112 年 國立成功大學海洋科技與事務研究所《海洋學概論》

本題考查海洋學名詞「Dead zone」的定義。

Dead zone，中文稱為「缺氧區」或「死亡區」，是指海洋或大型湖泊中，水體溶解氧濃度低於特定閾值（通常是 $2 \text{ mg/L}$）的區域。在這些區域中，絕大多數的海洋生物（如魚類、蝦蟹等）無法生存，因此得名。

本題考查海洋學名詞「Diurnal Tide」的定義。

Diurnal Tide，中文稱為「日潮」或「半日潮」，是指在一天（約 24 小時 50 分鐘）內，一個地點出現兩次高潮和兩次低潮的潮汐現象。這是由於地球自轉以及月球和太陽的引力作用造成的。

潮汐的週期性主要受月球引力影響，其次是太陽引力。當月球、地球、太陽相對位置改變時，會影響潮汐的高度和週期。

本題考查海洋學名詞「Rogue wave」的定義。

Rogue wave，中文稱為「瘋狗浪」或「惡浪」，是指比周圍海浪顯著高大、且出現時間短暫的異常海浪。它通常具有陡峭的波峰、深邃的波谷，其高度可能達到周圍海浪的兩倍以上，甚至更高，對船隻和海上設施構成極大的威脅。

Rogue wave 的成因至今仍有爭議，但普遍認為可能與以下因素有關：

1. 波浪疊加效應 (Wave superposition)：多個波浪相互干擾，在特定時間和地點疊加，形成一個巨大的波浪。

本題考查海洋學名詞「Deep Ocean Water」的定義。

Deep Ocean Water (DOW)，中文稱為「深層海水」，是指位於海洋表層以下約 $200$ 公尺至 $1000$ 公尺以下的低溫、富含營養鹽、且未受污染的海水。

深層海水的特性包括：

1. 低溫 (Low temperature)：約 $0^\circ\text{C}$ 至 $10^\circ\text{C}$，全年溫度變化不大。
2. 富含營養鹽 (Nutrient-rich)：由於表層海水進行光合作用消耗了大量營養鹽，而深層海水是從極地地區冷卻下沉後，經過漫長的時間才到達的，在此過程中，生物死亡後沉降的有機物分解，釋放出大量的營養鹽（如硝酸鹽、磷酸鹽、矽酸鹽等）。

本題考查海洋學名詞「Desalination」的定義。

Desalination，中文稱為「海水淡化」，是指從海水或鹽水中去除鹽分和其他礦物質，使其達到飲用水或工業用水標準的過程。

海水淡化是解決淡水資源短缺問題的重要方法之一，尤其是在水資源匱乏的乾旱地區。目前主要的海水淡化技術包括：

1. 蒸餾法 (Distillation)：
   • 多級閃蒸法 (Multi-Stage Flash Distillation, MSF)：將海水在不同壓力下加熱，使之閃蒸產生蒸汽，再冷凝成淡水。
   • 多效蒸餾法 (Multiple-Effect Distillation, MED)：利用前一效的蒸汽加熱後一效的海水，提高能源利用效率。

本題考查海洋學名詞「Thermocline」的定義。

Thermocline，中文稱為「溫躍層」，是指海洋或湖泊中，水溫隨深度增加而急劇下降的一層。它位於表層的溫水層和深層的冷水層之間，起到了分隔這兩個水層的作用。

溫躍層的形成與太陽輻射加熱表層海水有關。太陽輻射主要加熱表層海水，使其溫度升高，形成較暖且密度較小的表層水。而深層海水則主要受極地冷水下沉的影響，溫度較低且密度較大。

本題考查海洋學名詞「Economic Exclusive Zone」的定義。

Economic Exclusive Zone (EEZ)，中文稱為「經濟專屬區」，是根據《聯合國海洋法公約》（United Nations Convention on the Law of the Sea, UNCLOS）劃定的海洋區域。它指的是從領海基線量起，向外延伸不超過 $200$ 海浬（約 $370.4$ 公里）的區域。

本題考查海洋學名詞「Methane hydrate」的定義。

Methane hydrate，中文稱為「甲烷水合物」或「天然氣水合物」，是一種在低溫、高壓條件下，由甲烷分子（$CH_4$）被包圍在水分子籠（clathrate）結構中形成的冰狀固體。

甲烷水合物主要存在於兩個區域：

1. 陸緣大陸坡的沉積物中 (Sediments on continental slopes)：這是最主要的儲藏地點。在低溫（通常低於 $10^\circ\text{C}$）和高壓（通常大於 $3.5$ MPa）的條件下，甲烷氣體（主要來自有機物分解）與水分子結合形成水合物。
2. 永久凍土帶 (Permafrost regions)：在極地地區的永久凍土中也存在甲烷水合物。

本題考查海水中的主要營養鹽種類。

海水中的營養鹽是指對海洋生物（特別是浮游植物）生長至關重要的無機化學物質。這些營養鹽是海洋食物鏈的基礎，其豐度直接影響著海洋初級生產力。

海水中最主要的營養鹽包括：

1. 氮化合物 (Nitrogen compounds)：
   • 硝酸鹽 ($NO_3^-$)：這是浮游植物最容易吸收的氮源。
   • 亞硝酸鹽 ($NO_2^-$)：一種中間產物，通常含量較低。
   • 銨離子 ($NH_4^+$)：也是浮游植物可直接吸收的氮源，常來自有機物的分解。
   • 尿素 (Urea)：也是一種有機氮源，可被某些浮游植物利用。
2. 磷化合物 (Phosphorus compounds)：
   • 磷酸鹽 ($PO_4^{3-}$)：包括正磷酸鹽（$PO_4^{3-}$）及其在不同 pH 值下的水合物，是浮游植物最主要的磷源。

本題考查海洋溫鹽環流（Thermohaline Circulation, THC）的形成原因。

海洋溫鹽環流，又稱為大洋環流或深層環流，是指由海水密度差異驅動的全球性海洋環流系統。海水的密度主要受溫度（thermo-）和鹽度（-haline）的影響。

造成海水密度差異的兩個主要因素是：

1. 溫度 (Temperature)：

   • 冷卻 (Cooling)：在地球的極地地區（如北大西洋和南極海域），海水表面受到寒冷空氣的影響而大量冷卻。冷卻後的が海水密度增加。
   • 加熱 (Heating)：在熱帶和亞熱帶地區，太陽輻射加熱表層海水，使其密度降低。

2. 鹽度 (Salinity)：

   • 蒸發 (Evaporation)：在乾旱和溫暖的亞熱帶地區，海水蒸發率高，留下較多的鹽分，導致海水鹽度增加，密度也增加。
   • 降水與融冰 (Precipitation and Ice Melting)：在極地地區，降水（雨、雪）和冰的融化會稀釋海水，降低鹽度，使密度減小。
   • 海冰形成 (Sea ice formation)：當海水結冰時，鹽分會被排除在冰晶之外，殘留在周圍的海水中，導致周圍海水的鹽度增加，密度也隨之增加。

本題考查海洋生態系的定義及其組成。

海洋生態系 (Marine Ecosystem) 是指在特定的海洋環境中，由相互作用的生物群落（biotic community）與其物理環境（abiotic environment）所構成的一個功能性單元。它強調生物與環境之間的能量流動和物質循環。

海洋生態系的組成包括：

1. 生物群落 (Biotic Community)：
   • 生產者 (Producers)：主要指能夠進行光合作用的生物，它們將無機物轉化為有機物，是生態系食物鏈的基礎。在海洋中，主要包括：
     • 浮游植物 (Phytoplankton)：如矽藻、藍綠藻、甲藻等，是海洋初級生產力的主要貢獻者。
     • 底棲藻類 (Benthic algae)：如海藻、珊瑚礁的共生藻類等。
     • 其他自營生物 (Other autotrophs)：如化能合成細菌（在深海熱泉等無光環境）。
   • 消費者 (Consumers)：攝食其他生物以獲取能量的生物。
     • 初級消費者 (Primary consumers)：以生產者為食，如浮游動物（zooplankton）攝食浮游植物。
     • 次級消費者 (Secondary consumers)：以初級消費者為食，如小魚、小型無脊椎動物。

本題考查我國（台灣）可發展的海洋再生能源種類及其發展現況。

我國四面環海，擁有豐富的海洋資源，發展海洋再生能源具有潛力。主要可發展的海洋再生能源包括：

1. 離岸風力發電 (Offshore Wind Power)

   • 說明：利用海上風力發電機組捕捉風能，轉化為電能。台灣位於東北季風和西南季風的交會處，且西部海域風力資源豐富，尤其適合發展離岸風電。
   • 發展現況：
     • 政策支持：政府將離岸風電列為重點發展能源，目標是達到相當大的裝置容量。
     • 開發進度：已有多個離岸風場陸續建置完成並開始商業運轉，總裝置容量已達數 GW。
     • 技術發展：從示範風場到大型商業風場，技術不斷成熟，本土供應鏈也逐步建立。
     • 挑戰：尚面臨環評、漁業協調、電網整合、融資等挑戰。

2. 波浪能發電 (Wave Energy)

   • 說明：利用海浪的動能或勢能來發電。台灣東部海域波浪能資源較為豐富。
   • 發展現況：
     • 研究與示範：目前仍處於研發和示範階段，技術尚未大規模商業化。
     • 技術類型：有各種不同的波浪能轉換裝置（Wave Energy Converters, WECs），如浮筒式、擺盪式、水位變化式等，但多數仍在測試驗證階段。
     • 挑戰：設備的耐候性、發電效率、成本效益、海洋環境影響評估等是主要挑戰。

3. 潮汐能發電 (Tidal Energy)

   • 說明：利用潮汐的漲落所形成的位能或水流的動能來發電。台灣部分地區（如東北角、澎湖）具有一定的潮汐能潛力。
   • 發展現況：
     • 技術成熟度：相較於風力發電，潮汐能技術的成熟度較低，且受限於地理條件，大規模開發的潛力有限。

本題考查我國國家海洋研究院（National Oceanic Research Institute, NORI）的研究發展方向。

國家海洋研究院（NORI）是我國推動海洋事務、提升海洋科技實力、發展海洋產業、及促進海洋永續利用的重要機構。其研究發展方向涵蓋了多個關鍵領域，旨在整合我國海洋科研能量，回應國家發展需求與國際海洋趨勢。

國家海洋研究院的主要研究發展方向可歸納為以下幾大類：

1. 海洋資源與環境監測及預測 (Ocean Resource and Environmental Monitoring and Prediction)

   • 目標：建立我國海洋時空觀測網，精準掌握海洋環境變化（如海溫、海流、海平面、海洋污染物、海洋酸化等），並發展預測模型，提供預警及決策支援。
   • 重點：建立長期、連續、高解析度的海洋觀測體系，涵蓋我國周邊海域；研究海洋變遷對生態、氣候、海岸的影響。

2. 海洋生態保育與永續利用 (Marine Ecosystem Conservation and Sustainable Utilization)

   • 目標：保護海洋生物多樣性，維護健康的海洋生態系，並在永續利用的前提下，開發海洋生物資源、漁業資源等。
   • 重點：珊瑚礁生態系、深海生態系、海岸生態系的保護與復育；海洋生物基因庫的建立與應用；永續漁業管理技術；發展海洋生物科技（如藥物、保健品、生質材料）。

3. 海洋工程與新興科技應用 (Marine Engineering and Emerging Technologies Application)

   • 目標：推動海洋工程技術的發展，支持海洋基礎設施建設，並探索新興海洋科技的應用。
   • 重點：