109 年 國立成功大學海洋科技及事務研究所《海洋學概論》

本題為名詞解釋題，旨在測試考生對海洋學基本名詞的理解程度。

(a) Thermocline
暖化層，是指海洋中溫度隨深度急劇下降的一層。在這一層的上方，海水溫度較高且混合均勻；在這一層的下方，海水溫度較低且也混合均勻。暖化層的存在是海洋垂直結構的重要特徵，它分隔了表層溫暖的水體和深層冰冷的水體，對海洋的熱量傳輸和生物生產力有重要影響。

(b) Rip Current
離岸流，是一種從海岸向外海快速移動的狹窄水流。當海浪撞擊海岸時，會將大量的水推向岸邊，這些水會在岸邊聚集，然後尋找最有效率的路徑回歸大海，形成離岸流。離岸流通常在有海灘、碼頭或海岬附近出現，其流速可能相當快，對在海中游泳或衝浪的人來說非常危險。

(c) Marine Protected Area (MPA)
海洋保護區，是指為了保護海洋生態系統、生物多樣性、自然資源及文化遺產，而由政府劃定並進行管理的一定範圍的海域。海洋保護區的設立目的是多樣的，可能包括禁止或限制捕撈、採集、開發等活動，以促進資源恢復、保護瀕危物種、維護生態平衡或作為科學研究的區域。

(d) Harmful Algae Bloom (HAB)
有害藻華，是指某些種類的浮游植物（藻類）在特定環境條件下，因營養鹽過量、水溫升高或洋流影響等因素，發生快速且大規模的增殖現象。部分藻類在增殖過程中會產生毒素，這些毒素可能累積在貝類、魚類體內，進而影響食用這些生物的人類或海洋動物。有害藻華也可能因其大量聚集而造成海域缺氧，對海洋生態造成嚴重破壞，俗稱「赤潮」。

本題考查學生對海水溶解氣體種類及其與水深關係的理解。

海水中三個主要的溶解氣體是：

1. 氧氣 (Oxygen, $O_2$)
2. 二氧化碳 (Carbon Dioxide, $CO_2$)
3. 氮氣 (Nitrogen, $N_2$)

這三種氣體在海水中的濃度與水深關係如下：

• 氧氣 ($O_2$):

  • 表層: 氧氣濃度通常在表層最高，主要來源是大氣擴散和浮游植物的光合作用。
  • 中層 (溫躍層/鹽躍層附近): 氧氣濃度會開始下降，因為此處的生物呼吸作用消耗氧氣，而光合作用作用減弱。
  • 深層: 氧氣濃度會再次上升，但通常低於表層。這是因為深層海水主要來自極地表層水的沉降，該水體在極地形成時富含氧氣；同時，深層海水因溫度低，氣體溶解度較高；此外，深層海水混合較慢，消耗氧氣的生物量也相對較少。然而，在某些特定區域（如氧最小區，Oxygen Minimum Zone, OMZ），由於微生物的強烈呼吸作用和缺乏氧氣補充，氧氣濃度會非常低。

• 二氧化碳 ($CO_2$):

  • 表層: 二氧化碳的溶解度受溫度和鹽度的影響。由於大氣中的二氧化碳濃度較海水高，且海水溫度較低，二氧化碳會由大氣溶解進入海水。
  • 水深增加: 隨著水深增加，海水溫度降低，氣體溶解度增加，因此二氧化碳的溶解量會增加。
  • 生物作用: 二氧化碳也是光合作用的原料和呼吸作用的產物。在有光層，光合作用會消耗 $CO_2$，降低表層濃度；在無光層，呼吸作用會釋放 $CO_2$，提高深層濃度。

本題旨在探討海洋能源的種類及其在台灣的發展現況。

一、海洋能源的幾種形式：

海洋蘊藏著豐富的能量，主要可分為以下幾種形式：

1. 波浪能 (Wave Energy)：利用海浪的動能來發電。海浪是由風力作用於海面而產生，具有週期性且能量密度較高。
2. 潮汐能 (Tidal Energy)：利用潮汐漲退潮時的水位差或水流速度來發電。潮汐是月球和太陽對地球引力作用的結果，具有高度的規律性。
3. 洋流能 (Ocean Current Energy)：利用海洋洋流的動能來發電。洋流是海水大規模的水平運動，例如黑潮等。
4. 溫差能 (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)：利用海洋表層溫暖海水與深層冷海水之間的溫度差來發電。此原理基於熱力學第二定律，可透過閉循環或開循環系統進行。
5. 鹽差能 (Salinity Gradient Energy)：利用淡水與海水混合時釋放的滲透壓能來發電。通常在河流入海口處可見。
6. 海能 (Tidal Stream Energy)：這是潮汐能的一種，專指利用潮水流動的動能，而非水位差。

二、目前台灣極力發展之海洋能源現況：

台灣四面環海，擁有豐富的海洋資源，發展海洋能源具備優勢。目前台灣政府與產業界極力發展的海洋能源主要集中在：

1. 離岸風力發電 (Offshore Wind Power)：
   • 現況: 這是台灣目前發展最為積極、也最具成效的海洋能源。

本題主要探討錢塘江湧潮的特殊成因及其獨特性。

錢塘江湧潮產生原因：

錢塘江湧潮是世界上最著名、最壯觀的湧潮之一，其形成主要與以下幾個關鍵因素的疊加有關：

1. 天文因素 (Tidal Factors)：

   • 月球和太陽引力: 與全球其他地方的潮汐一樣，月球和太陽的引力是產生潮汐的根本原因。
   • 大潮週期: 錢塘江湧潮通常發生在農曆的每個月初一和十五前後，此時月球、地球、太陽大致在一直線上，三者的引力疊加，形成最大的潮差，即大潮。

2. 地形因素 (Topographical Factors)：這是錢塘江湧潮最為獨特和關鍵的因素。

   • 喇叭狀河口: 錢塘江的河口呈現出由寬變窄的喇叭狀（或稱漏斗狀）形態。河口外寬內窄，河道逐漸收縮。
   • 淺灘與河床坡度: 河口及近岸海域有大量的淺灘和沙洲，河床坡度相對平緩。
   • 潮道: 潮水進入河口後，在狹窄的河道和淺灘的約束下，潮水被迫向內擠壓，能量高度集中。

3. 水文因素 (Hydrological Factors)：

   • 潮流動力: 當強勁的漲潮湧入這個喇叭狀的河口時，被約束的潮水會形成一道或多道波浪，並以較高的速度向前推進。
   • 湧潮的形成: 在特定條件下，湧入的潮水前鋒會形成一個或數個明顯的水牆，稱為「湧潮」。錢塘江的湧潮常表現為「一線觀音」、「交叉潮」、「退潮十字」等多種形態。
   • 潮差放大: 由於地形的約束和能量的集中，湧潮能將原本較大的潮差（尤其是在大潮期間）進一步放大，形成巨大的水位差和兇猛的流速。

為何在其他地方無法產生如此壯觀的湧潮？

本題要求列舉台灣常見的海洋污染類型。台灣作為一個海島，海洋污染問題相當嚴峻，主要可歸納為以下幾類：

1. 陸源污染 (Land-based Pollution)：這是台灣海洋污染最主要的來源，佔比很高。

   • 生活污水與工業廢水: 未經妥善處理或處理不完全的生活污水（含有機物、營養鹽、病原體等）和工業廢水（含有重金屬、化學物質、有毒物質等）排放入海。
   • 農業廢水: 農田施肥、農藥使用後，隨雨水沖刷進入河川，最終匯流入海，帶來過量的營養鹽（導致優養化）和農藥殘留。
   • 都市徑流: 都市地區的雨水沖刷路面、建築物上的污染物（如油污、塑膠微粒、重金屬、垃圾等）進入排水系統，最終排入海洋。

2. 塑膠垃圾與微塑膠 (Plastic Debris and Microplastics)：

   • 塑膠垃圾: 各種塑膠製品（如寶特瓶、塑膠袋、漁網、保麗龍等）被隨意丟棄或隨水流漂入海洋。這些垃圾不僅影響景觀，更對海洋生物造成物理性的傷害（纏繞、誤食）。
   • 微塑膠: 大型塑膠垃圾在陽光、海浪作用下分解成小碎片，或來自化妝品、合成纖維衣物洗滌過程，這些直徑小於 5 毫米的塑膠顆粒，容易被海洋生物攝食，並可能進入食物鏈，對生態系統和人體健康構成潛在威脅。

3. 油污染 (Oil Pollution)：

   • 船舶事故: 船舶（貨輪、油輪、漁船）的漏油、沉船或碰撞事故，會導致大量石油進入海洋，對海洋生物和海岸生態造成毀滅性打擊。
   • 日常操作: 船舶的正常運營（如油輪的壓載水排放、船體清洗、機械潤滑油洩漏）也會產生一定量的油污。
   • 陸上設施洩漏: 港口、煉油廠等設施的油污洩漏也可能污染海域。

本題旨在說明海洋生態服務的涵蓋範圍。生態服務是指生態系統為人類提供的、對其生存和福祉至關重要的各種利益。海洋生態系統作為地球上最大的生態系統，提供了多樣且關鍵的生態服務。

海洋生態服務的涵蓋範圍可以從以下幾個主要類別來理解：

1. 供給服務 (Provisioning Services)：

   • 食物: 提供豐富的漁業資源（魚、蝦、貝類、藻類等），是全球重要的蛋白質來源。
   • 淡水: 海洋中的水雖然是鹽水，但海水淡化技術可以將其轉化為淡水，供應沿海地區的用水需求。
   • 生物資源: 提供用於醫藥（如抗生素、抗癌藥物）、工業（如生物材料、膠原蛋白）和觀賞（如水族館）的海洋生物。
   • 能源: 海洋蘊藏豐富的能源，如潮汐能、波浪能、洋流能、溫差能、風能（離岸風電）等，是可再生能源的重要來源。
   • 礦產資源: 海底蘊藏有石油、天然氣、錳結核、稀土等礦產資源。
   • 基因資源: 提供遺傳物質，用於育種、生物技術等研究。

2. 調節服務 (Regulating Services)：

   • 氣候調節:
     • 碳匯: 海洋吸收大氣中大量的二氧化碳，是地球上最大的碳匯之一，有助於減緩全球暖化。
     • 溫度調節: 海洋巨大的熱容量可以吸收和儲存太陽輻射，調節全球氣候，減緩氣溫波動。
     • 水循環: 海洋是全球水循環的關鍵環節，通過蒸發將水分輸送到陸地，影響降雨模式。
   • 水質調節:
     • 污染物過濾與分解: 海洋生物（如貝類、微生物）和物理化學過程可以過濾、稀釋和分解部分污染物。
     • 營養鹽循環: 海洋生態系統參與營養鹽的循環，維持水體平衡。
   • 災害調節:

本題考查學生對台灣政府主要涉海機關及其職掌的了解。台灣政府為管理與發展海洋事務，設有多個中央部會及其下屬機關，以下列舉主要涉海機關及其任務權責：

1. 海洋委員會 (Ocean Affairs Council, OAC)：

   • 設立宗旨: 為統籌國家海洋事務，提升國家整體海洋意識，並有效推動海洋政策及資源管理。
   • 主要任務權責:
     • 擬訂國家海洋政策、興辦海洋相關事項。
     • 協調、整合及推動各部會海洋事務。
     • 監督海洋委員會所屬機關執行國家海洋政策。
     • 推動海洋保育、海洋資源永續利用、海洋產業發展、海洋科技研究、海洋安全及國際海洋事務。
     • 整合海岸巡防、海洋漁業、海洋環境、海洋測繪、海域管理等權責。

2. 海巡署 (Coast Guard Administration, R.O.C. (Taiwan))：

   • 隸屬: 海洋委員會。
   • 主要任務權責:
     • 海域執法: 執行海岸巡防、偵辦妨害海事、走私、偷渡、毒品及其他犯罪。
     • 安全維護: 保障漁民、船員及船舶航行安全，維護海域治安。
     • 救生救難: 執行海上救生、救難、救助及緊急醫療後送。
     • 海洋事務: 執行海洋環境保護、漁業巡護、查緝非法捕撈等。
     • 越界捕魚取締: 查緝我國漁船越界捕魚及外國漁船非法進入我國海域捕魚。

3. 農業部漁業署 (Fisheries Agency, Ministry of Agriculture)：

   • 隸屬: 原農委會，現農業部。
   • 主要任務權責:
     • 漁業管理: 規劃、輔導、管理我國遠洋、近海、沿岸及養殖漁業。
     • 漁業資源保育: 執行漁業資源保育及管理措施，防止過度捕撈。
     • 漁港及漁船管理: 規劃、興建、管理漁港設施及漁船。
     • 漁產品安全: 確保漁產品的品質與安全。
     • 漁業發展: 輔導漁業產業升級、發展遠洋漁業。
     • 國際漁業事務: 參與國際漁業組織，處理國際漁業事務。