114 年 國立臺灣大學地理環資系碩士班甲組《自然地理學》

本題主要在探討影響土壤形成的關鍵因子。土壤的形成是一個複雜的過程，涉及物理、化學和生物作用，並受到地形、氣候、母質、時間和生物等多重因素的影響。

解題思路：
土壤形成的主要控制因子通常包含：

1. 母質 (Parent material)： 土壤的原始組成，決定了土壤的基本化學性質和礦物成分。
2. 氣候 (Climate)： 包括溫度和降水，影響風化作用、有機物分解和生物活動的速率。
3. 生物 (Biota)： 植物、動物和微生物的活動，影響有機質的累積、土壤結構的形成以及養分的循環。

本題旨在釐清地形圖 (topographic maps) 的主要目的與呈現原則。地形圖的主要功能是描繪地表的起伏形態，並輔助呈現其他與地表空間相關的資訊。

解題思路：
地形圖的核心是呈現地形的相對高低、坡度、坡向等空間資訊，也就是「地形層級 (Topographic hierarch)」，這通常透過等高線來表示。地形圖也常包含其他地理資訊，如水系、交通線、聚落、行政界線等，這些資訊有助於理解地形與人類活動的關係，例如「土地利用 (Land use)」。

本題考查土壤剖面 (soil profile) 的分層結構，要求考生依據從地表往下排列土壤層。典型的土壤剖面由上而下包含 O, A, E, B, C, R 層。

解題思路：
各土壤層的定義與位置如下：

• O 層 (Organic layer)： 地表最上層，由未分解或部分分解的有機物組成，如落葉、枯枝等。
• A 層 (Topsoil)： 緊接 O 層之下，是礦物質土壤與有機質混合的層，通常顏色較深，是植物根系最發達的區域，也是最重要的生產層。
• E 層 (Eluviation layer)： 位於 A 層之下，B 層之上，是淋溶層。在此層中，水分將溶解或懸浮的物質（如黏粒、有機質、鐵、鋁氧化物）向下淋溶帶走。此層顏色通常較淺，因為淋溶作用移走了部分物質。
• B 層 (Subsoil)： 位於 E 層之下，C 層之上，是堆積層。在此層中，淋溶作用帶來的物質在此沉澱累積。

本題考查火山活動的全球分布規律及其成因。火山活動是地殼運動的表現之一，與地球內部的熱量散發和岩漿活動密切相關。

解題思路：
現代地球科學的觀點認為，火山活動的分布並非隨機或均勻，而是與地球的構造活動（特別是板塊構造）有著極為密切的關聯。

• 板塊邊界 (Plate boundaries)： 大部分的火山活動發生在板塊的聚合邊界（如俯衝帶，形成火山弧）和離散邊界（如大洋中脊，形成裂谷火山）。

本題在探討米蘭科維奇循環 (Milankovitch cycles) 與地球水循環之間的關係。米蘭科維奇循環是指地球繞日軌道、地軸傾角和地軸進動等天文因素隨時間的週期性變化，這些變化會影響到達地球的太陽輻射量及其空間分布，進而影響氣候。

解題思路：
米蘭科維奇循環的週期性變化（約 10 萬年、4 萬年、2 萬年）是導致過去數十萬年來地球冰期與間冰期交替的主要驅動因素。這些長期的氣候變化直接影響水循環的各個環節：

• 冰量變化 (Ice volume)： 冰期時，極地冰蓋擴張，儲存大量水；間冰期時，冰蓋消融，釋放水。
• 海平面變化 (Sea levels)： 冰量變化直接導致海平面升降。

本題考查「輸砂限制 (Transport-limited)」與「供給限制 (Supply-limited)」這兩種沉積物輸運的狀態。這兩個概念是理解河流、海岸或風力作用下沉積物搬運過程中的關鍵。

解題思路：
在任何一個環境中，沉積物的輸運能力取決於兩個主要因素：

1. 搬運介質的能力 (Capacity of the transport medium)： 例如河流的流速、水深、流量，或風的速度，決定了它能搬運多少沉積物（最大容量）。
2. 沉積物的供應量 (Supply of sediment)： 來自侵蝕、崩塌或上游的沉積物來源。

• 輸砂限制 (Transport-limited)： 當搬運介質（如河流）的能力非常強大，但可用的沉積物供應量卻相對較少時，輸運過程就受到沉積物供應量的限制。此時，搬運介質有能力搬運更多，但因為沒那麼多沉積物可搬，所以實際輸運的沉積物量低於其最大能力。
• 供給限制 (Supply-limited)： 當搬運介質（如河流）的能力相對較弱，但沉積物的供應量卻非常龐大時，輸運過程就受到搬運介質能力的限制。此時，沉積物供應量超過了搬運介質的最大輸送能力，大部分沉積物會被堆積下來，未能被有效輸運。

評估敘述：
敘述指出：
「Transport-limited sediment transport occurs when the sediment supply exceeds the ability of the flow to transport it」

本題旨在釐清「侵蝕 (Erosion)」與「剝蝕 (Denudation)」這兩個地貌學術語的區別與包含關係。

解題思路：

• 剝蝕 (Denudation)： 是一個廣泛的概念，泛指所有使地表降低、移除地表物質的過程。它包含了三個主要組成部分：

  1. 風化 (Weathering)： 岩石和礦物在原地發生的物理、化學或生物分解作用，將堅硬的岩石分解成較小的碎屑或溶解物。
  2. 侵蝕 (Erosion)： 指外營力（如水流、風、冰川、波浪）將風化後的物質或鬆散沉積物從其原地搬運走的作用。
  3. ** mass wasting (質量遷移/重力作用)：** 指岩石和土壤在重力作用下，沿坡面向下移動的各種過程，如滑坡、崩塌、蠕動等。

• 侵蝕 (Erosion)： 是剝蝕過程中的一個重要環節，專指「物質的搬運」這一動作。例如，河流侵蝕是指水流搬運泥沙；風蝕是指風搬運沙粒。

評估敘述：
敘述指出：「Erosion and denudation both involve the breakdown and removal of Earth's surf

本題考查太魯閣峽谷的地貌特徵，以及其是否屬於石灰岩地形。這需要結合太魯閣峽谷的地理位置、地質組成和地貌發育過程來回答。

解題思路：
太魯閣峽谷位於台灣東部的花蓮縣，是台灣最著名的峽谷景觀之一。其形成主要與以下幾個因素有關：

1. 地質組成： 太魯閣峽谷的岩壁主要由變質岩構成，包括大理岩 (marble) 和片岩 (schist)。大理岩是由石灰岩 (limestone) 在高溫高壓下變質形成的。因此，雖然峽谷的直接組成是變質岩，但其「母質」的來源是石灰岩。
2. 構造抬升： 台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交界處，板塊碰撞擠壓作用劇烈，導致台灣東部地區持續快速抬升。
3. 河流侵蝕： 位於高山地區的河流，由於地勢落差大、水流湍急，具有強大的侵蝕能力。立霧溪（流經太魯閣峽谷）的下切侵蝕作用，配合著地形的快速抬升，在堅硬的變質岩（大理岩）上切割出了深邃的峽谷。

判斷是否為石灰岩地形：
「石灰岩地形 (Limestone landform)」通常是指由石灰岩（主要成分為碳酸鈣，CaCO₃）在水的作用下（特別是弱酸性的水）發生化學溶解（喀斯特作用，Karst process）而形成的地貌，如溶洞、石灰岩柱、石林、落水洞等。

太魯閣峽谷的岩石是大理岩，這是石灰岩變質後的產物。雖然大理岩的成分（碳酸鈣）與石灰岩相似，也具有一定的溶解性，但其變質後的結構和性質與石灰岩有所不同。

核心觀念

本題考查冰期與間冰期的海平面變化，如何控制河流三角洲的形成位置與發育時序。三角洲是河流將泥沙帶到海、湖等水體入口後，因水流減速而堆積形成的地形。其發育除了需要充足的河流泥沙，也受海平面變化、沿岸地形、波浪與潮汐作用影響。

冰期時，大量海水以冰川、冰帽形式儲存在陸地上，全球海平面下降；冰期結束後，冰融水回到海洋，海平面上升。末次冰期高峰時，全球海平面約比現今低 $120$ 公尺，許多大陸棚露出海面。美國國家海洋暨大氣總署資料

解題方法

依序掌握「冰期低海面、退冰期海侵、海平面上升減緩後三角洲擴展」這段地形演變：

1. **冰期低海面：**海岸線向海側移動，河流延伸到露出的大陸棚，向下切割河谷。河流與其沉積作用的位置，因而落在現今海岸線以外。
2. **退冰期海平面上升：**冰融水使海面上升，海水淹沒河谷低地，形成河口灣或河口環境；河流帶來的泥沙開始填積這些低地。
3. **海平面上升減緩：**當海平面上升速度降低，河流輸入的泥沙逐漸填滿可容納沉積物的空間，便能在河口堆積並向海側推進，形成現今廣泛分布的全新世三角洲。

本題考查土地利用變化對地表能量平衡的影響，是關於地表物理過程的重要題目。

核心觀念： 地表能量平衡是指進入地表的太陽輻射（短波輻射）在扣除反射後，一部分被吸收並轉化為各種形式的能量（如感熱、潛熱、長波輻射），並與地表向外輻射的長波輻射達到平衡。土地利用的改變（如森林變農田、城市化）會改變地表屬性，進而影響能量平衡的各項組成。

解題思路：

(1) 森林轉變為農田對地表能量平衡與短波輻射吸收的影響：

• 核心概念： 表面反照率 (surface albedo)。反照率是指地表反射太陽輻射的能力，數值介於 0 (全吸收) 到 1 (全反射) 之間。
• 森林： 通常具有較低的表面反照率（約 0.1-0.2），因為深綠色的樹冠能吸收大部分太陽輻射，特別是短波輻射。
• 農田： 反照率變化較大，取決於作物種類、生長季節和覆蓋度。一般來說，相較於茂密的森林，耕作後的裸露土壤或較稀疏的農作物，其反照率可能較高。
• 影響： 當森林被轉換為農田，如果農田的表面反照率增加，意味著反射的短波輻射增多，被地表吸收的短波輻射就減少。這會導致進入地表的總能量減少，進而影響感熱通量、潛熱通量以及地表溫度。
• 解釋： 森林轉換為農田，若導致表面反照率升高，則被反射的短波輻射比例增加，吸收的短波輻射比例減少。這使得用於加熱地表、蒸發水分的能量來源減少，從而影響地表能量平衡。

【答案】森林通常具有較低的表面反照率，能吸收較多的短波太陽輻射。當森林被轉換為農田時，若農田的表面反照率增加（例如，作物覆蓋度較低或土壤裸露），則反射的短波輻射增多，被吸收的短波輻射減少。這會導致進入地表的總能量減少，進而影響地表能量的再分配，例如潛熱和感熱通量。

(2) 森林與都市區域潛熱通量與感熱通量的差異及其對局部氣候的影響：

• 核心概念：
  • 潛熱通量 (Latent heat flux, LHF)： 主要與水的相變有關，包括蒸發和蒸騰。植物蒸騰是森林潛熱通量的主要來源。
  • 感熱通量 (Sensible heat flux, SHF)： 主要與溫度差異有關，是直接加熱空氣的能量。
• 森林：
  • LHF 高： 由於茂密的植被進行蒸騰作用，大量水分蒸發進入大氣，消耗大量能量，因此 LHF 高。
  • SHF 低： 蒸騰作用消耗了大量能量，用於加熱空氣的能量相對較少，因此 SHF 低。
  • 影響： 高 LHF 帶來的水汽有助於增加濕度，並可能形成降水；高 LHF 也帶走了熱量，有助於降低地表溫度。
• 都市區域：
  • LHF 低： 植被覆蓋少，不透水地面蒸發量有限，因此 LHF 低。
  • SHF 高： 由於 LHF 較低，更多的能量以 SHF 的形式釋放到大氣中，加熱空氣。此外，城市建築材料（如混凝土、瀝青）吸熱量大，白天儲存熱量，夜間緩慢釋放，進一步增加 SHF。
  • 影響： 高 SHF 導致城市氣溫顯著升高，形成「都市熱島效應 (Urban Heat Island Effect)」。低 LHF 導致城市空氣相對乾燥，降水模式也可能改變。

【答案】森林區域由於植被蒸騰作用旺盛，潛熱通量 (LHF) 較高，意即有大量能量用於水分蒸發，因此感熱通量 (SHF) 較低，對大氣的直接加熱作用較弱，有助於調節地表溫度和增加空氣濕度。相反，都市區域植被稀少，不透水地面多，蒸騰和蒸發作用有限，LHF 較低。大部分吸收的能量以 SHF 的形式釋放，直接加熱大氣，導致都市氣溫顯著高於周邊地區，形成都市熱島效應。這會影響局部風場、降水分布及空氣品質。

(3) 都市建築材料高長波輻射率對夜間能量平衡與溫度的影響：

• 核心概念： 長波輻射率 (long-wave emissivity) 是物體向外輻射長波輻射的能力。都市建築材料（如混凝土、磚塊、瀝青）通常具有較高的長波輻射率，與自然地表（如森林、土壤）相似或更高。
• 夜間能量平衡： 夜間，太陽輻射停止，地表主要通過長波輻射向外散熱。
• 影響：
  • 高輻射率： 意味著建築物和鋪裝路面在夜間會更有效地向外輻射熱量。
  • 都市熱島效應的側面： 雖然高輻射率本身是散熱，但都市地區的「熱量儲存」效應（白天吸收大量太陽輻射並儲存在建築物和路面中）和「熱量排放」效應（建築物內部活動、車輛引擎等產生的廢熱）使得都市總體能量較高。

本題探討都市化對集水區水文過程的影響，重點在於不透水地面增加如何改變地表徑流、地下水補給、河流流量及水質。

核心觀念： 都市化最重要的水文效應是不透水地面（如屋頂、道路、停車場）的增加，這極大地改變了降雨與地表水、地下水的交互作用。

解題思路：

A. Significant increase in surface runoff volume (地表徑流量顯著增加)

• 理由： 都市化導致不透水地面大幅增加。這些表面無法讓雨水滲入土壤，因此大部分降雨會直接形成地表徑流。相較於森林或農田，都市地區的滲透率極低，使得地表徑流量顯著增加。
• 判斷： True

B. Significant increase in groundwater recharge rate (地下水補給率顯著增加)

• 理由： 地下水補給主要依賴雨水滲入土壤和岩石。都市化增加的不透水地面阻礙了雨水的滲透，因此，整體而言，地下水的補給率會顯著 降低，而非增加。雖然有些都市地區可能會有集中的滲漏點（如某些排水系統的滲漏），但整體趨勢是補給減少。
• 判斷： False

C. Increased peak flow in rivers and earlier peak times (河流的洪峰流量增加且洪峰時間提前)

• 理由： 由於不透水地面增加，降雨迅速形成地表徑流，且透過密集的排水系統（都市排水管網）快速匯集，使得水流抵達河流的時間縮短，因此河流的洪峰流量會顯著增加，且洪峰出現的時間會比未都市化的區域更早。
• 判斷： True

本題探討氣候變遷、生物地理學與生態系統服務之間的互動，特別關注入侵種的影響。

核心觀念： 氣候變遷改變了物種的分布範圍和生存條件，為入侵種的擴散提供了機會。入侵種可能對本土生態系統和生態系統服務造成嚴重破壞。

(1) 「氣候變遷增強了入侵種的擴散能力，且入侵種的增加總是對當地生態系統產生負面影響。」

• 前半句：氣候變遷增強了入侵種的擴散能力。

  • 理由： 氣候變遷（如溫度升高、降水模式改變）會改變原有生態系統的結構和物種的適應性。許多入侵種原本就具有較強的適應能力、快速的繁殖速率和廣泛的傳播能力。氣候變遷可能使原來的環境變得更適合這些入侵種生存和擴散，或者削弱了本土物種的競爭力，為入侵種騰出生存空間。例如，暖化可能使得原本受寒冷氣候限制的入侵種能夠擴散到更高緯度或更高海拔地區。
  • 判斷： True

• 後半句：入侵種的增加總是對當地生態系統產生負面影響。

  • 理由： 「總是」 (always) 這個詞非常絕對。雖然絕大多數情況下，具有高度適應性和競爭力的入侵種會對本土生態系統造成嚴重的負面影響（如取代本土物種、改變食物網結構、影響生態系統功能），但理論上，也可能存在某些入侵種對特定生態系統服務產生正面或中性影響的情況，儘管這種情況非常罕見。例如，某些入侵植物可能在短期內增加某些地區的生物量，或在侵蝕嚴重的地區提供一層植被覆蓋。然而，從生態系統的穩定性、生物多樣性和長期健康來看，負面影響是普遍且主要的。
  • 綜合判斷： 鑑於「總是」的絕對性，嚴格來說，這後半句的陳述可能不完全準確，但其主要精神（入侵種通常是負面影響）是正確的。在學術考試中，對於這種絕對詞彙，需要謹慎判斷。更保守的說法是「通常」或「絕大多數情況下」產生負面影響。
  • 學術上的嚴謹： 為了嚴格回答，我們需要評估「總是」的絕對性。雖然負面影響是主導，但不能排除極端罕見的正面或中性影響。因此，這後半句的「總是」使得整個陳述趨於 False。
  • 更傾向的答案： False (因為「總是」太絕對)
  • 解釋理由： 氣候變遷確實為入侵種的擴散創造了更有利的條件，這是 true。然而，入侵種的影響是否「總是」負面，則不一定。雖然大多數情況下，入侵種會對本土生態系統造成嚴重破壞，例如降低生物多樣性、改變物種組成、影響生態系統功能等，但理論上也可能存在極少數情況下，入侵種在某些方面（如短期內增加生物量、提供植被覆蓋等）對特定環境產生非負面的影響，或者影響是中性的。因此，「總是」這個詞使得整個陳述不夠嚴謹。

【答案】False. 氣候變遷透過改變溫度、降水等條件，確實可能為入侵種的擴散提供更有利的環境（例如，暖化讓原本受限的入侵種得以向更高緯度或海拔擴散），這部分是 True。然而，後半句「入侵種的增加總是對當地生態系統產生負面影響」中的「總是」過於絕對。雖然絕大多數情況下，入侵種會對本土生態系統造成嚴重的負面影響，如降低生物多樣性、改變物種組成、破壞食物網、干擾生態系統功能等，但理論上不能完全排除極少數入侵種在特定情境下可能產生中性或在某些特定方面（如短期增加生物量）產生非負面影響的可能性。因此，因為「總是」的絕對性，此陳述為 False。

(2) 入侵種如何影響生態系統服務？描述一個生態系統服務機制並舉例。

• 生態系統服務 (Ecosystem Services)： 指生態系統為人類提供的、與人類福祉相關的各種利益，例如：

  • 供給服務 (Provisioning Services)： 食物、淡水、木材、纖維、藥材等。
  • 調節服務 (Regulating Services)： 氣候調節、洪水調節、疾病調節、水質淨化、授粉等。
  • 支持服務 (Supporting Services)： 養分循環、土壤形成、初級生產力等。
  • 文化服務 (Cultural Services)： 美學、精神、教育、休閒娛樂等。

• 入侵種對生態系統服務的影響： 入侵種透過取代本土物種、改變物種組成、影響生態系統結構和功能，進而影響上述各種生態系統服務。

• 選擇一個生態系統服務機制並舉例：

  • 機制： 授粉服務 (Pollination Service) 屬於調節服務。許多植物依賴特定的傳粉者（如昆蟲、鳥類、蝙蝠）來完成繁殖。
  • 影響：
    1. 入侵種取代本土傳粉者： 如果入侵種是動物（如某些外來昆蟲），它們可能與本土傳粉者競爭食物來源（花蜜、花粉），或者直接捕食本土傳粉者，導致本土傳粉者數量下降。
    2. 入侵種取代本土植物： 如果入侵種是植物，它們可能開出不吸引本土傳粉者，或僅吸引特定外來傳粉者的花朵。