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中臺灣海峽近岸區沙波的遷移及演化

沙波為常見於淺水或近岸海域之海床形貌，因沉積物與海流相互作用下所形成，並會隨潮流遷移，進而可能對海事工程的安全與營運造成影響，故成為重要的研究議題。過去研究發現臺灣海峽因其地質環境與潮流作用，海域內有大範圍的沙波發育，但由於缺乏全面、重複性及高解析的調查資料，過去對於沙波的遷移與演化尚未能詳細瞭解。本研究透過高解析多音束水深及反射震測資料，結合區域海水面變化與近岸區的陸域岩心資料，分析與探討中臺灣海峽近岸區沙波之形貌、遷移的時空特性及發育過程。地形分析顯示區域內沙波之波長為35至295公尺，波高為0.6至8.2公尺，於兩年半間最大移動量達95公尺，最大高程變化達6.7公尺，且沙波變遷方式有垂直於波向遷移及沿著波向匯聚增高兩種方式。而根據5次地形資料的分析結果，在兩年半間沙波移動平均速率為每月0.76公尺，但於兩個月間卻為每月10.31公尺，且在小於400公尺之距離內可觀察到移動方向相反之沙波遷移模式，證明沙波遷移不僅具有往覆性，時空變化也具高度複雜性，呈現非線性變化模式。震測及層序地層分析結果顯示，研究區域之地層演化可分為四期。第一期(14ka前)：於末次冰盛期陸棚出露於地表形成侵蝕面；第二期(14ka-8ka)：海進時期隨海水面快速上升，研究區域轉變為河口及濱海環境，沉積物向上加積；第三期(8ka-4.5ka)：海水面上升減緩，進入高水位時期，由濱海轉變為淺海環境，海峽的物理海洋環境也趨於穩定，開始接收自陸源向海進積之沉積物；第四期(4.5ka至今)：穩定高水位時期，沉積物在潮流作用下於近岸地區形成許多沙波及沙脊，且在海床下2至15公尺深處，形成沙波基底面。本研究透過多重地球物理方法，分析臺灣海峽近岸區的沙波地形特徵、變遷方式並提出其地層環境之演化模式，希望對於後續海事工程發展能有所幫助，但結果也顯示沙波變遷呈現複雜地非線性變化，若能再配合更多次的觀測及收集小尺度的流場資料，相信將能對臺灣海峽的沙波特徵與變化有更進一步的瞭解。

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古菌脂膜脂質代用指標對沈積物中甲烷濃度的敏感性

溫室氣體排放會造成氣候變遷，甲烷為溫室氣體的一種。在地質時間尺度上天然氣水合物分解釋放出的甲烷對全球氣候有影響。欲了解氣候變化， Zhang et al. (2011) 建立用於追蹤過去是否含有天然氣水合物解離和現存甲烷的代用指標–Methane Index (MI) 。 MI 為基於沈積物Glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs) 相對分佈所建立，其 GDGTs 來源為古菌脂膜脂質化合物。海洋沈積物 GDGTs 主要由浮游性 Thaumarchaeota 提供，其相對分佈可做為海水溫度的代用指標，稱 TEX86 (TetraEther indeX of 86 carbon atoms)。而與甲烷相關的 Euryarchaeota 膜脂內含的 GDGTs 分佈不同於 Thaumarchaeota ，因此當 Euryarchaeota 大量存在於沈積物時會影響沈積物的 GDGTs 相對分佈從而影響 MI 。正常海洋沈積物 MI 值通常小於 0.3 ，當沈積物MI值大於 0.3 時，被認為是天然氣水合物影響環境的典型特徵。 MI 不僅用於偵測是否含有甲烷還作為控制 TEX86 的數據質量，但與甲烷濃度之間的關係尚未經過測試和量化。因此本研究選用來自熱液、冷泉、泥火山含不同甲烷濃度 (0 ~ 1650μM) 的沈積物對 MI 的可用性進行測試。結果表明海洋沈積物顯示正常海洋環境中典型 GDGTs 分佈其 MI 值小於 0.3 ，且不隨甲烷濃度 (0 ~ 400 μM) 變化；相反地，陸地泥火山甲烷範圍介於 150 ~ 1650 μM ，GDGTs 分佈特徵為 GDGT-0 ~ 2 相對較高， MI 值高於 0.7 。 進一步對比海洋與陸地沈積物的古菌群落，發現冷泉沈積物古菌 Thaumarchaeota 和 Euryarchaeota 相對含量約各半，但 GDGT-0 ~ 3 相對含量卻不比受甲烷影響區域高。另擇表層海洋沈積物進行 TEX86 計算，將重建溫度對比近數十年的海水溫度，發現重建溫度皆落在表水至水深 100 公尺的範圍內。由此表示此區域海洋沈積物中大部分的 GDGTs 皆來自浮游性 Thaumarchaeota ，而不受陸源或沈積物中嗜甲烷古菌 Euryarchaeota 製造的 GDGTs 影響。此發現與樣本的低Branched and Isoprenoid Tetraethers (BIT) 和 MI 值一致。由結果得出 MI 可以用於評估 TEX86 於海水溫度重建的可用性，但對於甲烷濃度的敏感度取決於沈積環境。

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以系集預測探討氣候變遷對南太平洋長鰭鮪分布之影響

南太平洋長鰭鮪為高度洄游性魚種，廣泛分佈於南太平洋南緯0° - 50°之間。氣候變遷所導致的海洋環境變異會顯著影響南太平洋長鰭鮪分布、密度及延繩釣漁業之利用度。本研究蒐集中西太平洋漁業委員會（Western and Central Pacific Fisheries Commission，WCPFC）及美洲熱帶鮪魚委員會（Inter-American Tropical Tuna Commission，IATTC）延繩釣漁業資料以泛加成模型探討南太平洋長鰭鮪之空間分佈和棲地偏好。此外，本研究考慮各種大氣－氣候系統模式及碳排放情境（RCP4.5和RCP8.5）之氣候變遷下環境條件以系集預測降低長鰭鮪未來分布預測（2020，2050及2080年）之不確定性。結果顯示海下100公尺溶氧量及海表面溫度對長鰭鮪潛在分佈之影響最為重要，長鰭鮪偏好海下100公尺溶氧量介於0.2 - 0.25 mmol L-1及海表面溫度介於13 - 22 °C之棲地。本研究顯示在兩種RCP情境下，未來南太平洋長鰭鮪偏好棲地範圍之北界可能會南移約5°緯度，而在南緯30°以南海域之長鰭鮪密度則會增加，且該變動在RCP8.5情境下更為明顯。此外，本研究預測2080年長鰭鮪密度於南太平洋大部分國家之經濟水域可能有減少現象，其中以新喀里多尼亞減少的程度最高；然而在紐西蘭及諾福克島經濟水域之長鰭鮪密度則會增加。這些發現可作為氣候變遷下鮪類漁業利用度及其養護管理措施評估之漁業管理意涵。

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東南亞水域對蝦科（甲殼亞門：軟甲綱：十足目）之分子親緣關係及多樣性研究

十足綱對蝦科包括大多數高經濟價值的海蝦種類，其成員分佈於世界各地，而物種多樣性最高的地區則集中在印度－西太平洋地區。儘管對蝦科具有經濟上的重要性，但由於分子與形態學研究提出的假設並不一致，因此其分類及親緣關係尚無確切的定論。在本研究中，藉由縝密的生物採樣 (特別針對東南亞物種)，旨在 (1) 利用整合性的分類學方法來探勘對蝦科在東南亞水域的物種多樣性；(2) 利用分子親緣關係樹來檢視對蝦科及其目前已知屬是否為單系群；(3) 在穩健的親緣關係下探討對蝦各類群的分化時間; (4) 解決在宗旨 (1) 發現的物種群的分類問題。為探勘其生物多樣性，一個包含371條COI基因序列的基因資料組 (231條在本研究獲得，140條自網路基因資料庫取得) 被編制，隨後使用兩種不同的工具 (ABGD和bPTP) 進行物種界定分析 (species delimitation analysis)。為重建其親緣關係，本研究利用多基因分子標記，包含線粒體基因COI和16S rRNA以及兩個核基因NaK和PEPCK的組合基因資料組 (樣本包括109個內群和6個外群)。物種定界分析結果顯示，在所檢視的71個形態物種中可能存在94個推定物種，這顯示該科的生物多樣性被低估。本研究發現以下的形態物種中可能存在新物種：Kishinouyepenaeopsis cornuta、K. incisa，Mierspenaeopsis sculptilis、M. hardwicki、Parapenaeopsis coromandelica 和草蝦 (Penaeus monodon)。根據研究結果，除了支持對蝦科為非單系群外，單肢蝦科 (Sicyoniidae) 位於糟對蝦系群 (Trachypenaeini)中；而對蝦屬 (Penaeus)、Mierspenaeopsis、仿對蝦屬 (Parapenaeopsis) 均為多系群。分化時間的估計發現，對蝦科的最近共同祖先可能在侏羅紀晚期出現於印度－西太平洋地區的中部。物種多樣化可能於白堊紀晚期至中新世中期爆發。在物種定界分析中檢測到幾種物種群 (species complex)，在此，隨著額外的樣本加入分析，包括所有發佈過的同義種，草蝦種群的分類問題得到了部分的解決。發現自亞齊的新物種在此論文中已描述，而其他兩種潛在物種仍有待描述。這項研究提供了對蝦科的系統分類學的新見解，並為進一步的分類學和演化學研究以及東南亞對蝦漁業管理提供了新的框架。

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單音束測深資料應用在海岸地形變遷的研究-以竹南海岸區域為例

在近岸區域淺水環境主要使用單音束測深進行水深調查，使用單音束資料做地形變遷調查，要充分了解測深的誤差量及其來源，首先必須進行誤差分析，了解誤差量的大小，適當的定義地形變化數值上限為多少，誤差量越小解析度越高，所能夠展示的地形變化量越精準，其中最需要分析的是各年次測量成果是否發生SETTLEMENT效應，所謂SETTLEMENT指的是在測量航行中，音鼓入水深度有長週期的改變，其因素包括頂浪、順浪的行進效應，船身重量的變化以及音鼓進入水中的數值裝置誤差等，造成地形變遷出現和測線方向平行的地形變化量，是不合理的，通常SETTLEMENT效應一致時，測深誤差並不會展現在平常誤差分析結果上，所以在不同年份(次)所進行的測深成果，必須透過剖面來做比較和分析，以消除所謂SETTLEMENT效應。我們依照72條測線各自相差的平均值調整2019年資料，參考誤差分析的成果，假設兩年資料地形變化量在±0.3M為沒有地形變化，繪製了地形變化圖，海岸地形在離岸區域地形穩定，除非遇到極端事件(颱風)，否則都不會有短周期的變化，長時間下也沒有明顯的淤積和侵蝕現象，近濱區地形隨著水流和沉積物供應量變動而產生地形變化，在特殊環境(港口堤防)之外，地形變化圖上交錯出現且平行海岸的侵蝕淤積帶，可能一個沙堤的移動、兩個沙堤移動或是沙堤消失變成平坦地形，需透過觀察資料剖面才能知道變化細節。

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利用海氣浮標探討西北太平洋上層海水溫度之日變化

海洋表層數公尺的溫度日變化對於海氣之間的水氣通量與熱通量變化有著重大的影響。本研究使用位於西北太平洋的兩組海氣象浮標進行為期5個月連續現場觀測，將其所得的海洋與大氣資料進行分析，觀測結果顯示海洋表層數公尺的溫度變化主要受控於每日的日照變化，也就是全日熱力潮(diurnal thermal tide, DTT)，由日照加熱所產生的日溫層平均可達5-10公尺深，並使1公尺深溫度(T_1m)平均升溫約0.4 °C，但是與熱通量形成約4小時相位差，彼此之間的相位差會受強風所造成的紊流混合而縮短。表層海洋的溫度觀測結果可被區分為(1)對流穩定狀態(~20 %)，表示充足日照(> 400 W m-2)且風速微弱(< 8 m s-1)的加熱階段；(2)對流不穩定狀態(~5 %)，為表層海水溫度翻轉事件，歸因於海洋被大氣冷卻或是有降雨發生；以及(3)均勻混合狀態(~75 %)發生在強風時期(> 10 m s-1)。同時我們將Himawari-8衛星遙測海表溫度與兩組海氣象浮標觀測T_1m進行比較，彼此之間分別有0.15 °C與-0.02 °C的差值，從衛星遙測顯示最主要的海表溫日變化(> 1 °C)發生在夏季期間的副熱帶高壓帶，而海氣象浮標位於副熱帶高壓帶的西邊界顯示與衛星相近的觀測結果。Price-Weller-Pinkel (PWP)一維混合模式所模擬的溫度剖面、日溫層深度以及日照與海溫的相位差均與浮標觀測結果相吻合。

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新武呂溪流域之硫酸鹽來源與微生物黃鐵礦氧化作用

河流傳輸的硫酸鹽是海水硫酸鹽重要來源，與全球硫循環有密切的關係。前人研究大多關注硫酸鹽來源、估算風化速率及調控氣候的機制，對於風化過程中是否有微生物作用的參與並未闡明。河川中的硫酸鹽的主要來源是硫化礦物氧化及硫酸鹽類礦物溶解等化學風化作用產物，也包含大氣沉降或人為活動所貢獻，其中硫化礦物氧化可能與微生物作用關係密切。卑南溪流域是台灣河川沉積物傳輸通量最高及高化學風化速率的流域，流域內以板岩和片岩為主，考量缺乏蒸發岩與有限的人為活動，過去的研究顯示其硫酸鹽的來源即可能為黃鐵礦風化而來，可做為探討硫氧化菌與黃鐵礦風化關聯性的良好題材，釐清化學風化過程微生物作用的角色。 本研究於 2017 年 5 月至 9 月間定期採取卑南溪上游新武呂溪流域河流懸浮沈積物，並對 7 月底發生的兩次颱風事件進行高頻率採樣，希望藉由地球化學和分子生物技術，探討此流域硫氧化菌群組成、豐度及與黃鐵礦風化之間的關聯性。綜合各種分析結果顯示大水事件前、中、後的河水離子濃度、同位素及分子生物結果皆有時序上的變化，推斷河水化學風化路徑並非恆定，且強降雨造成的水量變化對水化學及微生物影響力之甚。此外，針對Betaproteobactria與 Epsilonproteobacteria兩菌群之 soxB 基因數量與懸浮顆粒濃度、硫酸根、硝酸根都呈現弱相關性，代表微生物參與的硫氧化作用強弱無法直接連結現地環境相關水文化學資料的變化，顯然微生物與環境因子之間有著複雜的關聯性。針對Betaproteobactria菌群定序分析顯示，樣品中的硫氧化菌族群多樣性高，樣品間結構穩定且相似，以 Thiobacillaceae、Comanmonadaceae、Gallionellaceae菌科為主。新武呂溪流域偵測到硫氧化菌的存在，可證實區域內河水硫酸鹽的來源與微生物促進的黃鐵礦風化作用有密不可分的關係。