臺灣大學海洋研究所學位論文
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長鰭鮪, Thunnus alalunga (Bonaterre, 1788),是三大洋重要漁業資源，北大西洋長鰭鮪主要漁業國家包括西班牙、法國、日本與台灣，以表層漁具如竿釣、曳繩釣、中層拖網與刺網為主要漁法，其次為鮪延繩釣。本研究利用不同的資源評估方法，針對北大西洋長鰭鮪資源現況與漁獲壓力，提供資源保育與漁業管理之科學性建議。分別利用泛線性模式(generalized linear model, GLM)以及delta方法，北大西洋台灣鮪延繩釣長鰭鮪漁業資料予以標準化，結果顯示年與漁區效應為最重要標準化因子，且GLM分析結果較佳。所提供台灣鮪釣長鰭鮪標準化CPUE，可反映此資源變化趨勢。CPUE在1970年之前快速下降，1970年代至1980年代後期維持相對穩定度，之後呈現緩慢下降趨勢，2003年迄今(2011)的CPUE則略有上升。漁獲曲線分析估計北大西洋長鰭鮪全死亡率為0.60 yr-1。目前的漁獲死亡率(FCUR)為0.30 yr-1。單位加入生產量分析顯示最適初捕年齡為2歲。單位加入產卵親魚量分析顯示，FCUR接近限制參考點FSSB25％ (0.31 yr-1)，但高於目標參考點FSSB40 (0.20 yr-1)，建議漁獲努力量應減少33%。以非平衡生產量模式(ASPIC)評估北大西洋長鰭鮪資源現況，估計最大可持續生產量(maximum sustainable yield, MSY)為37,210公噸，目前相對生物量B2012/BMSY = 0.68，相對漁獲死亡率F2011/FMSY = 0.82，顯示此資源處於已過漁(overfished)，但無過漁中(overfishing)，投射分析結果建議總容許漁獲量(total allowable catch, TAC)應減少至20,000公噸，可使此資源在10年後回復至MSY水準。本研究評估結果建議，北大西洋長鰭鮪應進行漁獲量管制(output control)，並配合減少漁獲努力量(input control)，以永續利用此漁業資源。
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長江每年輸入大量無機營養鹽及有機物質進入東海海域，並造成其產生嚴重的優養化與缺氧情形。而近年來因氣候變遷而引發的洪水事件會進一步加強陸源物質對於臨近海域生態系統的影響。然而，關於優養化及其他陸源物質對於東海底棲生態系統之影響的相關研究卻很缺乏，且對洪水所帶來的潛在貢獻與風險之評估也仍鮮為探討。故本實驗首先欲探討東海底棲性魚類群聚結構與東海環境特性之相關性為何。此外，我們也透過分析魚類群聚組成與穩定性同位素組成，進一步討論提高的初級生產力是否能貢獻予底棲消費者，亦或會沉降造成嚴重缺氧而危害底棲生物。本研究發現，東海近岸的禁漁範圍，最容易產生底部低氧甚至是缺氧情形。夏季時，多數生物指標，如：生物多樣性、物種豐富度等，皆與表層營養鹽及葉綠素濃度呈現顯著負相關，而與底部溶氧濃度呈顯著正相關，顯示近岸區域的魚類群聚很可能受到優養化及缺氧的負面影響。且近岸測站多以小型的 六線長鯊蝦虎魚(Amblychaeturichtyhs hexanema)為最主要的優勢物種，反映了多數物種無法存活於該低氧環境。所以，原劃定為養護漁業資源的近岸禁魚區之效益，可能相當有限。穩定性碳、氮同位素分析則是顯示絕大部分的東海底棲消費者，皆仰賴海源性的初級生產力；相反地，鮮少利用陸源性有機物質。而近岸測站的魚類與甲殼類標本體內有較高的穩定性碳同位素值(δ13C)，反映其攝取了表層的藻華生物。 發生於2010年的長江洪水事件，會於東海近岸造成更加嚴重的缺氧情況，以致於魚類多樣性低迷。然而部分水深較深，且不易受到缺氧影響的區域，其魚類物種豐富度與長江輸水量呈現顯著正相關，此結果可能反映了長江洪水發生時，適度提高的初級生產力能間接地提高魚類的食物可利用性，因而貢獻到魚類的物種豐富度。故整體而言，長江淡水輸入所刺激的高初級生產力，僅能夠在無缺氧發生的環境下，對東海的底棲生態系統有所貢獻。
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臺灣是一個構造活動活躍、高降雨量，且為高侵蝕率、並具有山區小河川特性的環境，因而也輸出大量的陸源沈積物至周遭海域。本研究藉由多尺度的資料整合與分析工作，透過震測相分析、層序地層學分析、地形空間分析以及底質剖面回聲特徵的分類等方法，針對臺灣兩處地體架構背景不同的海域–西南海域的高屏棚、坡及東北海域的宜蘭陸棚和南沖繩海槽區域，探討在兩種不同構造的大陸邊緣環境下，沈積物的散布形式。本研究同時討論陸棚、陸坡在沈積物傳輸過程中所扮演的角色及可能的相關影響因子，並提出陸源沈積物輸出至深海的傳輸模式。 臺灣西南海域的高屏棚坡屬於聚合式的大陸邊緣，構造上為褶皺逆衝斷層帶並伴有泥貫入體發育。因為構造活動，該區域發育出數個斜坡盆地，這些在陸坡上所形成的構造性納積空間不僅會影響沈積物的散布方式，也會成為部分沈積物的最終儲存處。透過震測相分析以及盆地中震測反射層接觸關係的辨識，本研究探討斜坡盆地在構造前、同構造與構造後等不同盆地發育階段中，沈積物散布形式的變化，並藉由和陸上泥岩層的對比，認為高屏陸坡斜坡盆地之基底可能為古亭坑層。因為盆地內沈積物的沈積速率與盆地周遭構造高區的抬昇速率間的相對關係，會造成不同的基準面(base level)變化，進而影響陸坡形貌與斜坡盆地內的沈積物散布形式。本研究認為「充填與溢出」模式為高屏棚坡區基本的陸源沈積物散布方式，根據不同的陸坡納積空間型態與發育，沈積物會由近岸到遠洋方向，依序充填各個斜坡盆地。但在局部區域，因為受到海底峽谷發育以及盆地周遭的塊體崩落影響，個別盆地也會出現海底峽谷沖積填充，以及塊體運動所造成之沈積物散布特徵。 臺灣東北海域的宜蘭陸棚和沖繩海槽則為張裂式的大陸邊緣，研究區域中發育了許多正斷層構造並伴隨火山活動。海床底質回聲剖面的分析結果顯示宜蘭陸棚的淺層沈積構造狀況，同時也從中觀察到許多塊體運動的沈積特徵。透過陸上岩心資料與海域震測資料的層序分析，本研究探討宜蘭陸棚約兩萬年以來的沈積物散布形式，並估計沈積物收支。自末次冰盛期以來，宜蘭陸棚每年約沈積了160萬噸的沈積物，對比蘭陽溪的年輸出量與南沖繩海槽年沈積量，宜蘭陸棚大約承接10-20%自臺灣東北部輸出的沈積物。而其餘源自臺灣東北部的沈積物，則通過宜蘭陸棚進入南沖繩海槽，並至少貢獻約45%之南沖繩海槽年平均沈積量。震測相分析顯示，塊體運動沈積物廣泛地分布在外陸棚及其鄰近的海槽陸坡區域，因此推論塊體運動應是陸棚的沈積物再進一步傳輸至海槽的重要方式。活躍構造、陡峻陸坡，加上棚坡間的水道侵蝕以及潮流作用，則可能是導致塊體運動發生的原因。在南沖繩海槽深水區並未觀察到明顯、廣泛的塊體運動沈積物分布，其沈積特徵主要反應了區域性的構造活動。依照地層的震測相形貌與速度特性，本研究將地層分成四層層序，並分別將其對應至南沖繩海槽不同階段的弧後張裂活動。 本研究運用沈積物散布系統的觀點，對臺灣週邊大陸邊緣下陸棚與陸坡兩個不同的沈積物散布系統單元進行討論，並與世界上其他區域進行比較。海底峽谷是將陸源沈積物傳輸至深海的重要管道，但在陸坡區域，若因斜坡盆地的發育，產生出適當的沈積物納積空間，便會影響陸源沈積物的散布形貌，同時陸坡上的斜坡盆地也可成為部分陸源沈積物的最終儲存場所。而在坡度較陡的陸坡環境中，若無適當的納積空間發育，陸坡便不具有長久留置陸源沈積物的能力，特別是當沒有明顯的海底峽谷發育時，塊體運動成為陸棚與陸坡間重要的陸源沈積物傳輸方式。
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台灣海峽為連接南海與東海的重要通道，海峽流量及物質通量，像是營養鹽的輸送或熱量的交換等，決定了兩區域物質交換的方向與速率。冬季時因海況不佳，研究船之觀測資料難以逐日推估台灣海峽之海水傳輸量Q(Sv)，而傳統利用底置式錨錠陣列之量測方式，從以往至現在僅有2.5月的完整資料。藉由往返台灣及馬祖的台馬輪底部裝設船載ADCP，在橫跨台灣海峽都會收集當時當地的全深度流速資料也可以估算Q。本文嘗試使用高頻雷達測流儀所量測到的表層流場資料與風場資料來推估台灣海峽的日平均流量。該組高頻雷達測流儀是由台灣海洋科技研究中心(TORI)架設於台灣西北海岸。 經過驗證以及測試雷達測流儀的資料後，評估該資料的適用海域，並試著將風驅效應從雷達測表層流中去除掉，計算出正壓海流之大小以及地轉流的海水單位寬度傳輸量(Sv/m)。在台灣海峽東側接近雷達站的表層流場資料品質較佳，故只擷取120.854°E至121.335°E範圍的海流流量與sb-ADCP所量測到的流量做比較。 分別利用(A)相關係數分析以及(B)Matsuoka et al. (2003)的風速轉換風驅流的經驗係數(風驅流大小為風速的3.4%，方向則為風向順時針轉37度)，扣除2012年9月至12月的風驅流效應後所推估120.854°E至121.335°E範圍之流量q為(A)0.67 Sv、(B)0.78 Sv。同時段由台馬輪量測的q=0.64 Sv， 如果雷達資料可以涵蓋全台灣海峽，則q 等同於 Q。
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本研究分析佈放於彭佳嶼、草里、馬崗及南方澳溫壓測站資料，經過截斷頻率1/20 day-1的低通濾波處理後，發現於東北季風盛行期(10－4月)彭佳嶼測站會發生兩次異常增溫現象，草里、馬崗及南方澳則僅發生一次。配合衛星影像資料SST、SSTA、SSH、地轉流及SLA，與氣象測站之平均風速風向和平均氣溫資料，及浮標軌跡和CTD資料等來探討因不同的黑潮入侵現象而造成沿岸測站低頻水溫及水位變動的特性及可能的動力機制。 彭佳嶼每年東北季風盛行期發生的兩次低頻異常增溫現象，配合平均浮標軌跡及平均SLA結果推論可能對應是兩個不同類型之黑潮入侵現象，第一類現象發生期間通常為10－12月，黑潮表層流左側先向臺灣東北海岸靠近，入侵陸棚的區域位於彭佳嶼東北方，屬小規模入侵現象，原因為強勁持續的東北季風，引致海洋上層的艾克曼輸送使黑潮偏向西北方發生入侵陸棚的現象，僅彭佳嶼觀測到明顯的異常增溫現象，蘇澳站水位反應較彭佳嶼早。第二類現象發生在12－3月間，約由棉花峽谷及北棉花峽谷間上陸棚，屬大規模入侵現象，原因為北方冷空氣南移，陸棚水持續冷卻而下沉，另方面黑潮在宜蘭海脊南端混合層因東北季風造成的攪拌致厚度加大，使得黑潮流經宜蘭海脊後往北至沖繩海槽易發生渦管拉伸現象，由正相對渦度帶動表層海流逆時針轉而產生大規模入侵的現象，因入侵區域距彭佳嶼較近，而後黑潮表層暖水往沿岸擴大，彭佳嶼站水位較蘇澳站早反應，水溫反應順序為彭佳嶼、馬崗、草里及南方澳，其中馬崗及草里僅供參考，原因為可能受近岸水團、臺灣海峽水或大陸沿岸流的多種影響。
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在陸地上的斷層構造都會經過各種作用，包括建築工程、植被和自然大氣的雨水沖刷，使得斷層的線型構造無法被完整呈現，也因此，在陸地上追蹤每個斷層線的蹤跡是一個困難的工作。因此，依據每個活斷層外海海床之地物探勘結果，可以找出很多證據去認定斷層的活動與特性，近代很多調查研究也指出，我們可以利用多音束的水深資料明白分辨出陸地活斷層出海後其活動特性的狀態。 金山斷層和山腳斷層為台灣北部斷層系統中一條重要的斷層，但由於其斷層沿線經過大屯火山群，被大量的火山熔岩及火山碎屑岩所覆蓋，加上陸上風化作用的影響，無法顯著了解到斷層的特性及特徵，於是利用海上的地球物理探勘方法研究金山外海海床上的地形地貌特徵變得至關重要。 本論文研究使用多音束測深系統、側掃聲納地貌調查系統和淺層反射震測系統，以金山斷層為目標，利用多音束測深來得到高密度分佈的水深資料，去找出金山外海詳細的地形地貌特徵，並利用反射震測系統，藉此分析海床下的地層構造是否有活動的跡象，再加上近岸部分區域的側掃聲納資料，幫助我們將分析結果做一個佐證。 綜合上述各資料，及配合前人研究的分析，我們找到山腳正斷層在金山外海的延伸線，延伸長度約7.5公里，並在其尾端找到一匙狀斷層構造，證明山腳正斷層運動帶有右移向量。
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本研究利用穩定同位素分析探討臺灣東部海域旗魚類的食物階層動態，自2012年1月至2013年1月止於臺東縣新港魚市場採得黑皮旗魚(n = 216)、劍旗魚(n = 72)、白皮旗魚(n = 43)與紅肉旗魚(n = 14)肌肉樣本，並採獲2012年8月於帛琉海域作業所漁獲之黑皮旗魚(n =37)肌肉樣本。研究結果顯示，臺灣東部海域白皮旗魚與劍旗魚δ15N值最高，黑皮旗魚次之，紅肉旗魚δ15N值最低；白皮旗魚與黑皮旗魚δ13C值最高，劍旗魚與紅肉旗魚次之。δ15N值同時受到體型大小與攝食能力的影響，δ13C值的差異則顯示出不同旗魚覓食的餌料生物組成以及對碳元素不同的利用程度。本研究並收集環境餌料生物進行穩定同位素分析，結果顯示旗魚類與餌料生物δ15N值有0.71 ~ 3.03‰的差距，在一些旗魚魚體中δ15N值與餌料生物可以達到一個營養位階的差距，顯示採集之餌料生物為臺灣東部海域旗魚重要的餌料生物組成之一。黑皮旗魚δ15N值在不同季節間有顯著差異，秋季δ15N值最高，夏季次之，春季與冬季最低；δ13C值在不同季節間則沒有顯著差異，由於δ13C值受到基礎生產力的影響，臺灣東部海域基礎生產力於秋季最高，春季次之，但是黑皮旗魚δ13C值在不同季節間未具顯著差異，推測在黑皮旗魚移動的海域中含有不同海域的穩定同位素資料，長距離的移動將不同海域的情況混合記錄在肌肉組織內。本研究臺灣東部海域黑皮旗魚δ15N值有隨體長增加而上升的趨勢，但是關係並不顯著，帛琉海域黑皮旗魚δ15N值與體長則未有顯著關係，這種情況經常出現在大陸沿岸以及大洋洄游性魚類覓食的海域中，因為掠食者之間餌料生物的組成相差不大，因此顯現穩定同位素相似。在空間分布上帛琉海域黑皮旗魚δ15N值較臺灣東部海域黑皮旗魚要來得高，但δ13C值則未有顯著差異，顯示黑皮旗魚於不同海域可能覓食不同食物階層之餌料生物。
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聚羥基烷酸酯 (polyhydroxyalkanoates, PHAs)為一類聚酯，可由多種微生物合成。由於其生物可降解性、生物相容性及熱塑性等特性，可做為生物塑膠的材料，近年來相關的研究及應用吸引許多學者與產業的注意。聚羥基丁酸酯 (polyhydroxybutyrate, PHB)為一 PHAs，由3-羥基丁酸 (3-hydroxybutyrate, 3-HB)聚合而成，目前僅發現原核生物具有合成 PHB之能力。3-HB可被許多類群的細菌作為單一碳源供生長所需。本研究旨在篩選與探討能以 3-HB作為單一碳源的細菌，並進一步了解其是否可蓄積 PHB。樣本取自台灣東北角沿岸，經連續稀釋後接種至 glucose mineral medium (GM medium) 及 3-HB mineral medium (HBM medium) 中進行增菌培養，以最大可能計數法 (most- probable-number, MPN)估算可利用葡萄糖或 3-HB作為單一碳源的細菌豐度。GM medium中所測得之生菌數約介於 2.4×102至 1.3×104 cells/ml，HBM medium中所測得之生菌數約介於 3.3×102至 1.1×104 cells/ml。共得出 45株能以 3-HB作為單一碳源的分離株，皆為可運動的革蘭氏陰性菌，均屬好鹽性，生長溫度範圍在 4-45 ℃之間。經 16S rRNA基因定序並與已知菌株比對，多數歸類為 Pseudoalteromonas及 Alteromonas兩屬，其餘分屬Marinobacterium, Vibrio及 Ruegeria。經 Sudan Black B染色法檢測，Vibrio屬的 A3與 A23具有蓄積 PHB之能力。
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變形前緣是一種地質上的分界線，在台灣，它區分了兩種受到不同應力作用的地質區。變形前緣線以西的地區受到伸張應力的影響；而在變形前緣線以東的地區則是受到擠壓應力的作用。所謂的變形前緣，其定義為在台灣的造山帶中，屬於西部麓山帶的山腳線，即是一條造山運動中最西部的逆衝斷層線。在台灣造山運動組成的逆衝斷層構造帶中，由最高的山脈往西，出現數條南北向的逆衝斷層，這些斷層越往西部越年輕，斷層面傾角越小，活動力越高，斷層錯動所產生的災害也越大，因此西部麓山帶會有周期性的地震災害產生，了解活斷層的位置對於日後台灣因應地震災害方面會有重大的幫助。根據前人研究，台灣西南外海的構造分佈，將台南出海的構造線連接到自馬尼拉海溝向北延伸的變形前緣中，但在目前尚缺乏解析度較高的台灣西南地區近岸處的地球物理資料情況之下，對於結果還需要更嚴謹的討論。 在本研究中，我們想要對於前人所描述的台南外海變形前緣位置進行一次地球物理探勘來確認其位置。藉由高解析度的多音束測深系統我們可以初步得知此地區的地質構造分布，再利用3.5kHz震測剖面的資料來了解該地區的地下構造，辨識出兩側受不同應力影響所產生的構造上相異的表現。我們在研究區的西北方觀察到到了正斷層的序列，而在其東南方則是辨識出受到應力擠壓所產生的地層彎曲之現象，將此分界的點連結在一起，似乎不屬於前人所定義之變形前緣構造線的位置。
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本研究利用 2008 臺灣大地動力學國際合作計畫佈放於臺灣東部外海約一年期深海差壓計所記錄到的環境噪訊，以計算每日的噪聲交互相關函數 (Noise Cross-correlation Functions, NCF) 進行環境噪音法之分析。由環境噪聲求得之廣義格林函數的統計結果發現于測站間的訊號走時約有 2.9 秒的時變化，由頻譜得知其能量主要集中在 0.1 Hz 到 0.4 Hz 的微震 (Microseism) 頻段。為瞭解造成此時變化的機制，1. OASES (Ocean Acoustic and Seismic Exploration Synthesis) 數值模擬：發現所觀察到的訊號為行進於海水-彈性底床間的界面波，其傳播速度較不受到海水聲速影響；2. 由廣義格林函數的頻譜時間序列發現部分走時變化來自於訊號主導頻率隨時間改變，此乃為界面波的頻散現象：不同頻率的波傳在深度方向上對速度變化的敏感程度各有不同，使得各個頻率的波的傳遞速度不同；3. 噪訊源並非均勻散射場：當噪訊源分布受具方向性的海面波浪影響時，可能會造成與噪訊傳播介質無關的走時變化。根據 Wavewatch 所得的颱風浪場分佈，部分走時變化與海面波浪空間分佈相關。本研究亦希望能透過比較實際觀測結果與理論預測量，驗證是否能透過理論的方式修正於噪聲場具有方向性時對於 NCF 的影響，然而受限於實際噪訊場不易直接觀測，雖然理論修正的趨勢與實際觀測接近，但在修正量上仍有改進空間。