111 高普考高考三級 海洋技術 海洋監測與技術 考古題詳解

核心觀念

本題測驗「海域環境影響評估（Marine EIA）」與「海洋生態長期監測（Marine Ecological Monitoring）」的實驗設計原理、生物指標應用及資料治理。

1. 海洋生態系統的時空變異性：海洋環境受潮汐、海流、季節風場（如台灣海峽季風轉變）、黑潮支流與大尺度氣候振盪（如聖嬰－南方振盪，ENSO）強烈驅動，具備高動態性與時滯效應（Time-lag effects）。
2. BACI 實驗設計模式（Before-After-Control-Impact）：生態監測統計學的核心架構，用以區隔「自然環境波動」與「人為工程衝擊」。
3. 生態指標（Ecological Indicators）：利用特異性、敏感性物種作為生態系健康或環境受擾動的早期預警工具。
4. 資料治理與開放科學（Open Science & FAIR 原則）：海洋生態資料具備高成本與公共財屬性，資料開放是驗證環評結論、累積國家海洋基礎時空資料庫的必要途徑。
5. 法規依據：以命題當年（民國 111 年）法規為準，本題涉及《環境影響評估法》第 18 條（追蹤監督機制）及《開發行為環境影響評估作業準則》海域生態調查相關規範。（現行法規已於民國 113 年制定公布《海洋保育法》，進一步強化海洋庇護區與海洋生態監測之法制化，但解題仍以命題當年架構為準）。

解題方法

本題為典型申論題，答題架構應以「生態統計學實驗設計」扣合「環評實務與法規要求」：

• 第 (一) 子題（10 分）：為全題核心，權重最高。應從「自然背景變異性（四季與年際）」、「人為衝擊之累積與滯後效應」、「動態基線建立」三個層次作答，點出短期調查無法辨識工程干擾與自然波動之盲點。
• 第 (二) 子題（5 分）：直接導入生態監測的黃金準則——BACI 模式。分別闡明「時間對照（衝擊前 vs. 衝擊後）」與「空間對照（受衝擊區 vs. 參考對照區）」之功能，論證兩者交會方能確立因果關係。
• 第 (三) 子題（5 分）：採「肯定回答（需要）」切入，闡明指標物種具備之成本效益與早期預警功能；隨後補充實務上限度（單一物種侷限性，需搭配指標群落或多樣性指數），展現高階考生的答題深度。
• 第 (四) 子題（5 分）：從「科學可重複性驗證（防範綠洗）」、「跨領域資料綜效（構建大尺度海洋基線）」及「公眾參與信任」三面向條列分析。

申論架構分析

• 第 (一) 題考點拆解：考生若僅回答「因為海洋變化很大」僅能得及格分數；必須寫出關鍵字「自然背景波動（Natural variability）」、「年際與氣候震盪週期」、「累積性衝擊（Cumulative impacts）」。
• 第 (二) 題考點拆解：評分關鍵在於能否精準寫出「BACI 設計」及「消除大尺度時空混雜因子（Confounding factors）」。
• 第 (三) 題考點拆解：忌回答「不需要」或僅寫定義。應闡明指標物種之選取條件（敏感性、生態關鍵地位、生活史特徵）及其監測代表性。
• 第 (四) 題考點拆解：應鏈結政府資料開放（Open Data）、國家海洋資料庫整合（如 NODASS）與利害關係人溝通機制。

解題技巧

1. 善用圖示化名詞與英文術語：申論作答適度置入專有名詞如「BACI Design」、「Baseline Data」、「Keystone Species」、「Time-lag Effect」，有助於閱卷老師快速抓取給分點。
2. 避免語意模糊：解釋「時間對照組」時，明確寫出「開發前（Before）之環境背景值」；解釋「空間對照組」時，明確定義為「未受工程影響、但棲地環境條件相近之參考區（Reference site）」。
3. 時間配比分配：第 (一) 子題占 10 分，版面需達全題篇幅的 $40\%$ 至 $50\%$；其餘各小題各占 5 分，以精準條列為主，切勿頭輕腳重。

【答案】

(一) 海域生態環境影響評估需要長期調查及監測之原因

海域生態系統具備高度開放性、三維立體流動性及動態異質性，短期（如單一航次或數月）的調查無法反映真實生態樣貌，長期調查與監測之必要性如下：

1. 排除自然背景變異（Natural Baseline Variability）： 海洋生物群落組成隨水文環境強烈波動，包含季節性消長（如東北季風與西南季風交替所引發的水團置換、海溫變化、湧升流強弱）及跨年際的氣候振盪（如聖嬰／反聖嬰現象、太平洋年代際振盪 PDO）。長期的基線調查方能建立可信的「自然波動區間」，避免將自然變異誤判為開發衝擊。
2. 偵測累積性與潛伏性影響（Cumulative and Latent Impacts）：

核心觀念

本題測驗「現代分子生物技術在海洋生態環境監測與資源調查之應用」，核心觀念如下：

1. 生命條碼（DNA Barcoding）的定義與原理：利用生物基因組中一段具備高度專一性、長度標準化（約 500～800 bp）的短 DNA 片段序列作為物種鑑定的標籤。其核心理論基礎在於該基因片段具備顯著的「條碼間隙」（Barcode Gap），即種內變異極小，而種間變異顯著。動物界最廣泛採用的標準基因片段為粒線體細胞色素 c 氧化酶次單元 I（Cytochrome c oxidase subunit I, 簡稱 COI 或 COX1）。
2. 海洋生態監測之分子鑑種評估：傳統海洋生態調查倚賴形態分類學（Morphological taxonomy），面對海洋生物的浮游幼體（魚卵、仔稚魚）、外觀極為相似的隱蔽種（Cryptic species）或殘破組織往往難以辨識。生命條碼突破了發育期與形態完整性的限制，但在參考資料庫覆蓋度、定量能力及近緣種雜交鑑別上仍具限制。

解題方法

本題為標準的觀念簡答與申論題（兩小題各占 5 分，共 10 分）。解題切入點及答題骨架如下：

1. 第(一)小題切入點（定義＋代表性基因）：

• 採「核心定義 $\rightarrow$ 關鍵生物分子機制 $\rightarrow$ 標準標靶基因」三層次破題。
• 必須明確寫出其比擬「商品國際條碼」的鑑種概念，並點出「種內差異小、種間差異大」的原理。
• 必須精確舉出動物（特別是海洋動物）鑑種最關鍵之標靶基因——粒線體 COI 基因，以展現海洋技術專業素養。

2. 第(二)小題切入點（優劣對稱表述）：

• 採「對比式架構」，分別列出 2～3 項具代表性的優點與缺點。
• 優點緊扣海洋監測之痛點：傳統形態學在魚卵／仔稚魚、浮游動物、隱蔽種鑑定的困難，以及現代高通量定序（微條碼/環境DNA, eDNA）之擴充潛力。
• 缺點緊扣分子技術之局限：國際資料庫（如 BOLD、GenBank）缺乏未描述物種、無法提供個體生理／生態成熟度／生物量等即時物理性資訊，以及引子偏好性（Primer bias）與偽陽性風險。

選項分析

本題為非選擇題（申論簡答題），無選擇題選項。針對評分要點與子題要求逐項剖析如下：

• 第(一)子題評析（5 分）：
• 滿分要件：需完整涵蓋「標準化短 DNA 序列鑑種」、「種內保守而種間具變異度（條碼間隙）」以及「標靶基因舉例（如粒線體 COI）」。
• 常見扣分缺失：僅泛稱「用 DNA 驗生物物種」，未提及標準化短片段或關鍵標靶基因，論述流於科普而缺乏專業技術深度。
• 第(二)子題評析（5 分）：
• 滿分要件：優缺點兼顧，且須緊扣「海洋生態監測」的實務場景（例如：海洋浮游幼生期形態特徵不明顯、海水樣本核酸降解與資料庫建置等）。
• 常見扣分缺失：僅列出分子生物學一般性優缺點（如成本高、速度快），未結合海洋生物習性、生活史階段或海洋採樣環境之特性，失去「海洋監測與技術」考科之專業著眼點。

解題技巧

1. 名詞英中對照：答題時適度附上專有名詞的標準英文縮寫（如 COI、eDNA、BOLD），可大幅提升答案的權威感與辨識度。
2. 條列式分項作答：嚴格區分「優點」與「缺點」，各列 2～3 點並標上主旨句，方便閱卷委員迅速掌握關鍵字與配分點。

核心觀念

本題考查大型海岸工程（火力／核能電廠）於環境影響評估（EIA）中之「海域環境與生態衝擊評估」及「海洋監測技術與採樣標準方法」。

• 法規依據（以命題當年民國 111 年法規為準）：依據《環境影響評估法》、《開發行為環境影響評估作業準則》以及《海域環境分類及海洋環境品質標準》，開發單位須於施工前、施工中及營運期（施工後）執行系統性之海域環境調查與追蹤監測。
• 電廠主要衝擊機制：

1. 物理性擾動：浚挖造成懸浮固體（SS）上升、底質破壞、水下噪音阻隔生物通道。
2. 熱污染（溫排水）：冷卻水排入海域造成排溫升高、溶氧降低，產生熱衝擊（Thermal Shock）。
3. 機械與水力損耗：大量冷卻水汲入造成成魚「撞擊（Impingement）」於防污網，以及魚卵與仔稚魚被「夾帶（Entrainment）」穿過熱交換管線致死。
4. 化學毒性：加氯消泡與抑垢產生之殘餘活性氯（Residual Chlorine）對幼生生物的急毒性。

• 生物監測分析：涵蓋基礎生產者（浮游植物）、初級與次級消費者（浮游動物、仔稚魚、底棲生物）及漁業資源（成魚），透過定量採樣器具配合顯微鏡檢、生質估算與群聚生態指數評估其群落結構變化。

解題方法

本題為標準的公職申論題型，作答應採「三階段結構化」切入，緊扣題目三項核心子問：

1. 衝擊面：分為「海域生態」與「漁業資源」，並依「施工階段」與「營運階段（冷卻水系統、溫排水）」分項剖析機制。
2. 時序監測面：以工程生命週期分為「施工前（背景調查）」、「施工中（衝擊監測）」、「施工後／營運期（運轉追蹤）」，橫向整合物理水文、水質化學、底質沉積物與生物生態項目。
3. 方法技術面：依生物生態位階（浮游植物、浮游動物、魚卵與仔稚魚、底棲生物、成魚與漁業資源），逐一列出標準採樣網具／設備、固定保存劑、實驗室鏡檢分析與生物多樣性指數計算。

選項分析

本題為高普考申論題型，無選項。答題重點在於分點清晰、術語精準（如區分夾帶與撞擊、標明網具目大及採泥器規格），不可含糊籠統以「做生物調查」帶過。

解題技巧

1. 名詞辨析切勿混淆：

• 夾帶（Entrainment）：指個體小於攔污柵網孔（如魚卵、仔稚魚、小型浮游生物），被吸入冷卻管路承受機械剪力、壓差與溫升而死亡。
• 撞擊（Impingement）：指個體大於攔污柵網孔（如成魚、甲殼類），被吸水孔流速壓迫貼死在攔污網上。

2. 監測頻率陷阱：施工前背景調查依規定至少須進行「連續四季（一年）」以上，以涵蓋東北季風與西南季風之季節變異；營運期監測重點在於「溫排水擴散範圍與餘氯衰減」。
3. 生態指數必備公式：在分析方法中帶入香農多樣性指數（Shannon-Wiener Index, $H'$）可強化專業度： $H' = -\sum_{i=1}^{S} P_i \ln P_i$

【答案】

一、電廠對海域生態與漁業之影響

1. 施工階段影響

• 底質擾動與懸浮物增加：取排水管埋設、沉箱吊裝、海堤興建及航道浚挖，會大幅提升海水懸浮固體物（SS），降低透光度，抑制浮游植物光合作用，並造成沉積物沉降覆蓋底棲生物（如珊瑚、貝類），導致其呼吸與濾食器官受阻而窒息死亡。
• 物理棲地破壞：開挖與填海工程直接摧毀潮間帶及潮下帶硬底或沙泥底質棲地，造成附著生物與造礁生物永久性喪失。
• 噪音與震動驅趕效益：打樁與施工船機運作產生水下噪音，干擾海洋哺乳動物、洄游魚類之感官與通訊，迫使魚群逃離工區，導致局部漁場作業面積縮減。

2. 營運階段（機組運轉）影響

• 溫排水熱衝擊：電廠蒸氣冷凝排出之溫排水，使排出口鄰近海域水溫升高 $3 \sim 7^\circ\text{C}$，導致海水溶氧量（DO）飽和度下降；引起熱敏感性魚類逃逸、珊瑚白化，甚至引發幼魚骨骼病變發育異常（如秘雕魚現象）。
• 冷卻水汲水之夾帶與撞擊：
• 撞擊（Impingement）：游動能力較弱之成魚與頭足類因進水口高吸水流速，被吸附撞擊於進水攔污網（Trash racks）致死。
• 夾帶（Entrainment）：魚卵、仔稚魚與浮游生物穿過格網進入熱交換管路，歷經壓差巨變、劇烈機械剪力及驟升溫度衝擊，死亡率高達 $60\% \sim 90\%$，直接重創海域漁業資源的補充群（Recruitment）。
• 防污化學藥劑毒性：為防範取水管路內藤壺、牡蠣等污損生物著生，常添加次氯酸鈉（加氯消毒），排出的殘餘活性氯（TRC）及其副產物（如三鹵甲烷）對海洋浮游幼蟲具細胞毒性。
• 漁業活動受限：電廠進出水口周遭依法劃設禁航與禁漁安全水域，壓縮刺網、一支釣等沿岸漁民之作業漁場。

二、施工前、中、後之海域監測項目

依據《開發行為環境影響評估作業準則》（以命題當年民國 111 年法規為準），各階段監測項目規劃如下：

核心觀念

本題評量物理海洋學與海洋監測技術中對於「強流與大尺度洋流（西方邊界流，如黑潮）」流速、流向的觀測儀器原理與實務應用。核心觀念包含：

1. 觀測視角分野：

• 歐拉法（Eulerian Approach）：在固定空間位置觀測流體隨時間變化的流速（如固定錨碇流速儀、岸基高頻雷達、船載測流）。
• 拉格朗日法（Lagrangian Approach）：隨流體質點一同漂移並記錄其運動軌跡（如表面漂流浮標、剖面中性浮力漂標）。

2. 物理量測原理與支配定律：

• 聲學都卜勒效應（Acoustic Doppler Effect）：利用水中顆粒散射聲波造成的頻移推算流速。
• 布拉格共振散射（Bragg Scattering）與電磁都卜勒效應：高頻電磁波與海面短重力波之相互作用。
• 地轉平衡原理（Geostrophic Balance）：大尺度洋流中，柯氏力（Coriolis force）與水平氣壓梯度力（或海表面傾斜坡度）達成平衡。
• 質點運動學時空差分（Kinematics Differentiation）：利用人造衛星定位系統追蹤漂移質點的時間與空間座標差分。

解題方法

黑潮具備「流速強（達 $1.5\ \mathrm{m/s}$ 以上）」、「流幅寬（約 $100\ \mathrm{km}$）」、「垂直延伸深（數百公尺）」且位於「深海大洋」之特性。傳統近岸機械式轉子海流計（Rotor Current Meter）難以在大範圍強流海域進行全面監測。

答題應從原位垂直剖面觀測、岸基遠距連續監測、太空衛星廣域遙測及隨流漂移質點追蹤四個互補維度切入，列舉最具代表性的 4 種技術並推導其物理量測原理：

1. 都卜勒聲學剖面流速儀（Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP）
2. 岸基高頻海洋雷達（High-Frequency Ocean Radar, HF Radar）
3. 衛星高度計地轉流反演法（Satellite Altimetry）
4. 衛星追蹤表面漂流浮標（Satellite-tracked Surface Drifter）

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無個別選項正誤之劃分。針對所列舉之 4 種黑潮主流監測技術，其技術特性、觀測維度及互補性比較如下：

解題技巧

1. 配分結構掌控：本題總分 20 分，列舉 4 種方法，評分標準通常為「每種方法各 5 分（儀器名稱 1 分、物理原理與公式推導 4 分）」。答題時務必獨立列點，結構對齊。
2. 避免空洞名詞：敘述量測原理切忌只寫「利用超音波反射」或「用衛星拍照」，必須寫出明確物理機制（如「都卜勒頻移」、「布拉格共振散射」、「地轉平衡關係式」）並輔以數學符號，才能取得高分。
3. 緊扣黑潮環境特徵：黑潮是寬 100 公里、水深逾千公尺的外海強流，若回答「旋槳式流速計涉水施測」或「浮標秒錶法」，會被閱卷委員視為缺乏海洋工程與物理海洋實務概念。

【答案】

測量臺灣東部黑潮流速之 4 種主要方法及其量測原理詳述如下：

一、 都卜勒聲學剖面流速儀（Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP）

1. 觀測方式與載台： 可安裝於海洋研究船船底（Shipboard / VM-ADCP）進行橫跨黑潮斷面的巡航量測，亦可以深海錨碇繫留系統（Moored ADCP）垂直朝上發射，連續監測特定水層。
2. 量測原理：

核心觀念

1. CTD 儀器本質與工作原理： CTD 為現代海洋物理調查與水文觀測中最核心的剖面測量儀器。其縮寫代表三大核心物理量：

• C：導電度（Conductivity）
• T：溫度（Temperature）
• D：深度（Depth，實質上直接量測的是壓力 Pressure）

在物理海洋學中，海水鹽度（Salinity）並非直接以單一感測器「測得」，而是透過高精度的電導度感測器測量海水電導度，並結合熱敏電阻量測之溫度與壓力感測器數值，經由國際海水狀態方程式（如實用鹽標 PSS-78 或熱力學海水方程式 TEOS-10）計算推導而得。深度亦是由壓阻式或石英共振式壓力感測器所量測的水壓（$P$），透過靜力平衡方程式與重力隨緯度變化之公式轉換而來： $P = \int_{0}^{z} \rho(z) g(\phi, z) \, dz$

2. CTD 擴充架構與水文多參數整合： 在國家級研究船（如新海研 1 號、2 號、3 號及勵進研究船）上，CTD 通常與採水輪盤（Rosette/Carousel Sampler）整合為一體（CTD Rosette System）。除了本體配備的溫度計、電導度計與壓力計外，儀器框架（Cage）皆預留類比/數位擴充介面，可掛載多種輔助感測器（Auxiliary Sensors），同步採集物理、化學與生物水文參數。

解題方法

本題為標準的海洋觀測儀器申論題，配分為 15 分。答題架構應分為兩大區塊，採取「先精準名詞定義、後系統化列舉」之切入策略：

1. 第一部分：CTD 英文全名（約 5 分）

• 務必寫出精確的英文全名：Conductivity, Temperature, Depth（或 Conductivity-Temperature-Depth Profiler）。
• 簡要點出雖然名為「Depth」，但感測器物理量本質是測量「水壓（Pressure）」，再換算為深度。

2. 第二部分：3 種額外水文參數列舉與原理說明（約 10 分，每項約 3～3.5 分）

• 不應僅單純寫出 3 個名詞，必須達到「國家考試高考」標準的申論深度：寫出參數名稱、搭載之感測器類型/量測原理，以及其在海洋水文或海洋環境監測上的意義。
• 參數選取可分為兩大途徑（建議以掛載感測器之水文化學/生物水文參數為主，亦可輔以熱力學推算參數）：
• 途徑 A（外掛感測器）：溶氧量（Dissolved Oxygen）、濁度/光散射值（Turbidity/OBS）、螢光度/葉綠素甲（Fluorescence/Chlorophyll-a）、水下透光率（Transmissivity）、水下光合有效輻射（PAR）。
• 途徑 B（推算之水文物理參數）：海水密度（Density / $\sigma_t$）、水中音速（Sound Velocity）。

選項分析（申論題答題盲點與評分規準分析）

本題為問答申論題，無固定選項。閱卷委員主要依據以下要點給分：

1. 英文全名給分重點：

• 寫出 Conductivity, Temperature, Depth 得滿分。
• 若將 Conductivity 誤寫為 Current（海流）或 Chemical，則該子項直接零分；若漏寫大小寫或拼錯單字（如 Conductance），會酌予扣分。

2. 額外參數列舉優劣對比：

• 高分作答：選擇「溶氧量（DO）」、「葉綠素甲螢光值（Fluorescence）」、「濁度（Turbidity）」或「海水密度（Density）」，並簡述其搭配之感測器（如電化學/光學溶氧感測器、螢光計、光學散射儀）及監測意義。
• 低分/失分作答：
• 列出「流速/流向」：CTD 本身非流速計，研究船測流通常使用 ADCP（聲學都卜勒流速剖面儀），除非特別指明掛載 LADCP（Lowered ADCP），否則直接寫「流速」容易被認定概念不清而扣分。

核心觀念

本題考潮汐的潮型、潮差及大小潮週期。潮差是一次高潮與低潮的水位差，可寫為：

若每天約有兩次高潮、兩次低潮，屬半日潮特徵；若相鄰高潮或低潮高度不同，則有日不等現象。日、月引潮力相互配合時，潮差會隨大小潮週期增減，約每半個朔望月交替一次。

解題方法

先看圖的橫軸日期與縱軸水位，再比較兩港的潮汐週期、每日高潮低潮次數、相鄰潮高是否相等，以及高潮至低潮的水位差。圖上水位以公分表示，呈現相對於圖示基準的高低；評述潮差時應比較同一潮次的高潮與低潮，不能只看曲線的平均位置。

高雄港潮位變化特性

圖 1.1 顯示高雄港在 5 月期間大致每日有兩次高潮與兩次低潮，具有半日潮特徵；相鄰潮位高低不完全相同，並有日不等。整月潮差相對較小，圖示高潮約在數十公分至近 80 公分，低潮多在零公分附近至負數十公分，常見潮差約數十公分至約 1 公尺。潮差並非固定，仍隨大小潮週期起伏，但整體變化幅度較臺中港小。

臺中港潮位變化特性