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1 黑潮學分班結業報告黑潮洋流前言台灣大學郭子仙師範大學吳佳蓉劉瀚方劉信廷台北大學曾培軒海洋大學何承憲楊景超台灣四面環海, 對於海洋有相當的依賴性, 目前科學界致力於整合各項資源, 利用新的技術來印證之前的想法和發現新的理論黑潮是全球洋流系統的重要一環, 更是緊鄰台灣的重要洋流, 它與台灣的環境氣候漁業等等有著密不可分的關係, 也深深地影響台灣人們的生活活在台灣的我們, 唯有探索黑潮研究黑潮了解黑潮進而利用黑潮, 才能夠將不大的台灣發揚出去, 藉著海洋讓我們達到立足台灣放眼天下的境界因此, 中央研究院歷史語言研究所劉益昌說 : 海不是阻隔而是道路, 從史前時代以來, 人們從不畏懼海洋, 而且利用海洋與潮流作為人群往來交通與交換體系, 這正是一個環海島嶼國家應該建立的重要觀念研究主題與方法黑潮洋流的特徵可透過實測觀察模式處理以及衛星觀測等方法研究, 其內容包含黑潮與其他系統之間的交互作用洋流本身的結構流向流速流量等物理性質研究各種化學水文特性區域性洋流特徵以及相關應用等本報告主以文獻整理與研究為主, 輔以簡單的物理機制探討而為求精確的研究, 未來應加以做各項實測以驗證此篇報告之推論國科會 KEEP 計劃黑潮陸棚邊緣交換過程研究 1989 年起, 國內學者整合資源執行了一個大型的海洋研究計劃 : 黑潮陸棚邊緣交換過程研究 (Kuroshio Edge Exchange Process) 此計劃研究的目的是要瞭解東海對溫室氣體的影響, 也為著瞭解長江污染物的去處, 及其對東海漁業資源的可能影響東海之東側有黑潮, 其西側有長江注入, 其北側有黃海之大量懸浮物, 其南端有黑潮及其支流入侵, 再加上冬夏之季風強烈對比, 使其水文相當複雜東海亦是重要的漁場, 其生物資源之評估, 需瞭解控制生物生產力之物理化學及生物因素, 也由於其高生產力, 使得東海對二氧化碳之吸收可能有重要性, 但同時它也是大氣微量氣體之來源在這種複雜的系統下, 必須用整合的研究方式才能深入了解此計畫之主要探測範圍定為 : 北緯間東至琉球島弧西至大陸沿岸其網站存有計畫過去六年來的研究數據, 包括東海之水文海流化學生物等各方面的數據及成果報告經過 KEEP 一連串的觀測研究, 使國內研究界對台灣東北部海域地區有了深入的了解, 包含黑潮流經台灣東北部時之流場特性變化與結構營養鹽與基礎生產力的變化黑潮邊緣物質的交換等 ( 莊文思等人,1995) - 1 -

2 影響黑潮的海洋 - 氣候因子黑潮的路徑的變化與流量在不同的時間尺度上均與氣候系統的變化息息相關許多觀測與模式研究均指出黑潮受到諸多控制如 : 1. 北太平洋副熱帶高壓系統 2. 北赤道流 / 低緯太平洋信風系統 3. 東亞季風系統 4. 聖嬰現象 5. 西太平洋緣海的海盆峽口分佈型態 ( 陳明德 2001) 北太平洋副熱帶高壓系統因為黑潮流經的海域約為副熱帶高壓系統帶, 但是海面的溫度升高, 引起對流機制並有輻合天氣系統, 會導致西太平洋副熱帶高壓的輻散系統進一步減弱, 或是東太平洋高壓系統較不易西進北赤道流 / 低緯太平洋信風系統黑潮為北赤道洋流的一股分支, 其強弱與北赤道洋流呈正比, 而北赤道洋流為東北信風帶所驅動的風生洋流, 所以信風系統的變化與黑潮息息相關東亞季風系統的交互作用當黑潮流經處洋面溫差將變大, 大氣垂直面的對流現象加強, 所影響的區域季風系統也因而改變聖嬰現象的影響 ( 聖嬰現象介紹見附錄 ) 由於聖嬰現象, 使得北赤道洋流比平常減弱, 黑潮因而比平常減弱, 故黑潮反流的面積也比平常減少 ; 反之, 在反聖嬰現象則加強在台灣海峽南部的部份, 聖嬰現象發生時期有南海表水循環減弱與外界交換速率降低和黑潮主要流幅區強度減弱的現象, 因此聖嬰年時澎湖水道內的水文性質較偏高鹽貧營養鹽低 NTCO2 以及高 ph 值, 推測是受到南海表水循環減弱的影響而在台灣海峽北部的部份, 從台灣東北角繞入台灣海峽東北側的黑潮水, 與由台灣海峽南方往北流的水之間有鋒面存在, 而聖嬰年時此鋒面有東移的情形台灣海峽北部的鹽度聖嬰年較正常年高, 甚至高於典型的南海水 (SCS), 推測此高鹽的情形是由於南下的長江沖淡水較少, 且海峽南部的水混合到較多的黑潮水往北流所導致海峽北部西側靠中國大陸的區域, 於聖嬰年夏季有湧升現象, 推測是因為上一個冬季 (1-3 月 ) 長江沖淡水南下的量較少, 台灣海峽北部混入較少的低鹽水, 使得表底水的密度差减小, 加上吹西南季風的效應, 使得此處有湧升現象產生 ; 而在正常年時湧升訊號不明顯, 近岸表水僅有河水輸入的訊號 ( 高溫低鹽高營養鹽 ) ( 陳鎮東 2002) 西太平洋緣海的海盆峽口分佈型態其型態將直接影響洋流的轉向以及因 Ekman Transprt 所伴隨的湧升現象 - 2 -

3 洋流水體物理概述艾克曼搬運與西邊強化現象從很多文章看來, 艾克曼搬運是造成西邊強化現象, 也就是西邊邊界流 ( 如黑潮墨西哥灣流 ) 比東邊邊界流 ( 如加那利洋流加利福尼亞洋流 ) 範圍較為狹窄影響水深較深且流速快速大洋西邊海面較東邊高的原因, 也使很多沿岸湧升流 ( 如台灣東岸 ) 形成, 而有良好的漁場因此, 我們要稍微研究一下這是什麼? 何謂艾克曼搬運? 上層海域海流多是直接間接地受風所引起當風吹拂水面時, 水與風之間的摩擦力引起極表面海水流動, 海水流動時產生科氏力, 在北半球流向會偏向風向之右側極表層海流其流速大約為風速的 3~4%, 此極表層海流因水分子間摩擦力, 因而帶動其下層海水流動, 但流速隨深度而遞減, 故直接由風引起的海流僅限於海洋上層數十公尺如下圖左, 以北半球為例, 極上層海流經由風吹和科氏力影響後形成像右偏的海流, 此海流又帶動其下層的海流, 同樣地, 又受到科氏力影響而向右偏轉, 再帶動下層海流, 加上愈下層海水因摩擦力阻擋而海流遞減, 依此類推, 水流流向由水面向下呈現螺線型態之旋轉構造, 稱為艾克曼螺旋當流況達到平衡狀態時, 此時風應力係與科氏力相平衡, 即二力大小相等但方向相反, 且此海流的總質量傳輸是與風向成 90 度角, 表示海面下各層海流平均 ( 或總流量 ) 係流往風向之右側 ( 北半球 ), 這個現象稱為艾克曼效應而此流量則稱為艾克曼搬運如上圖右所示艾克曼海流的特徵如下 : 1. 艾克曼海流影響深度大約是數十公尺, 並從表面隨深度增加呈指數衰減 ; 2. 艾克曼海流表面流速約是風速的 3%, 因受科氏力影響, 故風與流的夾角是 45 度 ( 在一些假設下的理想情況 ), 流在風的右手方向 ( 北半球 ) 當風由南向北吹時, 表面海流是東北向 3. 當深度增加時, 除流速隨深度減小, 其流向亦隨深度增加而呈順時針 ( 北半球 ) 旋轉以三維觀之, 艾克曼海流於北半球呈一順時針旋轉的螺旋分佈, 此稱之為 - 3 -

4 艾克曼螺旋 (Ekman spiral) 4. 因流速上下非一致, 其引起整層水的平均流動方向是位於風向右手 90 度 ( 北半球 ) 的方向, 此即是艾克曼傳送方向 5. 艾克曼傳送在岸邊引起水位的堆高或降低, 同時亦引起下沈流或湧升流如台灣海峽冬季盛行東北風, 引起之艾克曼傳送是西北方向, 水位在大陸沿岸堆積, 夏季則相反又如西南季風在越南外海引起湧升流, 形成漁場 6. 艾克曼傳送引起水位的堆積 / 下降, 亦可因風於空間不均勻的分佈引起 ( 唐存勇,2000) 艾克曼搬運與黑潮的關係除了艾克曼搬運造成西邊強化現象, 使黑潮海流深且急外, 艾克曼搬運對黑潮及台灣最大的影響是其流經沿岸所造成的沿岸湧升流湧升流是一種具有相當持續時間的海水上升運動, 會將海水由二三百公尺深的次層海水帶至表面, 次層海水營養鹽因被用掉的較少, 故較表層有豐富的營養鹽, 這些高養分的海水帶來大量的浮游生物, 引來魚群, 造成良好的漁場如左下圖, 黑潮主流由南向北流經台灣東部, 因艾克曼搬運使水體往其右方 ( 東方 ) 傳送, 造成離岸流, 必須由較下層海水遞補, 而形成湧升流, 如右下圖西邊強化現象與黑潮黑潮屬於西邊邊界流, 同樣也受到西邊強化現象的影響, 使得黑潮流速快 (1m/s) 流量大 (20Sv) 深度深(1000m) 下表是西邊邊界流( 如黑潮灣流 ) 比東邊邊界流 ( 如加那利洋流加利福尼亞洋流 ) 的比較流寬深度速度流量東邊邊界流 > 1000 km < 0.5 km < 0.3 m/s Sv 西邊邊界流 < 100 km 1-2 km > 1.5 m/s > 50 Sv 由表中可以清楚看到兩者的差別, 下面就來解釋為什麼會有這些差別如下圖, 假設有一個理想的海洋, 低緯度吹東風, 中緯度為西風, 高緯度為極地東風由於艾克曼搬運, 我們預期赤道附近水位會降低, 有湧升流 ; 中低緯度間為沈降流, 水位堆積隆起 ; 高緯度地區則為湧升流, 低水位如此就構成了大洋的主要環流系統但由於柯氏力所造成的偏向作用在赤道附近最小, 緯度愈高作用愈強 ; 另外在中緯 - 4 -

5 度西風帶與低緯度東風帶之間的大洋裡, 艾克曼效應所造成之水位堆積生成反氣旋型 ( 北半球為順鐘向 ) 環流, 因此位於環流北側之東流水向南偏向較多, 而位於南側低緯度區之西流水則向北偏向較少 ; 整體平均後即可得出大洋反氣旋環流區內之平均水流將偏向赤道地區流動艾克曼傳送造成的水平壓力差, 並不一定須要陸地的阻擋, 當風於水平方向不是均勻分佈時即可造成水位堆積或下降而形成壓力梯度例如中緯度的西風, 將海水依艾克曼效應向南傳送, 而低緯度的東風但此水層水的流動, 將海水依艾克曼效應向北傳送, 如此造成水位於中低緯度處堆積進而造成下沈流堆積的海水造成中間高壓四週低壓的分佈, 此不對稱的分佈緣於科氏力隨緯度變化造成的, 此不對稱分佈造成於西方邊界上流場增強, 稱之為西邊強化現象, 黑潮彎流皆屬此類流系 ( 唐存勇,2000) 海洋中大尺度海流運動對水平旋轉的轉速非常敏感, 海水總是傾向維持本身固有的水平旋轉轉速 ( 其中也包含了地球的轉速 ), 可是地球的水平旋轉轉速卻會隨緯度而變, 在北半球愈往北走地球水平旋轉轉速愈大 ( 到了北極便和地軸轉速一致 ), 因此當海水向西匯流成北上的西方邊界流後, 為了克服地球水平轉速向北增加的效應同時繼續保持固定的總轉速, 因此西方邊界流必需變成反向旋轉 ( 西側流速增快 ), 愈往北走反向旋轉轉速就愈快, 造成海流集中流速增快, 這就是黑潮灣流等形成的物理機制下兩個圖將作說明 : ( 一 ) 將一個原本位於赤道輪面朝上且並未旋轉的車輪, 小心地托著底座將其移往北極, 對一個置身於地球外的觀察者, 這個車輪不論移往何處應當仍然保持不旋轉, 可是對置身於地球上的觀察者而言, 由於地球自轉之故, 此觀察者將感覺到這個車輪會呈順鐘向旋轉, 其轉速為每 24 小時一圈因此, 海水不論向北或向南流動時, 其旋轉狀態都將會發生改變, 向北將增強而向南則減弱其順鐘向旋轉的狀態摘自 Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed

6 ( 二 ) 當一團原本並末轉動的海水 ( 棕色部份 ) 向北移動時, 由於上圖所示之效應, 這團海水相對於地球應逐漸呈現順鐘向旋轉, 其左側部份因旋轉所產生之流速與整體運動方向相同, 右側則相反, 故愈往北移其左側流速將愈快, 這就是造成西方強化現象主要的原因摘自 Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed. 大洋反氣旋環流區內那些流向低緯度地區之海水又會再隨著西向海流 ( 北赤道洋流或南赤道洋流 ) 向著大洋西邊匯集, 最後在海洋西側陸棚邊緣匯集形成強勁的流向高緯度地區的西方邊界流台灣東部洋流總述地形特徵 : 台灣東部由北往南分為三個主要的地質區, 分別為穩定大陸邊緣區 ( 東海陸棚及東海陸坡, 其陸坡接續沖繩海槽 ) 隱沒系統區( 包含沖繩海槽琉球島弧西緣宜蘭海脊與和平海盆 ) 初始碰撞區北緣( 具陡峭陸坡及花東海盆, 該陸坡被花蓮海底峽谷及台東海底峽谷等峽谷切過 ) 其中東海陸棚平均水深約 200 公尺, 沖繩海槽則深達 2000 公尺, 也因此造成海流上的變化而初始碰撞區北緣除了前述提到之地形特徵外, 在台灣東南外海與綠島蘭嶼之間為海脊與海槽相互平行的地形, 此一現象也為綠島附近湧升流的形成原因之一黑潮流場與流量變化 : 黑潮由菲律賓東北流出, 約在呂宋島海峽中部向西偏入南海, 在南海東北部存在一氣旋式流場 (cyclonic flow), 於台灣海峽南端存在反氣旋式流場 ( 唐,2000)( 按 : 氣旋式流場 : 流向特徵為氣旋式, 意指在北半球為逆時針方向的旋轉 ) 主流繼續往台灣東部向北行進, 至宜蘭外海受東西走向的宜蘭海脊阻擋分成兩支, 一支東轉後沿琉球島弧外緣北上, 另一支越過宜蘭海脊繼續沿台灣東部北上黑潮離開台灣後, 在台灣東北因東海陸棚的阻擋, 主軸大部分沿陸棚向東流, 部分入侵至東海陸棚流場與流量依季節緯度的不同各有其差異性, 又會受到氣候變遷因子地形及中尺度系統的影響而有差異 - 6 -

7 季節差異 : 夏季, 黑潮主流在台灣東北外海順著陸棚邊源向東北偏折冬季, 在黑潮主流衝上了陸棚才向東北轉彎黑潮主軸的位置會隨著季節的變化而產生擺盪的現象夏季時, 黑潮流軸較遠離臺灣, 當黑潮越過宜蘭海脊後, 北向的黑潮轉為東北流, 並在釣魚臺附近海域撞擊東海陸棚, 之後黑潮一分為三 : 黑潮主流轉為向東流, 部分黑流往北流入較淺的東海陸棚, 之後轉為向東流後重新注入黑潮主流第三部分則是部份海流沿大陸棚邊緣往西南流冬季時黑潮主軸會向岸靠近, 直接於台灣北部沿岸入侵東海陸棚 KEEP 研究計畫也在臺灣東北海域施放數組流速儀, 觀測黑潮流量與東海陸棚流場的變化, 也分別獲得黑潮入侵臺灣東北海域是具有季節性變化 (Chuang and Liang, 1994) 冬季時黑潮是直接入侵臺灣東北海域(Tang and Yang, 1993) 等證據, 與船碇式都卜勒流剖儀觀測結果相互呼應黑潮入侵台灣海峽的季節性差異將在後文闡述緯度 ( 地區 ) 性 : Liu et al. (1986) 估算北緯 21 度 45' 測線上的地轉流場, 發現其流場成帶狀結構, 黑潮寬度約為 80 公里, 最大流速約為 150 cm/sec Nitani (1972) 估算北緯 23 度測線上的地轉流場, 黑潮寬度約為 200 公里, 最大流速約為 80 cm/sec, 向北流量約為 47 Sv Liu (1983) 估算北緯 24 度測線上的地轉流場, 最大流速約為 175 cm/sec, 向北的流量約為 42.3 Sv 搭配觀測現象的結果 : 利用船碇式都卜勒流剖儀估算夏季臺灣東岸黑潮上層 250 公尺流量的變化, 從 9 Sv 至 18.8 Sv 不等 ( 游, 1994) 由上述的觀測結果顯示, 黑潮在臺灣東岸的流場空間分佈有明顯的不同彙整 1991 至 2000 年海研壹貳參號研究船於臺灣周圍海域所測得船碇式都卜勒流剖儀資料, 估算臺灣東部海域的黑潮流幅與流 - 7 -

8 量, 分別約為 120~170 公里 15~25 Sv,( 柯, 2001; Liang et al., 2003), 此結果亦首次顯示了臺灣東部外海黑潮流軸的分佈與黑潮流量的變化此外, 我國與聯合國世界氣象組織 (World Meteorological Organization, WMO) 所共同進行的世界環流實驗 (World Ocean Circulation Experiment, WOCE) 中, 利用一陣列的流速儀直接觀測了宜蘭海脊上的黑潮流量隨時間的變化 (Johns, et al., 2001), 其結果發現黑潮流量明顯的會受太平洋的中尺度渦漩影響 ( 楊, 1999; Yang et al., 1999, Zhang, 2001) 台灣東北部海域湧升流之述論 Tang and Tang (1994) 及湯 (1993) 於 1992 年夏天利用船碇式都卜勒流剖儀研究臺灣東北海域單一測線上的流場結構, 發現臺灣東北海域流場空間分佈與當地的海底峽谷息息相關, 並且發現在陸棚與黑潮之間, 存在著一股與黑潮流向相反的海流存在, 此海流稱為黑潮反流 (Chuang et al., 1993) 馬(1995) 及 Tang et al. (1999) 研究臺灣東北海域流場空間結構, 發現黑潮於夏季的入侵至東海陸棚行徑是呈逆時鐘方向旋轉的渦旋前述之黑潮分為三部份, 第三部分沿大陸棚邊緣往西南流, 形成一逆時鐘方向旋轉的渦旋, 此渦旋會將深海的海水帶至澎佳嶼附近海面, 形成一重要漁場, 而所謂的黑潮反流也是此渦旋的一部份此環流加強了湧升流的現象將底層冷水送到表層而環流中心的海表面溫度比周圍低約 2-5, 是個明顯的冷渦, 直徑大小約 100 公里在民國七十年代末期, 台大陳慶生與王冑教授由以往對於海流的認知, 再加上一些水文調查, 對於黑潮通過宜蘭外海到達東海大陸棚所產生的變化 : 當黑潮接觸到東海大陸棚時, 由於地形的欄阻, 使黑潮主流轉向, 但其表層則衝上陸棚右圖為示意圖而冬季時黑潮主軸會向岸靠近, 直接於台灣北部沿岸入侵東海陸棚, 仍可見湧升的現象但此時逆時針的環流此時並不存在於表層海域, 只可在下層海域中測得 ( 盧,2004) 台灣東南部海域湧升流之述論黑潮在離開呂宋島之後, 其中一部份水流將偏向西北穿越巴林塘海峽後進入呂宋海峽, 這一部份水流才是與南海發生作用的黑潮海水來源冬季時, 穿越巴林塘海峽的黑 - 8 -

9 潮分支進入南海東北部 ; 但夏季時這股水流將被由南海中部沿呂宋西側北上的海流阻擋而無法進入南海, 只有偏轉沿海脊地形流向北北東方 ; 另一方面, 此時南海東北部的上層水尚可由台灣南端向東流出南海, 而呂宋東北角外海另一部份未轉向西北的黑潮源區海水則繼續沿巴坦群島至蘭嶼的南北向海底地形線往北流這幾股不同的水流最後均流至台灣東南外海, 因此會造成台東外海東西向斷面上海流流速分佈呈現多重核心的構造當其流經綠島附近時, 因地形的效應造成了湧升流現象 ; 此外, 夏季吹的西南風以及近岸的向南反流, 也被認為是湧升的成因台灣東南沿海的表層海水已證實含有較豐富的營養鹽, 而且海洋生物學家也都深信此處漁場頗具更進一步開發的價值台灣西部洋流總述在台灣海峽整體的水文變化中, 除了此黑潮的分支外, 亦受到中國沿岸流與南海水的影響, 其中, 春季時台灣海峽以黑潮水為主, 大陸沿岸流僅在海峽西北部局部出現, 到了夏季, 台灣海峽以南海水為主, 黑潮水的訊號僅出現在底層與海峽南部, 秋冬季時, 海峽南部以黑潮水為主, 北部則為東北季風帶來的中國沿岸流所佔據 ( 劉鍾霖,2003), 因此, 冬季台灣南北的氣候也受到此兩道水溫不同的海流所影響, 以 1971 年至 2000 年位居台灣北部的台北市冬溫僅攝氏 15.8 度, 而南方的高雄市冬溫卻高達攝氏 18.8 度, 甚至這些年間高雄市的一月平均最高溫仍可突破攝氏 23 度, 充分顯示出其藉以引響台灣冬季氣溫的證據, 此外, 海峽複雜的水文變化, 加上台灣海峽為唯一聯絡中國南海與中國東海的管道, 明顯影響台灣海峽沿岸南海北部及東海南部的生態系, 控制了這些區域海洋動物族群的消長, 其中最典型的幾個例子就是迴游性烏魚在冬季隨東北季風南下, 至海壇島附近因水溫峰面阻隔而橫過海峽, 進入新竹外海, 並繼續南下或北上, 每年在冬至前後在西南沿海形成漁場 ( 邵廣昭,1999) 然而, 西部海域為主的台灣海峽介於 22 ~25.5 N 與 ~117 E 之間, 全長約 350 公里, 平均寬度 180 公里, 平均水深 60 公尺, 北連中國東海陸棚, 南接中國南海陸棚, 為兩海域間唯一通道, 海底地形複雜, 海峽南部為水深約 20 公尺的台灣淺灘 (Taiwan Banks), 其南緣海底以 40%~50% 的急坡斜入南海海盆, 其東緣則為水深 100 公尺的澎湖水道 (Penghu Channel), 水道北端為水深 30~40 公尺東西走向的雲彰沙脊 (Yunchang Rise) 沙脊北面的海峽東側水深往北遞增, 西側則有海壇島突出整體而言, 海峽西 ( 大陸側 ) 高東 ( 台灣側 ) 低, 而雲彰沙脊將之分隔為南北兩部分這些獨特的海底地形結構和澎湖水道與海峽北部的流量成為控制海峽流場的主要因素 ( 詹森,1995) 特別是澎湖水道, 位於台灣西部外海與澎湖本島之間的水道, 古人從唐山移民至臺灣時慣稱此水域為黑水溝, 流速高達每秒 2.3 節, 而冬季時, 黑潮分支水流至此受地形阻檔, 停滯於雲彰沙脊以南, 進入春季, 東北季風減弱, 水深 50M 以上之北向流速逐漸加速, 帶動堆積於水道中的黑潮分支水往北進入台灣海峽, 入夏後, 受西南季風影響, 使得高溫低鹽的南海表層水逐漸增加, 並與黑潮分支水混合進入澎湖水道往北入侵 ( 陳重光,2004) - 9 -

10 海研二號出海實測資料 2006 年 9 月 8 號海研二號出海實測目的利用浮球來測量黑潮的流速原理利用已知的兩點求出距離, 並記錄時間求出平均速率步驟 1. 將浮球丟入海中同時記錄時間和經緯度 2. 將浮球收起來時記錄時間和經緯度實驗數據與分析第一組時間緯度經度下丟 09: N E 收回 10: N E 相差 2040 s 距離 km 得到流速 = cm/s 第二組時間緯度經度下丟 12: N E 收回 12: N E 相差 2220 s 距離 km 得到流速 = 35.5 cm/s 誤差 =42% 第三組時間緯度經度下丟 02: N E 收回 03: N E 相差 2220 s 距離 km 得到流速 = 29 cm/s 誤差 =24% 討論觀測地點 :9/8 宜蘭蘇澳港東方約 5 海浬處, 天氣多雲, 風量級數約 1 2 級誤差原因 : 誤差大致上可分為人為和自然方面人為方面, 當天實際操作方法上的生疏

11 和暈船各組分配人數的不均, 導致的溝通協調上的差異是誤差的主要原因其次, 浮球在海中的路線, 並非也是沿著海流一直線的漂走, 而途中可能會遇到風浪阻礙而不規則的瓢移, 外在的環境影響非常大, 我們只能假設浮球是兩點間的直線移動, 忽略到其他的外在因素由此次的數據可以看出來第一組的結果很離譜, 初步的猜測應該是經緯度記錄錯了, 而第二組和第三組的數據看來比較接近應該就是此地點黑潮的流速了 ; 對於此次實驗的疏忽, 如果下次還有機會的話我們一定會好好改進的黑潮洋流相關應用洋流發電洋流發電, 不僅有助於善用海洋能量, 而且可以舒緩石化燃料短缺的問題洋流發電的成本要比燃煤火力發電為高, 相當於風力發電, 但僅為柴油發電系統的六分之一而且海河洋流比風力或太陽能發電可靠, 可確保供電無虞洋流有如海洋中的河流, 會向某一特定的方向流動, 流動的路徑大致固定時速約二五節的洋流將轉動發電機上的水翼葉片, 葉片長五十七公尺高九公尺, 可產生一百萬瓦的電力, 足以供應六百六十戶家庭的日常用電雖然黑潮的流速, 沒有到那麼快, 不過, 也是一個不可忽略的一項開發資源的好方法, 有待技術上的克服溫差發電近年來替代能源漸漸抬頭, 有人便設計利用海水溫差來發電當海水表層與底層的溫度差約在攝氏二十度左右, 就可以發電了, 利用表層溫水和底層冷水的溫差發電利用表層和底層海水的溫度差的發電方式, 乃是利用沸點低的液體, 使溫水蒸發為氣體, 以便旋轉汽輪發電, 而經過汽輪機後的氣體, 被冷水冷卻恢復原來的液體此時, 沸點低的液體就被密封在封閉管的回路中, 故稱為封閉循環式目前, 美國法國日本等國家, 正在進行研究開發中, 它有浮在海洋

12 發電和陸上發電兩種方式其中陸上的發電方式, 必須用長水管從深海汲水, 所以需要選擇特殊的地形, 否則無法獲得適當的水源另黑潮發電是一種低能量密度和特定區域環境的特性, 未來開發黑潮發電的規模大小及經濟性誘因, 實值進一步評估探討休閒漁業關於漁業的休閒活動很多, 範圍極為廣泛, 不僅養殖漁撈加工業等漁業生產有直接關連, 而且與漁業有關的經濟社會文化自然等, 均可經由漁業的活動, 達成提供休閒娛樂的目的休閒漁業的定義似可定為 : 規劃利用漁業相關的自然與人文資源, 提供服務, 讓參與的民眾達到觀光遊憩休閒的目的像是休閒漁港漁產品直銷中心休閒養殖場區水族及漁業文物展示娛樂漁船海釣.. 等其他漁業有關之休閒活動 ( 包含以下 2 點 ) 蘭嶼達悟族的飛魚祭蘭嶼是一個面積只有 45 平方公里, 方頭歪尾的蟾形小島, 位於臺灣東南方的太平洋黑潮主流區上在長達七個半月的蘭嶼飛魚祭, 其中的初夜漁起一個月是飛魚的盛產期, 每部落的漁船隊在日落時分, 會抵達他們的漁場, 趁天色漸暗片刻, 點燃火炬引誘飛魚, 讓牠們撲向船上的燈火而捕之, 這是最具古典特色的漁法, 也是觀光漁業的好賣點飛魚每年 3 至 7 月間就會隨著黑潮, 陸續抵達台灣東部, 給東部的居民帶來天然糧食, 受惠最多的是住在蘭嶼的雅美族島民, 生活在此的島民將一年 12 個月的經濟活動分成三季, 春季為捕魚季節, 夏秋為農業季節, 秋冬為製造季節希望透過觀光漁業的宣揚, 讓大家能更愛護蘭嶼島上的各種原始風貌, 給島民保留生活的基本尊嚴, 而不是藉現代文明的活動來污染原始的環境及毀滅他們的文化賞鯨豚賞鯨賞豚重點 -- 黑潮是一股強盛的北赤道洋流溫暖而清澈, 由南往北流速平均每小時 3-4 海浬, 其主流離岸約 15 海浬, 切過台灣東部海域其支流從台灣尾分歧切入台灣海峽北上台灣經年累月被溫暖的黑潮緊緊包圍, 黑潮擦岸引起的湧升流將海底有機鹽沖上台灣沿海海面, 形成了豐富的海洋生態資源, 黑潮靜靜默默, 象徵台灣永不止息的生命勁力, 如一道豐沛的乳汁滋潤著我們的海洋洋流就猶如高速公路, 花蓮沿海就猶如一處交流道, 當花蓮沿海仍然乾淨美麗, 那麼這一群迴游性的魚類 ( 含鯨豚 ) 就會下交流道來休息覓食然而若沿海污染了, 沒有覓食的食物, 這一群迴游性的魚類就於高速公路直飆而去, 不下來了!! 海洋生物資源綠島位於黑潮北流的通道上, 且附近有湧升流存, 因此給綠島帶來豐富的海洋生物資源, 珊瑚類魚類蝦蟹貝類等無論在種類或數量上都相當繁多, 同時也充分顯示出熱帶海域資源的特色 ; 至於其他生物如海蛇海龜鎚頭鯊等動物亦經常在此出現海洋深層水海洋深層水與一般海水究竟有什麼不同? 海洋深層水就蘊藏在海面 200 公尺以下至 2,000 公尺之間, 陽光無法到達的深海 2000 年前極地的冰河溶解後, 經由黑潮的

13 帶動而形成具有低溫 ( 低於攝氏 1 度以下 ) 純淨極附營養價值成分穩定以及永續再生的特性由於陽光照射無法到達, 光合作用無法進行, 因此深層水沒有浮游生物, 更由於終年處於低溫的特性, 讓水質乾淨清澈無病原菌且含豐富礦物質營養鹽及微量元素, 可大量用在 SPA 及醫療上, 在日本甚至有神水之稱不像其他能源有接近枯竭的問題, 地球上 97% 是海水, 其中深層海水又占了總海水量的 93%, 水量之大讓人難以想像而台灣四周環海, 東部海域具有陡峭的海底地形, 在離岸不到五公里處即可抽取到海洋深層水, 加上世界海洋環流級表層黑潮流經台灣東岸, 是全球開發海洋深層水的絕佳位置附錄聖嬰現象聖嬰一詞源自西班牙文 El Nino, 相當於英文 Christ Child 的意思, 也就是上帝之子長久以來南美洲秘魯太平洋沿岸的漁民就發現, 在聖誕節時期, 附近熱帶太平洋海域海溫常常會異常升高, 洋流產生異常變化, 進而造成漁獲量減少之現象聖嬰現象的主要特徵是東西太平洋兩邊海水溫度的改變, 而當海溫變化呈現東高西低時, 伴隨的氣壓變化則為西高東低, 反之若海溫變化為東低西高, 氣壓則會出現西低東高的改變這種氣壓的變化, 一般習慣以南太平洋東部之大溪地和西部位於澳洲之達爾文, 兩地之間氣壓的差異值作為指標, 這種東西兩邊氣壓高低的變化, 有如蹺蹺板兩端的起伏一般, 氣象學家就稱之為南方振盪 (Southern Oscillation), 而聖嬰 (El Nino) 和南方振盪此一相隨而生之大氣海洋變化現象, 則被合稱為 ENSO 當聖嬰現象出現時, 熱帶東太平洋表面海水溫度異常增高, 洋面上方之大氣受熱, 伴隨著海洋來之水氣上升, 且經由對流作用成雲, 在東太平洋地區產生異常降雨, 造成東太平洋美洲沿岸地區發生水災而西太平洋由於表面海水溫度較低, 海域上空之空氣則是下沉, 造成海面壓力增加抑制降雨; 並擴及印尼菲律賓水災乾旱澳洲北部乾旱, 甚至引發森林大火, 造成霾害影響空氣品質至於台灣方面, 由於台灣距離赤道已有一段距離, 聖嬰現象對台灣的影響可能並不是那麼直接, 也因此更不易釐清它與天氣及海洋環境之間的關係不過根據研究報告指出聖嬰會使台灣的春雨提早及造成暖冬且以侵台颱風次數會較少來說, 就有研究指出這是因為聖嬰期間熱帶太平洋海面最熱區向東移往中太平洋, 致使颱風生成區域也隨之東移, 因而較不易造訪台灣 ; 可是另一方面, 一旦有長途跋涉來台的颱風, 由於行經熱帶海面的距離很長, 一路將會累積更多的能量, 致使其規模及破壞力應該會特別巨大這種颱風在聖嬰期不來則已, 一來驚人的現象若確定, 則對我們防颱準備工作來說就會有很大的價值, 值得進一步研究

14 2006 黑潮學分班結業報告黑潮洋流組平時太平洋海面水溫以赤道西太平洋最高圖左邊深紅色的地方 1990 年 12 月水溫往東和往高緯度遞減顏色變淺甚至是黃色聖嬰出生後赤道東太平洋和南美洲外海水溫普遍上升深紅色區域向東延伸 1997 年 12 月年聖嬰是本世紀最凶悍的海水溫度甚至比正常值高出攝氏 5 度釋放出驚人的熱量 ¾ 參考文獻與資料 - -中央氣象局 -黑潮陸棚邊緣交換過程研究 -唐存勇 2000 黑潮台灣 2000年1月 -海洋學教材 -海洋科學概論-海洋物理學-海洋環流與海流 -Pinet, Paul R. (2003) Invitation to Oceanography -3rd ed. Jones and Bartlett

15 P.203http:// /chap6/chap6.htm - 北一女地科站 - 行政院環保衛生署 -Tang, T. Y., J. H. Tai, Y. J. Yang, 2000: The flow pattern north of Taiwan and the migration of the Kuroshio. Cont. Shelf Res., 20, Tang, T. Y., Y. Hsueh, Y. J. Yang, and J. C. Ma, 1999: Continental slope flow northeast of Taiwan. J. Phys. Oceanogr., 29, Tang, T. Y., W. D. Liang, Y. J. Yang, and W.-S. Chuang, 2003: Kuroshio instruction in the Luzon Strait. J. Phys. Oceanogr. submitted. - 許晃雄教授著 : 聖嬰與反聖嬰現象, 環保署出版 - 莊文思劉康克和陳佩芬 (1995): 黑潮大型計畫 - 整合性海洋科學研究的開端科學發展月刊,23(9), 邵廣昭 (1999) 台灣環境變遷與全球氣候變遷之衝擊評析 - 海域生態與漁業國科會專題計畫研究報告,35 頁 - 陳重光 (2004) 澎湖水道通量暨水團季節演變之研究國立中山大學海洋物理研究所碩士論文 - 劉鍾霖 (2003) 台灣海峽流量之觀測國立中山大學海洋資源研究所碩士論文 - 詹森 (1995) 台灣臺灣週邊海域海洋科學教室系列一 - 楊穎堅台灣週邊海域之海流分佈海峽流場季節變化之研究國立台灣大學博士論文 - 湯文慈, 1993: 臺灣東北大陸棚邊緣之流場. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP 游正輝, 1994: 臺灣東岸黑潮之夏季空間結構. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP 馬嘉昌, 1995: 臺灣北部與陸棚邊緣的夏季流場. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP 馬名軍, 1996: 黑潮流經巴士海峽之時空變化. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP 戴仁華, 1998: 臺灣北部流場與黑潮的擺動. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP 楊益, 1999: 中尺度渦旋對臺灣海流 ( 黑潮 ) 體積通量之影響. 國立臺灣大學海洋研究所博士論文, PP 柯銘澤, 2001: 臺灣周圍的流場. 國立臺灣大學海洋研究所碩士論文, PP

鯨豚鯨豚在台灣海域發現的鯨豚種類約三十種約佔全球種類的三分之一在台灣東部有溫暖的熱帶洋流黑潮流經捲起海底豐富的營養鹽帶來豐碩的漁業資源因此鯨類資源也因而相當豐富較常見的有長吻飛旋海豚花紋海豚熱帶點斑原海豚弗氏海豚瓶鼻海豚台灣東部海域具有開發為賞鯨專業區的潛力本章

鯨豚鯨豚在台灣海域發現的鯨豚種類約三十種約佔全球種類的三分之一在台灣東部有溫暖的熱帶洋流黑潮流經捲起海底豐富的營養鹽帶來豐碩的漁業資源因此鯨類資源也因而相當豐富較常見的有長吻飛旋海豚花紋海豚熱帶點斑原海豚弗氏海豚瓶鼻海豚台灣東部海域具有開發為賞鯨專業區的潛力本章台灣的七個賞鯨港口鯨豚鯨豚在台灣海域發現的鯨豚種類約三十種約佔全球種類的三分之一在台灣東部有溫暖的熱帶洋流黑潮流經捲起海底豐富的營養鹽帶來豐碩的漁業資源因此鯨類資源也因而相當豐富較常見的有長吻飛旋海豚花紋海豚熱帶點斑原海豚弗氏海豚瓶鼻海豚台灣東部海域具有開發為賞鯨專業區的潛力本章節之分布資料由周蓮香教授提供 176 177 178 Stenella longirostris