臺灣大學海洋研究所學位論文
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此研究利用三維的海洋數值模式 (Regional Ocean Modeling System, ROMS) 探討當高屏溪口達到異重流產生條件時(河口流量固定3000 C.M.S，沉積物濃度為60 g/L)，不同沉積物沉降速度對於高屏海底峽谷內異重流質量分布、質心位置及速度垂直結構的影響。首先我們將所使用之數值模式與實際觀測相互驗證，包括海面高度變化、速度斜壓結構、溫度垂直剖面。驗證結果皆呈現良好關係性，也顯示出此模式能解析基本流場特性。 實驗中當沉降速度在0、0.1、0.5 mm/s範圍內，從表層及底部沉積物濃度分布比較結果顯示，大部分沉積物濃度分布於底部並沿著峽谷內往深海傳輸，此潛流特性與異重流符合。然而，當沉降速度達1 mm/s，高屏峽谷內底部無高濃度沉積物分布，顯示並非所有的異重流會潛入峽谷內。而無法潛入峽谷內主要是受到懸浮沉積物沉降至底部所需的沉降時間(Ts)縮短，而減短平流距離(D=U* Ts;U為異重流出河口的平均速度)，當平流距離比河口離峽谷口的距離小的情況下，異重流無法潛入峽谷內。此外，我們也探討異重流的再懸浮機制以及侵蝕作用，對其維持懸浮沈積物濃度與流場強度的影響。在忽略再懸浮機制的條件下，我們以簡化的數學模型預測峽谷內異重流的懸浮沈積物總量，我們發現此預測皆明顯低於數值實驗結果，因此，我們推測再懸浮與侵蝕是異重流在峽谷內維持動量的重要機制。 異重流具鼻狀的速度垂直結構是重要的特徵(近底床有較強的流速)。我們將異重流標準結構比對實驗中速度垂直剖面，定義出異重流維持其結構的最遠位置，並量化質心位置。兩者結果顯示高屏海底峽谷內，異重流結構維持最遠位置與沉積物質心位置相近。特別的是，我們發現所估計的平流距離遠大於質心位置，代表著平流距離並不是決定質量中心的主要因素。因此我們更進一步檢視異重流流速斜壓結構與質量通量，發現兩者在空間中有明顯梯度變化之區域，皆與峽谷地形彎曲或坡度變化處相關。綜合上述，我們認為異重流的速度結構主要可能受到峽谷內地形影響，造成速度的變化而改變底床剪應力、垂直紊流擴散、以及質量通量在空間上的分布，進而影響質量分佈與質心位置。
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南海位於中國南方，是西太平洋其中一個邊緣海。過去對於南海南北兩側大陸邊緣有較多的研究，像是地殼構造、大陸海洋地殼邊界、大陸邊緣兩側構造比對等等，而南海深海海盆的研究相對較少，主要是利用磁力異常條帶探討南海海底擴張的演化，海盆內的構造、沉積物分布等等仍然欠缺了解。 本研究利用海研五號0037航次，在南海的東海盆與西南海盆以及其交界帶之間收集到了七條反射震測剖面，來探討南海海盆內的構造形態和沉積物的分布。其中MCSV0037-1A和MCSV0037-3兩條震測剖面分別通過IODP Expedition 349的U1431和U1433兩口井位，提供本研究此剖面中對應到沉積物的年代資訊，建立反射震測剖面上各時期的震測相特徵，並將其延伸至整個研究區域的機會，並據以探討東海盆和西南海盆構造、沉積物的分布和擴張後的火成活動。 整體而言東海盆和西南海盆的基盤深度並無明顯的差異，但由於受到火成活動影響，基盤起伏相當劇烈，沉積物的分布也受到火成活動影響，主要堆積在較深的盆地之中，在火成侵入體或海底火山周遭較薄。沉積物厚度在古擴張中心較薄，越遠離古擴張中心越厚。 過去從南海海盆磁力異常條帶分布形態中，發現東海盆和西南海盆的磁力異常形態不一致，似乎有邊界劃分此兩個海盆，推測此兩個海盆之間存在一個斷層構造或破裂帶，稱之為中南斷層。本研究觀察到中南斷層在古擴張中心以南可能是以轉形斷層帶正斷層的分量存在，但在古擴張中心以北則未能觀察到其存在，可能轉換成完全的轉形斷層形式。 另外本研究根據火成活動與沉積物的接觸關係，我們可以大致判斷其活動年代，顯示東海盆古擴張中心上的一座海底火山以及西南海盆古擴張中心旁兩座海底火山，其形成年代大約是在中新世中期以前或中新世中期，認為南海海盆在擴張結束後曾經歷大規模的火成活動，在古擴張中心附近形成數座高聳的海底火山。
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本研究，探究海洋生態系中植物性浮游生物(phytoplankton; 以下簡稱植浮)之大小結構變動與環境因子時空變化之相關性。本研究中以體型大小頻譜之斜率作為植浮群集變動的指標，探究臺灣東部貧營養鹽之黑潮流域(Kuroshio)的表層海域中，植浮大小頻譜的時空變化。然而，在黑潮水域中的營養鹽濃度除冬季外，濃度非常低，原因是受到強烈的海水成層效應及生物快速利用營養鹽。因此，在本研究中使用植浮總生物量作為可用資源量指標。研究結果指出，黑潮水溫變動有明顯季節性變化，水溫與植浮大小頻譜斜率呈現負相關，與前人研究結果相異。可用資源量與植浮大小頻譜之相關性則隨季節變動而有所不同:小個體因有相對高的個體表面積與體積比值，吸收可用資源量的速度快於大個體，因此小生物個體先爆發；到夏秋兩季，由於環境中可用資源量已累積，且大個體贏得可用資源量競爭，因此大個體較佔優勢。但隨著溫度升高，可用資源量逐漸減少，大小頻譜之斜率也隨之下降，此時是依循著可用資源量與大小之相關性理論，當可用資源量減低時，小個體會越佔優勢；但到冬季，水溫再度變冷，可用資源量再次升高時，小個體生物會再次佔有優勢，大小頻譜斜率呈現較傾斜。簡而言之，我們發現在黑潮水域中，植浮大小頻譜之變動主要受到可用資源量之變動影響。
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毀滅性的地震（地震矩規模 > 8.0）多半是由於巨型逆斷層（megathrust fault）沿著板塊邊界錯動所造成的。而一些被認為從巨型逆斷層分支發育並出露於海床的大型逆斷層，稱為分支斷層（splay fault）。臺灣南部海域的增積岩體明顯被一條主要的分支斷層區分成以褶皺逆衝斷層構造型態為主的下部斜坡區，以及高度變形的上部斜坡區。此分支斷層系統可從臺灣南部海域向北延伸到臺灣西南海域，並可能連接至陸上的旗山斷層。由於分支斷層可能會把原本低角度的巨型逆斷層斷層面抬升為高角度斷層面的分支斷層，一旦這些斷層發生錯動可能會增加垂直方向的位移，促使海嘯的發生。 本研究處理分析TAIGER計畫中於臺灣南部海域所收集之長支距反射震測剖面資料以及海底地震儀所記錄到的折射資料，以期能完整描述呂宋隱沒帶增積岩體中這條分支斷層的型態、分布，以及隱沒帶的構造型態。反射震測資料分析結果顯示：(1) 從海溝軸部開始，向東傾斜的滑脫面深入隱沒帶約20至40公里，然後降階至基盤上；(2) 有一至兩條的分支斷層從不同的分岔點（branching point）向上發育，其斷層面角度約為26度，較一般逆衝斷層角度低。對於地殼深部反射震測剖面無法解析到的部分，則利用折射震測資料建立地殼P波速度構造模式，以探討深部地殼架構。速度構造分析的結果顯示：(1) 研究剖面中隱沒帶莫荷面深度約15至17公里，而地殼厚度約9至11公里。 彙整一系列臺灣南部海域震測剖面所顯示的構造型態，本研究認為分支斷層從北緯18.5度向北延伸到北緯22.5度，其型態變化可能與馬尼拉海溝之走向變化以及隱沒板塊所帶入之沉積物供應量有關。利用地震資料與震測剖面分析結果，本研究提出臺灣南部海域可能的巨型逆斷層帶分布範圍。測線MGL0905-25A剖面中觀察到海底山隱沒構造，但該剖面所辨識分支斷層分岔點地區尚無較大地震記錄，能量可能開始在該處累積，尚未釋放，未來可能有大地震產生。此外，北緯20.7度以北雖未發現海底山隱沒構造，但速度構造剖面顯示增積岩體下方有增生的高速物質，也可能使板塊間耦合程度增加，未來亦可能會發生大地震。
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河口環境因為為一淡海水交會處，於潮汐時段鹽度變化強烈，水體的電解質濃度和離子強度因而改變，進而產生明顯的物理化學反應。這些反應包含膠體或是顆粒態的凝絮作用(flocculation)、吸附作用(adsorption) 與脫附作用(desorption)，而這些作用被視為是水體中顆粒形成的重要一環。顆粒傳輸過程中加上重力牽引，這些載體最後終將沉積掩埋中。為了瞭解水體懸浮顆粒於淡海水交會混合時的特性，本研究使用了雷射粒徑探針於實驗室模擬測量，後再定點(in-situ)置於淡水河大稻埕碼頭，量測潮汐週期下的顆粒變化，並配合多層次網目過濾器取得0.4~10μm、10~63μm、63~153μm，等不同大粒徑大小之水體懸浮顆粒，比對光學粒徑與過濾後懸浮顆粒的總數粒徑，探討懸浮顆粒在總數與粒徑大小分佈現象。 過篩後的沉積物與AGMP-1人工顆粒，擁有一致性的分佈，不因鹽度的改變而產生濃度與顆粒分佈上的變化，而Chelex-100則受鹽度變化而改變其粒徑大小。淡水河現場觀測的部份，由退潮開始至漲潮後顆粒的分佈不僅僅受到鹽度的改變而有所波動，整體粒徑族群的分佈也跟著改變，第一部份是上午七點漲潮開始後的兩小時內，主要粒徑族群的分佈往 >74.5μm至460μm的粒徑上偏移，對比由CATNET過濾所得到的TSM發現 ≥63μm以上的顆粒不僅少於光學觀測顆粒，且與LISST-100X所判讀到的結果相反。判斷較大粒徑族群的顆粒為水中凝絮作用所生成，傳統的過濾方法後可能並不是適用，對於了解水中的顆粒生成與分佈而言，過濾採集顆粒並非是一種可靠的方式。
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海洋中營養鹽的分布通常是不均勻的,且會依季節與區域變化,但就整體而 言,海洋是一廣闊而低營養的環境。為進一步瞭解能夠存活於低營養環境中的海 洋細菌,本研究利用採自台灣北部南雅、石城及磅磅子的海水,將之存放超過七 年時間之後進行細菌的分離、培養與分析 。本研究自三地區水樣共分離出 25 株 細菌,根據 16S rRNA gene 的定序及比對,初步鑑定該 25 分離株細菌分別屬於 Stappia(6 株)、Alteromonas(4 株)、Oceanococcus(2 株)、Marinobacter(3 株)、Mesorhizobium(1 株)、Alcanivorax(4 株)、Kangiella(1 株)、Halobacillus (1 株)、Spongiibacter(1 株)、Erythrobacter(1 株)及 Marinobacterium(1 株)各屬。分離株經各種生理、生化特性檢測後,皆無法利用葡萄糖發酵產酸, 均能在 1-5%NaCl 濃度、pH 8-9 及 25-30°C 下生長,均不產生吲哚及硫化氫。 Na1 經 16S rRNA gene 比對,與 Spongiibacter tropicus CL-CB221T 序列相似度為 95.9%,Na1 為好氧且具鈉鹽需求性之革蘭氏陰性細菌,最適合生長於 30-37°C、 1-3%NaCl 及 pH7-8 的培養基中,依初步生理生化特性及序列分析,分離株 Na1 可能為新種細菌。為瞭解實驗菌株在低營養環境中的增殖情況,本研究將分離株 N1C 及 N2B 進行四種濃度的低營養培養,並連日以細胞平板計數法(plate count method)觀察比較其增殖情形,結果顯示二分離株皆能夠在 40 mg/L 濃度碳源下 快速生長。
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Lower Magdalena Valley位於南美洲哥倫比亞西北角，由北部的Plato次盆地及南部的San Jorge次盆地共同組成，堆積漸新世-更新世沉積物。本研究利用三條與盆地走向大致垂直之西北-東南向震測剖面，及綜合一百餘口井下地質資料完成之各地層沉積環境重建圖，進行盆地構造及地層架構分析，研究成果發現Lower Magdalena Valley西側的San Jacinto逆衝斷層摺皺帶上方發育的豬背盆地，指明在逆衝斷層帶間形成凹陷，接受沉積物充填，可視為前陸盆地系統的楔形體上方堆積區，東側Lower Magdalena Valley內部顯示早期陸緣分裂形成之正斷層反轉，逆衝斷層上盤形成褶皺構造，後期沉積物大致呈水平堆積，向西側San Jacinto摺皺帶抬升減薄; Lower Magdalena Valley沉積演化與典型前陸盆地相似，盆地於早中新世沉積環境突然加深，形成半深海環境，對應前陸盆地演育的未充填(Underfilled)階段; 晚中新世之後，盆地沉積環境逐漸變淺，轉變以河流相為主之陸地沉積環境，對應前陸盆地演育的過充填(Overfilled)階段。研究結果顯示Lower Magdalena Valley之構造架構及沉積地層序列，基本上符合前陸盆地特徵，故推論Lower Magdalena Valley為一前陸盆地。
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橈足類在海洋食物網中為連結初級生產者與較高階消費者間的能量傳遞者，為保持漁業資源永續性的重要因子。東海地區為重要漁場，因複雜的洋流系統而有多樣的水文環境。統合橈足類群集對於不同水文環境之關係是必要的，進一步可推測群集的形成機制。本研究目標為描述東海地區橈足類物種組成，並探究各水團的橈足類指標物種，假說為東海地區橈足類物種組成會與水團相對應。本研究於2006年夏季及2008年冬季航次收集橈足類樣本及環境變數。以無階層分群法 (nonhierarchical clustering analysis) 觀察測站間物種組成結構之相似性。利用前進特徵選擇法 (forward selection)找出可顯著解釋橈足類群集的環境變數，並以Redundancy analysis探討物種組成與水團的關鍵環境變數之關係。使用指標物種分析探究各水團的橈足類指標物種。本研究在夏、冬季各定義了4個、3個水團。無論夏季或冬季，無階層分群法的第一群中之主要的對應水團為台灣暖水團，第二群對應水團為河口水。且物種群落相似性的界線與水團大致吻合。根據指標物種分析，夏季有9物種為夏季台灣暖水團之指標物種；2物種為夏季第二混合水團之指標物種；1物種為夏季河口水指標物種。冬季有12物種為冬季台灣暖水團指標物種；1物種為冬季混合水團指標物種；2物種為冬季河口水指標物種。本研究指出東海橈足類群集結構分佈與水團相對應，並探究出各水團的指標物種。
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分析國家實驗研究院臺灣海洋科技研究中心之高頻測流雷達系統於2013年11月至2014年2月期間的觀測資料，研究臺灣西南海域冬天期間表面流場的變化。研究結果發現表面流場有一些的短期變化，其中值得注意的是2013年11月期間，澎湖群島南方附近進入週期十數天的逆鐘向旋轉流場，以及在2014年1至2月於高雄及安平外海形成週期十數天的順鐘向旋轉流場。 利用實向量經驗正交函數(Real-vector Empirical Orthogonal Function, REOF)分析測流雷達的觀測資料，可得到三個主要模態，其總變異量約為臺灣西南海域變異量之74 %；Mode1呈現高雄及安平外海為順鐘向流場結構且與呂宋海峽西側海面高度變化有關；Mode2呈現臺灣西南海域為南北向海流進出澎湖水道的流場結構；而Mode3則是呈現澎湖群島南方附近海域東北-西南走向的流場結構，並與此區域東北風變化有關。 此外，Mode2與Mode3相互結合，可得到臺灣西南海域有傳播模態(Propagating mode)現象發生。主要傳播模態現象為在澎湖群島與高雄及安平外海之間，持續週期約10-15天，間歇性的產生順鐘向或逆鐘向旋轉流場，而其傳遞方向由Mode2與Mode3之相位軌跡判斷。如果相位軌跡為順鐘向，代表東北風增強期間會弱化觀測區內的北上海流，致使澎湖群島南方附近產生逆鐘向的旋轉流場，並往高雄及安平外海傳遞。當相位軌跡為逆鐘向，代表東北風減弱使臺灣西南海域南方與澎湖群島南方海域的海流分別呈現往南與東北向之流場結構，使高雄及安平外海產生順鐘向旋轉流場，並往澎湖群島南方海域傳遞。
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本研究自2013年12月至2014年11月，於宜蘭東澳灣、南方澳魚市場及台東成功新港收集沿岸定置網、扒網、曳繩釣及延繩釣漁船所捕獲之齒鰆(Sarda orientalis)，採取其生殖腺，並記錄體長、體重、生殖腺重及性別等資料，總計採得323尾(雄魚175尾; 雌魚148尾)齒鰆樣本，樣本尾叉長範圍30.8 ~ 80.2 cm，體重介於0.42 ~ 7.69 kg。利用變積分析(ANCOVA)檢定雌雄間體長體重關係式，結果顯示沒有顯著差異(p > 0.05)，因此將雌雄資料合併分析得到RW = 2.13×10-2 FL2.90 (r² = 0.92; n = 320)。總性比（雌魚尾數/雌雄總尾數）為0.46，經卡方檢定與雌雄比1 : 1沒有顯著差異，月別性比之間也沒有顯著差異(χ2 = 11.56; p = 0.31)，體長別性比的檢定結果顯示有顯著差異(χ2 = 43.4; p < 0.05)，尾叉長60 cm以上之雌魚所占的比例有隨著體長逐漸增加的趨勢。本研究根據生殖腺指數、平均卵徑與生殖腺成熟階段的月變化分析，推斷台灣東部海域齒鰆之生殖季節為每年的1到6月，以3到5月為高峰期。另外，組織切片觀察的結果顯示，齒鰆屬於分批產卵的魚種(batch spawner)，卵細胞的發育過程不同步(asynchronous)，且沒有明確的年孕卵數(indeterminate fecundity)。齒鰆50 % 成熟體長(L50)的估計結果，雌魚為尾叉長47.8，雄魚為43.8 cm; 最小性成熟體長的結果，雌魚為尾叉長44.9 cm，雄魚為尾叉長43 cm。以產卵後濾泡法估算生殖季節間有生殖活動(reproductive activity)的雌魚之產卵比例(spawning fraction)為0.43，換算產卵頻率(spawning frequency)為平均2.3天排卵一次; 雄魚藉由計算生殖季節間完熟期個體所佔之比例(0.51)，為平均2天會排精一次。以水卵法估計雌魚之單次孕卵數，結果為11.4至77.9萬顆卵粒，每公克雌魚體重所含的卵粒數介在63.2到115.3顆之間。綜合上述結果，本研究推論台灣東部海域為齒鰆的產卵海域之一，研究結果可用於系群資源評估模式之參數的基本輸入，為漁業管理提供適當且有信服力的科學參考依據。