114 高普考高考三級 海洋行政 海洋學概論 考古題詳解

核心觀念

本題考查海水鹽度的定義，以及現代海洋調查如何以現場儀器測量並推算鹽度。作答時要分清「鹽度代表什麼」與「儀器實際量到什麼」：現代儀器通常不是直接量出海水中所有溶解鹽類的總質量，而是先量測海水的電導度，再依標準關係換算鹽度。

傳統上，海水鹽度是指每千克海水所含溶解鹽類的總克數，常以千分比（‰）表示。現代海洋學廣泛使用的實用鹽度標準，則依海水的電導度比定義；依實用鹽度標尺（PSS-78），實用鹽度是無因次量，通常以 $S_P$ 表示。

解題方法

第一小題先交代鹽度所表示的海水含鹽程度，並指出傳統質量定義；若要符合現代海洋測量慣例，再補充 PSS-78 以電導度比定義實用鹽度。

核心觀念

海底擴張理論由哈利・赫斯（Harry Hess）提出，主張海洋地殼在洋中脊形成，隨後向兩側移動，最後在海溝隱沒至地函。判斷此理論的證據，重點在於確認兩件事：洋中脊是新洋殼生成區，海底會由中脊向外移動；老洋殼則在海溝被回收。

解題方法與證據

本題是申論題，作答時可依「新洋殼生成、向兩側移動、老洋殼消失」的順序，列出地磁、海底年齡、沉積物厚度與板塊邊界活動等證據，並說明各自如何支持海底擴張。

1. 海底磁條帶的對稱分布 地球磁場曾多次倒轉，新形成的玄武岩冷卻時會記錄當時的磁極方向。洋中脊兩側海床呈現正、反磁極相間的條帶，且以洋中脊為軸大致對稱。這表示玄武岩在中脊附近形成後，向兩側移動，依序記錄不同時期的磁場倒轉。

2. 海洋地殼年齡由中脊向外增加 海底岩石定年顯示，洋中脊附近的地殼最年輕，離中脊越遠通常越老；兩側相近距離處的年齡大致相近。此分布符合新地殼在中脊生成、再向兩側擴張的預測。

3. 沉積物厚度由中脊向外增加 洋中脊附近海床年輕，累積沉積物的時間較短，因此沉積層較薄；遠離中脊的海床較老，沉積物有較長時間累積，厚度通常較大。此分布與海底年齡梯度相互印證。

核心觀念

本題考查「太平洋垃圾帶」所在海域的海洋環流與基礎生產力。基礎生產力主要指浮游植物利用光能，將二氧化碳和無機營養鹽轉化為有機物的速率；其高低受到光照、溫度、營養鹽供應及水體混合等因素影響。

垃圾帶位於北太平洋副熱帶環流的中央區域。此處即使沒有漂浮垃圾覆蓋，海域本身仍屬於典型的寡營養海區，基礎生產力偏低的主要原因是表層營養鹽不足。

解題方法

作答時應將「垃圾聚積」與「海域基礎生產力」分開分析：垃圾帶描述的是漂浮物在環流中的集中現象；題目問的是為何周遭海水的基礎生產力低，因此應從副熱帶環流造成的水體運動、垂直混合及營養鹽供應回答。

北太平洋副熱帶環流由盛行風與科氏力等共同形成。環流中央的表層海水呈輻合，容易形成向下的水體運動；加上暖水層穩定、垂直分層明顯，深層富含營養鹽的海水不易混合或上湧至表層。

核心觀念

本題考查黑潮大尺度蛇行、渦旋脫離、地轉平衡，以及暖心渦旋的海洋物理與生物地球化學特徵。

• 暖心渦旋（warm-core ring）是由黑潮主流中溫暖、鹽度較高的水體，在主流蛇行後被封閉脫離所形成的反氣旋式渦旋。
• 暖心渦旋中心具有較高海表面高度、較深的溫躍層及較低的營養鹽供應。
• 其長時間存在，主要依靠地轉平衡、密度結構與渦旋邊界所造成的水團隔離。

解題方法：暖心渦旋的形成過程

黑潮沿日本東岸向東流動，離岸後受地形、海底地形、背景環流及不穩定性影響，主流會產生蛇行。可用下列系列簡圖表示：

第一階段：黑潮主軸向北突出

北
↑

 黑潮主軸
────────╮
 │
 │ 溫暖水體
 ╰──────→
 東

黑潮主軸向北側突出時，會將溫暖的黑潮水帶離原本較平直的流路。

第二階段：蛇行加強，形成封閉環流

北
↑

 ╭──────╮
黑潮主軸 ────╯ ╰────→
 ↺
 溫暖黑潮水
 東

北側的暖水突出部分逐漸彎曲，主流兩側的流速與水位差造成封閉式環流。此時暖水區逐漸與黑潮主軸分離。

第三階段：暖水團完全脫離

北
↑

 ↺ 暖心渦旋

黑潮主軸 ───────────────→
 東

暖水團被封閉在黑潮主軸北側，形成獨立的反氣旋式暖心渦旋。脫離後，渦旋仍保有黑潮水的高溫、高鹽特性，並在海面上呈現一個相對封閉的暖水區。

（一）暖心渦旋的位置

暖心渦旋主要產生在黑潮主軸的北側。

黑潮向東流時，暖水向北突出並形成封閉環流，最後從主流北側脫離。相對地，冷心渦旋通常在黑潮主軸南側形成，因為南側較容易捲入較冷、較深層的親岸水。

（二）中心海表面高度與基礎生產率

1. 海表面高度：較高

暖心渦旋中心的海表面高度高於周圍海水，原因包括：

• 暖水的密度較低。相同質量的暖水具有較大的比體積，會造成海水柱熱膨脹。
• 暖心渦旋中心的等密度面、溫躍層向下凹陷，表示上層暖水厚度較大。
• 水柱中暖水增厚後，整體動力高度增加，使海面形成相對隆起。
• 隆起的海面與水平壓力梯度形成地轉流，配合北半球反氣旋式環流。

因此可概念性表示為：

暖心渦旋屬於反氣旋式渦旋；北半球反氣旋環流為順時針方向。

2. 基礎生產率：較低

暖心渦旋中心的基礎生產率通常低於周圍海水，主要原因如下：

核心觀念

本題考查慣性流的週期。慣性流是水體在科氏力作用下形成的圓周運動；題目假設沒有其他外力，因此科氏力恰好提供圓周運動所需的向心力。科氏力參數為

其中地球自轉角速度 $\Omega=7.292\times10^{-5}\ \mathrm{s^{-1}}$，$\theta$ 為緯度。

解題方法

依題意令向心力等於科氏力：

約去質量 $m$，並以圓周運動速度與週期的關係 $u=2\pi r/T$ 代入：

在 $30^\circ\mathrm{N}$，$\sin30^\circ=0.5$，所以

核心觀念

本題考「風應力—艾克曼輸送（Ekman transport）—沿岸湧升流」的關係。

臺灣位於北半球，海表面受風所產生的艾克曼輸送方向，約位於風向的右側 $90^\circ$。當艾克曼輸送將表層海水帶離岸邊時，深層冷水上升補充，形成沿岸湧升流。

圖中三個海灣的長軸均視為東西向，兩側岸線大致為南北向，因此有利於湧升流的風，主要是沿海灣長軸吹拂的南風或北風。

解題方法與作圖

判斷步驟如下：

1. 先判斷風向。
2. 在北半球將艾克曼輸送方向取為風向右側 $90^\circ$。
3. 判斷艾克曼輸送是否離開其中一側海岸。
4. 艾克曼輸送離岸的一側為湧升流；另一側表層水聚集，形成下降流。

A：海灣寬度 1000 公里

海灣很寬，可視為兩側海岸各自具有獨立的沿岸流場。

• 南風：風由南向北吹，艾克曼輸送向東。

• 東側海岸的離岸方向為向東，因此形成沿岸湧升流。

• 西側則為向岸輸送，形成下降流。

• 北風：風由北向南吹，艾克曼輸送向西。

• 西側海岸的離岸方向為向西，因此形成沿岸湧升流。

• 東側則形成下降流。

可用下列方式標示：

B：海灣寬度 100 公里

判斷原理與 A 相同：