115 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

海洋斜溫層（thermocline）是水體中溫度隨深度增加而快速下降的水層，上下分隔表層暖水與深層冷水。斜溫層常伴隨密度快速增加，形成穩定的密度分層，抑制表層與深層間的垂直混合。

其形成與太陽輻射及海水分層有關：日照加熱表層，使上層水溫較高；風浪與對流將熱量混合於表層，而深層水受日照影響小、溫度低。若表層穩定分層，垂直混合減弱，表層暖水與深層冷水的溫差便可維持，形成明顯斜溫層。

解題方法：從營養鹽與光照分析

基礎生產力主要受兩項條件共同限制：光照是否足以進行光合作用，以及營養鹽是否能供浮游植物利用。斜溫層強弱會影響垂直混合，因而同時改變表層的營養鹽補給與浮游植物所處的光照環境。

• **斜溫層強、分層穩定時：**上下層交換受阻，深層富含硝酸鹽、磷酸鹽等營養鹽較難進入表層真光層；表層雖有充足光照，仍可能受營養鹽限制，生產力下降。
• **斜溫層弱、垂直混合較強時：**深層營養鹽較容易補給表層，有利於生產力；但若混合過強，浮游植物會被帶至較深、光照不足的水層，或使其停留在真光層的時間縮短，光照限制便會抵銷營養鹽增加的效益。

因此，生產力不是單由斜溫層強弱決定，而是取決於營養鹽補給與光照條件的平衡。

各緯度海域的季節性比較

核心觀念

本題分成兩部分：先說明深海平原與深海丘陵的地貌特徵及成因，再比較以聲波、光波、微波測深的原理和限制。海底地形測量常用聲納直接量測水深；光學雷射僅適用於較淺且透明的水域；衛星微波測高則主要透過海面重力起伏間接推估海底地形。

解題方法

一、深海平原與深海丘陵

**深海平原（abyssal plain）**是大洋深處廣闊、坡度極小的平坦海底，常位於大陸坡與洋中脊或海溝之間，典型水深約為 $3{,}000$ 至 $6{,}000$ 公尺。其基底是洋殼，表面覆蓋厚度不一的深海沉積物，來源包括陸源細粒沉積物、遠洋沉積物，以及由濁流搬運的沉積物。沉積物逐漸填平原有起伏，是形成平坦地貌的重要原因。

**深海丘陵（abyssal hills）**是深海洋底常見的低矮、連續或成列的丘狀起伏，常與洋中脊平行分布。其主要成因是洋中脊擴張時形成的洋殼起伏與斷層構造；洋殼離開洋中脊後逐漸冷卻、下沉，丘陵則會隨深海沉積物覆蓋而逐漸變得不明顯。深海丘陵廣布於洋底，是地球表面常見的海底地形之一。

兩者的關係是：深海丘陵代表洋底原有的構造起伏，沉積物持續堆積並填平低地後，較平坦的區域便形成深海平原。

二、海底地形的測量方法

（一）聲波：回聲測深與聲納

船載單音束測深儀向海底發射聲脈衝，接收海床反射回波。若往返時間為 $\Delta t$、海水中的聲速為 $c$，則水深 $D$ 為：

除以 $2$ 是因為聲波走過「船到海床」及「海床返回船」的路程。實際測量須校正聲速剖面、儀器吃水、潮位及船體姿態等因素。

多音束測深儀以扇形波束同時量測船底兩側多個位置，可取得較寬的海床水深帶，適合製作高解析度水深圖。側掃聲納則接收海床反射聲訊，擅長呈現海底物體與表面紋理；若要得到水深，通常須搭配測深儀或其他定位、測深資料。

核心觀念

本題考查的是波浪能量、沿岸漂砂與海岸地形的季節性變化。冬季東北季風風浪較持續，主要影響臺灣西部海岸的沿岸輸砂；夏季颱風湧浪則屬短時間、高能量事件，容易造成海灘與沙洲快速侵蝕。

「湧浪」是離開生成區後仍向外傳播的波浪，週期通常較長，能量可傳至近岸。波浪進入淺水區後發生折射、變形與碎波，並以波浪拍擊及沿岸流搬運泥砂。沿岸漂砂方向取決於波浪入射角；北段至中段海岸冬季常見由北向南的沿岸輸砂，但各岸段仍受海岸走向、潮流、河川供砂及工程設施影響。

解題方法

依「冬季常態作用—夏季極端作用—長期淨效應」分別說明：

1. **冬季季風風浪：持續搬砂，改變沿岸砂量分布。**東北季風生成的風浪反覆作用於西部海岸，產生沿岸流與漂砂。北段至中段常見泥砂向南輸送，使部分岸段堆積、下游岸段砂源減少而較易侵蝕。季風浪也會造成季節性的海灘沖淤變化；冬季不等於全線侵蝕，部分區域可出現堆積或海灘回復。

2. **夏季颱風湧浪：短時間造成強烈侵蝕。**颱風波浪波高大、能量強，配合暴潮與高水位，可使碎波帶向岸推進，沖刷海灘、沙丘及沙洲，並將砂搬至較外海處或沿岸輸送。

核心觀念

本題考查海水中的碳酸鹽系統如何緩衝溶入的二氧化碳，以及海洋酸化對珊瑚等造礁生物的影響。

海水吸收大氣中的二氧化碳後，二氧化碳會溶解並參與一連串可逆反應。海水中的碳酸氫根與碳酸根能和新增的氫離子作用，減緩海水 pH 的下降；但這種緩衝作用不會使海水完全免於酸化，且會消耗碳酸根，降低造礁生物形成碳酸鈣骨骼的條件。

解題方法：由溶解反應推導緩衝機制

先寫出二氧化碳進入海水後形成碳酸鹽系統的反應，再指出各步驟中氫離子如何產生，以及碳酸氫根、碳酸根如何與氫離子作用。

二氧化碳由大氣進入海水：

溶解的二氧化碳與水形成碳酸：

碳酸分步解離：

其中，海水中的溶解二氧化碳與碳酸合併稱為 $\mathrm{CO_2^*}$。新增二氧化碳使上述平衡向右移動，增加氫離子濃度，因此 pH 下降。海水酸化是指海水 pH 降低，並不表示一般海水已變成 pH 小於 7 的酸性溶液。

緩衝作用主要由下列反應呈現：

碳酸根與碳酸氫根會結合新增的氫離子，降低自由氫離子濃度上升的幅度，因而延緩 pH 下降。由反應式可知，緩衝的代價是碳酸根逐漸轉為碳酸氫根，海水中可供造礁生物利用的碳酸根減少。

核心觀念

本題考查海洋熱浪的操作性定義、形成機制，以及持續高溫如何由珊瑚個體層次擴大為礁區生態與群聚結構的變化。作答時應依「物理環境成因 → 珊瑚生理壓力 → 生態功能改變 → 群聚組成與礁體結構改變」的因果順序說明。

解題方法

先採用 Hobday 等人提出的通用定義，再將成因分為背景暖化、自然氣候變異及局地海氣與海洋過程。影響部分則依題目指定的三個層次作答：生理寫珊瑚及其共生藻的個體反應；生態寫存活、繁殖、疾病及生態交互作用；群聚結構寫物種組成、功能群及礁體立體結構的改變。

一、海洋熱浪的定義與可能成因

（一）定義

海洋熱浪（marine heatwave, MHW）是指特定海域的海水溫度，相對於當地季節性氣候基準，持續出現異常偏高的事件。常用的 Hobday 定義為：每日海表溫度超過當地季節變動的氣候態第 90 百分位門檻，並連續至少 5 日。氣候基準通常以一段多年資料建立；此定義重視相對於當地常態的異常，而非單一全球通用的絕對水溫。

（二）可能成因

1. 人為氣候變遷提高背景海溫：溫室氣體增加使海洋吸收並累積更多熱量，抬升海溫背景值，使高溫事件較容易越過當地的極端門檻，並增加其發生頻率、強度或持續時間。
2. 自然氣候模態與遙遠強迫：聖嬰－南方振盪（ENSO）等氣候模態可改變海氣環流、風場與海洋熱量分布，造成區域性海溫異常；其他大尺度氣候振盪亦會調節事件。
3. 海氣熱通量異常：晴空、日照增強、氣溫偏高、風速減弱等情況，會增加海洋吸熱或減少海洋向大氣散熱。
4. 海洋動力與混合改變：暖水平流輸入、冷水上升流減弱、垂直混合減少或混合層變淺，都可能使表層熱量累積，促成或延長海洋熱浪。
5. 多種因素疊加：單一事件通常由局地海洋過程直接形成，再受大尺度氣候變異調節；長期人為暖化則使其發生的背景條件更有利。

二、海洋熱浪對珊瑚礁的影響

（一）生理層次

1. 共生關係受熱壓力破壞：造礁珊瑚與共生藻（常稱蟲黃藻）對溫度變化敏感。高溫及強光壓力會干擾共生藻光合作用，使活性氧增加，造成珊瑚與共生藻細胞的氧化壓力。
2. 白化與能量來源減少：珊瑚排出共生藻或失去其色素後，組織與骨骼顏色變淡，形成白化。共生藻提供的光合產物減少，使珊瑚可用能量不足，影響生長、鈣化及組織維持。
3. 生殖與修復能力下降：能量不足及持續熱壓會降低繁殖、幼生發育、受精或補充能力，也會減慢受傷組織修復。若高溫持續或反覆發生，珊瑚可能由白化進一步衰弱、死亡。
4. 熱耐受存在個體與物種差異：不同珊瑚物種、共生藻型及生長環境的耐熱能力不一，因而造成白化與死亡程度不均。

（二）生態層次