108 高普考普通考試 漁業技術 航海學概要 考古題詳解

核心觀念

本題測驗考生對我國海軍大氣海洋局（NMOO）刊行之《海圖圖例》（中華民國海圖第一號，對應國際水道測量組織 IHO INT 1 標準）的解讀能力，為航海人員必備之海圖判讀基礎。其核心觀念涵蓋：

1. 海圖基準面（Chart Datum）：遵循「航行安全保守原則」，水深與高程依防範擱淺或防範碰撞之需求，選定不同之潮位基準面（深度採低潮面、淨空採高潮面、地貌採平均海面）。
2. 燈高（Elevation of Light）：助航標誌之光學發光焦點高度與地理可見距離（Geographic Range）之推算基準。
3. 沉船與障礙物符號（Wrecks and Obstructions）：區分水面航行具有危險性（$\le 20\text{ m}$）與不具危險性（$> 20\text{ m}$）之沉船圖例。

解題方法

本題為名詞解釋與海圖圖例綜合題，解題切入點在於明確指出「標準定義」、「參考基準潮位面」、「航海與漁撈實務安全意涵」，並精確依據命題當年（民國 108 年）海軍大氣海洋局發布之海圖規範作答。

（一）海圖基準面（Chart Datum）

海圖基準面為海圖上標示水深、乾出高、地貌高度與架空淨空高度之垂直起算基準面（零點面）。因潮汐每日漲落，海面高度不斷變化，故必須設定固定的基準面以利統一量測。

1. 深度基準面（Sounding Datum / Chart Datum for Depth）

• 定義：海圖上標註所有「水深（Soundings）」以及潮間帶「乾出高度（Drying Heights）」之垂直起算面。
• 基準選定：基於航行安全考量，深度基準面選定於極低之潮位面，通常採用略最低低潮面（Lowest Astronomical Tide, LAT）​或平均最低低潮面（Mean Lower Low Water, MLLW）。
• 航安意義：
• 航行時的實際水深公式為： $\text{實際水深} = \text{海圖水深} + \text{當前潮高}$
• 將深度基準面定於極低潮位，可確保在絕大多數天候與潮汐情況下，海面實際水深皆「大於或等於」海圖標示水深，將負潮高（實際水深低於海圖水深）發生的機率降至極低，防止船舶因海圖標示而發生坐底擱淺。

2. 高度基準面（Height / Elevation Datum）

• 定義：海圖上標示陸地山峰高程、島嶼高度、沿岸地形等高線、燈塔結構高度，以及橋樑、架空纜線之「淨空高度（Vertical Clearance）」的垂直起算面。
• 基準選定：
• 陸地物標與山峰高度：通常以平均海平面（Mean Sea Level, MSL）​為起算基準，以符合陸地一般測量與地形圖之高程慣例。
• 架空淨空高度（Clearance）：橋樑、架空電纜等下方淨空高度，基於防碰撞安全，採用高潮面作為基準，通常為平均高高潮面（Mean Higher High Water, MHHW）​或略最高高潮面（Highest Astronomical Tide, HAT）。
• 航安意義：
• 淨空高度以高潮位為起算面，代表海面最高時船舶所能通過的「最保守最小淨空」，確保船舶桅杆在任何潮汐下通過均不致觸碰架空障礙。

（二）燈高（Elevation of Light）

• 定義：指燈塔、燈標或燈樁之「發光中心（Focal Plane of the light，即燈器光源透鏡之中心點）」至高度基準面的垂直距離。
• 起算基準面：依我國海圖圖例規範，燈高以平均高潮面（Mean High Water, MHW）​或平均高高潮面（MHHW）​為起算基準。
• 航安與實務意義：

1. 有別於塔身高度：燈高指「發光焦點距高潮海面的高度」，而非燈塔建築物本身由基座至塔頂的結構高度（Structure Height）。

核心觀念

1. 出沒方位角（Amplitude, $A$）之定義： 天體中心位於天球地平（真地平，高度 $h = 0^\circ$ 或天頂距 $z = 90^\circ$）出沒時，自真東（$\mathrm{E}$）或真西（$\mathrm{W}$）沿地平圈向量測至天體垂直圈之地平弧距，其角度介於 $0^\circ \sim 90^\circ$ 之間。理論計算公式為： $\sin A = \sin d \sec L$ 其中 $d$ 為天體赤緯（Declination），$L$ 為觀測者緯度（Latitude）。美國航海曆航海用表（Bowditch, The American Practical Navigator）之第 27 表（Table 27）即依此公式編制，稱為「理論出沒方位角表」。

2. 理論出沒（Theoretical Sunrise/Sunset）與視出沒（Visible Sunrise/Sunset）之差異：

• 理論出沒：指天體之幾何幾何中心位於「真地平（天球地平）」之瞬間（$h = 0^\circ$）。
• 實際海上所見出沒（視出沒）：肉眼在船舶甲板上所見之日出、日沒。受下列三項主要光學與觀測條件影響：
• 蒙氣差（大氣折射，Atmospheric Refraction, $R$）：地平線附近光線受大氣折射向上彎曲，海平面處蒙氣差約為 $34'$。
• 太陽半徑（Semi-diameter, $SD$）：太陽視半徑約為 $16'$。
• 眼高差（地平俯角，Dip of Horizon, $D$）：觀測者視線高於海平面所產生的幾何下角，隨測者眼高（Height of Eye）增加而增大（約 $D \approx 1.76\sqrt{h_e \text{ (m)}}$ 角分）。
• 當太陽幾何中心恰在真地平（理論出沒）時，受折射與半徑影響（約 $34' + 16' = 50'$），太陽實際已被抬升至視海平（水天線）之上。

3. 出沒方位角命名法則與真方位（True Bearing, $Z_n$）換算：

• 前綴（Prefix）：日出取「$\mathrm{E}$」（東），日沒取「$\mathrm{W}$」（西）。
• 後綴（Suffix）：與太陽赤緯（$d$）之南北名稱相同（同名為 $\mathrm{N}$ 或 $\mathrm{S}$）。
• 換算為三位數真方位（$000^\circ \sim 360^\circ$）：
• 日出：$Z_n = 090^\circ - A$（若為 $\mathrm{E} \, A \, \mathrm{N}$）或 $Z_n = 090^\circ + A$（若為 $\mathrm{E} \, A \, \mathrm{S}$）。
• 日沒：$Z_n = 270^\circ + A$（若為 $\mathrm{W} \, A \, \mathrm{N}$）或 $Z_n = 270^\circ - A$（若為 $\mathrm{W} \, A \, \mathrm{S}$）。

解題方法

（一）海上實際所見太陽出、沒之情形

1. 實際海上所見之視日出與視日沒：

• 視日出（Visible Sunrise）：海上實測時，當太陽的「上緣（Upper Limb）」最初初露於視地平（水天線 / 海平面）之瞬間，即為一般視覺意義之日出；隨後整個日輪逐漸升起，直至下緣完全脫離海面。
• 視日沒（Visible Sunset）：當太陽「下緣（Lower Limb）」開始接觸海平面，日輪持續隱入海面之下，直至太陽的「上緣」完全沒入水天線之瞬間，即為視日沒。

2. 理論出沒在海上所呈現之實際景象：

• 航海用表第 27 表之計算基礎為天體幾何中心位於天球地平（高度 $h = 0^\circ$）。
• 由於蒙氣差抬升天體約 $34'$，加上太陽半徑約 $16'$，地平抬升總效應約為 $50'$（若計入船舶一般眼高差，總抬升量約達 $55'\sim 60'$）。
• 因此，當天體處於「理論出沒」時，觀測者在海上實際所見到的太陽並非切於水天線，而是其「下緣脫離海面，懸空約半個直徑至三分之二個直徑（約 $16'\sim 20'$ 之高）」。

3. 航海天文實務上之觀測應用：

• 航海人員利用出沒方位角校正羅經差（Compass Error）時，若直接使用第 27 表（Table 27）而不想進行額外修正，最佳觀測時機即為：在海上看到太陽下緣脫離水天線約半個太陽直徑時測量羅經方位。

核心觀念

本題旨在測驗航海學中「任意時刻潮高推算」之理論基礎與航海曆書查算技能：

1. 簡諧運動假設（Harmonic / Sinusoidal Motion）：海浪與潮位之起伏在半日潮或混合潮之單一漲落週期內，數學上通常假定為簡諧運動（即餘弦波或正弦波）。
2. 半正矢函數（Haversine Formula）： $\operatorname{hav}\theta = \frac{1 - \cos\theta}{2} = \sin^2\left(\frac{\theta}{2}\right)$ 利用相位角 $\theta$ 將漲落週期（半週期 $180^\circ$）線性映射至時間軸，用以快速求解任一指定時刻 $t$ 之連續潮高升降量。
3. 美國潮汐表（U.S. Tide Tables）體系：熟悉各附表之功能配置，特別是求取高低潮之間任一時刻潮高（Height of Tide at Any Time）所使用之內插輔助表。

解題方法

（一）各符號代表意義說明

本題給定公式為： $c = r \operatorname{hav}\theta, \quad \text{其中 } \theta = 180^\circ \times \frac{t - t_L}{t_H - t_L}$

各符號之物理與航海意義如下：

1. $c$（潮高修正量，Height Correction）： 指待求時刻 $t$ 相對於鄰近低潮面所增加之潮高修正值（單位通常為呎或公尺）。求得 $c$ 後，將其加至該次低潮高，即可求得待求時刻之潮高 $h_t$（即 $h_t = h_L + c$）。
2. $r$（潮差，Range of Tide）： 指相鄰連續高潮與低潮之潮高差值，即 $r = h_H - h_L$（$h_H$ 為高潮高，$h_L$ 為低潮高）。
3. $t$（待求時刻，Time of required height）： 指欲推算潮高之指定時間。
4. $t_L$（低潮時刻，Time of Low Water）： 指該漲潮歷程之起始低潮（或落潮歷程之結束低潮）發生之時間。
5. $t_H$（高潮時刻，Time of High Water）： 指該漲潮歷程之結束高潮（或落潮歷程之起始高潮）發生之時間。

補充推導關係： 式中分母 $(t_H - t_L)$ 為「漲潮歷時」（Duration of Rise）；分子 $(t - t_L)$ 為「自低潮起算經過之時間間隔」（Time elapsed from Low Water）。兩者比值乘上 $180^\circ$ 即為該瞬間所對應之簡諧震盪相位角 $\theta$。

（二）美國潮汐表之表數、結構與查法

1. 所屬表數： 美國潮汐表（U.S. Tide Tables，由國家海洋暨大氣總署 NOAA / 國家海洋局 NOS 發行）將此修正量之查算置於第三表（Table 3: Height of Tide at Any Time）。

2. 表格結構：

• 橫向欄位（Columns）與縱向列（Rows）：Table 3 採雙進引數表格設計，主要分為兩大查算區塊或表格軸線：
• 引數一（歷時）：漲潮或落潮持續時間（Duration of rise or fall），即 $|t_H - t_L|$，通常以 10 至 20 分鐘為間距列出。
• 引數二（時間差）：待求時刻距最近高潮或低潮之時間間隔（Time from nearest high water or low water）。
• 引數三（潮差）：高潮與低潮間之總潮差（Range of tide）。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「全球海上遇險及安全系統」（GMDSS）中現場尋獲（Locating）核心設備——搜救雷達詢答機（Search and Rescue Radar Transponder, SART）​之工作原理、法定規範與搜救功能的掌握程度。

• 法規依據：以命題當年（民國 108 年）法規為準，依國際海事組織（IMO）《海上人命安全公約》（SOLAS）第 III 章、第 IV 章，以及我國《船舶設備規則》相關規定，SART 為船舶必備之救生通訊設備（現行法規已增列 AIS-SART 作為同等效力之替代設備，但解題仍以雷達型 SART 核心功能為準）。
• 作動頻段：專門感應並回應航海雷達 X 頻段（X-Band, 9 GHz，波長約 3 cm） 之雷達脈衝，不感應 S 頻段（3 GHz, 10 cm）。
• 核心定義：SART 屬於被動待命、主動發射之應答式無線電設備，平時置於船橋或救生艇筏內，遇險棄船時由人員攜至救生艇筏上開啟。

解題方法

本題配分為 25 分，屬於標準的申論大題，切忌只用兩三行帶過。應採用「定義與作動機制 $\rightarrow$ 核心功能分項剖析 $\rightarrow$ 雷達影像判讀特徵 $\rightarrow$ 物理性能與規格要求」之結構進行系統化開展：

1. 破題界定：明確定義 SART 在 GMDSS 中擔任「終端現場尋獲導向（Homing）」的角色。
2. 條列核心功能：切入「目標方位距離指示」、「雷達螢幕專屬識別標誌」、「對遇險人員之雙向提示警報」等面向。
3. 闡明影像變換歷程：寫出搜救船雷達由遠至近（12 個光點 $\rightarrow$ 圓弧 $\rightarrow$ 同心圓）的變化機制，證明具備航海實務與儀表判讀能力。
4. 補強關鍵技術規格：說明架設高度、電池工作時間（96 小時待命 / 8 小時發射），體現答案的專業深度。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），評分時閱卷委員著重於下列三個核心維度的涵蓋完整性：

• 維度一：搜救雷達導向與定位（Homing & Positioning）
• 正確回答要點：說明 SART 被 9 GHz 雷達觸發後，發射連續 12 次掃描信號，在雷達螢幕（PPI）上沿方位線由內向外呈現 12 個等距光點，為搜救船（艇）或搜救直升機提供精準的搜尋方位與距離依據。
• 維度二：目標辨識與抗雜波功能（Target Identification）
• 正確回答要點：區別於一般無源雷達反射器（Radar Reflector），SART 具有主動編碼特徵，能從海面雜波（Sea Clutter）及雨雪雜波中脫穎而出，消除誤判風險。
• 維度三：現場狀況警示與通報（Survivor Alerting）
• 正確回答要點：SART 具備聲光回饋功能。當被外部雷達波觸發時，機身的聲響（Buzzer）與 LED 指示燈會同步動作，通知救生艇內遇險人員「搜救船已接近」，兼具現場心理支持與救援準備功能。

解題技巧

1. 關鍵數字記憶口訣：

• 頻率：$9\text{ GHz}$（$9.2 \sim 9.5\text{ GHz}$，X-Band）。
• 螢幕：$12$ 個光點（間距約 $0.6\text{ 浬}$，延伸涵蓋約 $8\text{ 浬}$）。
• 電池：待命 $96$ 小時、連續發射 $8$ 小時。
• 安裝：高出海平面至少 $1\text{ 公尺}$（距離可達約 $5 \sim 10\text{ 浬}$；航空搜救可達 $30 \sim 40\text{ 浬}$）。

2. 常見扣分陷阱：

• 頻段寫錯：誤寫成 3 GHz 或 S-Band（3 GHz 雷達無法觸發 SART）。
• 漏寫動態距離變化：只寫出「12 個點」，漏掉「極近距離（約 1 浬以內）轉變為圓弧甚至同心圓」的關鍵現象。