circ$：在北緯 30 度，科氏力參數 $f = 2\Omega \sin(30^\circ) = 2\Omega \times (1/2) = \Omega \neq 0$。
• 科氏力：由於科氏力不為零，且船隻 B 的運動方向是從東向西，在北半球，科氏力會使物體向右偏。對於由東向西的運動，右偏意味著向 北 偏轉。
• 航行路徑：船隻 B 的實際航行路徑將是一條向北彎曲的曲線，而不是沿著北緯 30 度的緯線（一個小圓）直線前進。
• 目標港口：目標港口位於 北緯 30 度 的緯線上。
• 結論：船隻 B 的實際航行路徑因為科氏力的作用而向北偏轉，它實際上是在沿著一個大圓的一部分前進（如果我們考慮地球是個球體的話，且目標港口是它沿大圓路徑上的一個點），但題目說「開往 200km 外位於同樣緯度的港口」，並且「駕駛全程未調整航向」。這句話的理解很重要：
  1. 如果「未調整航向」是指船隻始終保持其初始的「由東向西」的絕對方向（相對於慣性空間），那麼它會沿著一個大圓（great circle）的一部分前進。由於大圓在北緯 30 度會比緯線（small circle）更靠北（在赤道和北極之間），所以它會「偏離」北緯 30 度的緯線，並且由於朝北偏，它會到達一個比目標港口更北的位置。
  2. 另一種理解是，「未調整航向」是指船隻始終保持「指向正西方」的羅盤方位。在這種情況下，由於科氏力，它實際上是在不斷地向北調整其航向（相對於地球表面），其路徑會是一條向北彎曲的曲線。

在海洋學和導航的語境下，「未調整航向」通常意味著船隻始終維持一個固定的羅盤方位角。因此，我們採用第二種理解：船隻 B 實際上是在沿著一個向北彎曲的曲線航行。這個曲線會將船隻帶離北緯 30 度的緯線。

由於船隻 B 的航向因為科氏力而持續向北偏轉，它實際上會朝著比北緯 30 度更北的方向航行。因此，它將 會偏離目標港口。

詳細理由說明：