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問與答 - 海洋環境基礎科學- -

1. 一般海水何以多呈藍色？

答：因水分子對光的散射強度，短波長較長波長為強，故海水大多呈藍色。

2. 海水的溫度、鹽度、壓力對海水中聲音傳播速度之影響為何？

答：海水中聲音傳播速度隨海水溫度、鹽度、壓力的增加而增加。

3. 海洋中有所謂的「聲傳通道」(SOFAR channel)，請解釋此現象。

答：SOFAR是SOund Fixing And Ranging之縮寫。聲發聲道（SOFAR channel），海洋中因特殊的聲速分布所導致聲波傳播路徑的改變所形成之波導環境，可將聲波能量限制在固定的水層內而達到遠距離傳播的效果。

4. 何謂溫鹽圖(T-S diagram)？其用途為何？

答：將在海洋中不同地點不同深度所量測的溫度、鹽度繪圖，即為溫鹽圖。其用途可作為不同水團的判別。

5. 海洋學對海水密度常用簡化形式表示，為甚麼？

答：因海水密度的變化很小，為了方便，將密度減去1000，此即為海水密度的簡化型。

6. 試說明海洋中水溫的典型垂直分佈(可繪圖輔助說明)。

答：典型的海水溫度垂直分佈為上層為溫度均勻的混合層(mixed Layer)，其下為一溫度隨深度增加而快速降低的溫躍層(Thermocline)，然後溫度隨深度變化極小的深層(Deep Ocean)。

7. 何謂混合層(Mixed Layer)?

答：上層海水(從表面約到25~200m的深度)由於波浪的作用使海水混合均勻，水溫與海表面的水溫相近，這一層海水稱為混合層。其溫度與厚度會隨季節而改變，尤其是在中緯度海域最明顯。

8. 試略述影響海水密度變化的各種因素。

答：海水密度受海水的溫度、鹽度、壓力的影響。密度隨溫度的減小、鹽度的增加、及壓力的增加而變大。

9. 何謂正壓水層？何謂斜壓水層？

答：海水隨深度變化的等密度線與等壓力線平行，稱為正壓水層。若等密度線與等壓力線交叉，則為斜壓水層。

10. 地球自轉偏向力對於海流所發生的作用為何？

答：(1)使大洋的西側海流較東側為強；(2)會使海流與風吹的方向，在北半球往右偏、南半球往左偏。

11. 何謂溫鹽環流(Thermohaline circulation)?其特徵為何?

答：溫鹽環流是指海水因溫度或鹽度變化而改變密度，因而產生的海水運動。其特徵是，在表層海水因密度增大而下沈到中或底層，然後再往水平方向流動。

12. 試略述造成海洋溫鹽環流的原因?

答：由於表面海水的密度增加的原因，可能是直接受冷的結果，也可能是海水結冰排出的鹽分使未結冰的海水密度增加。

13. 試略述台灣附近之海流。

答：台灣的東側海域有黑潮自南往北流，台灣海峽夏季有南海暖流自南往北流，冬季則有大陸沿岸冷水自北往南流，而當東北季風減弱時則黑潮支流會流入台灣海峽沿澎湖水道北上。

14. 為何大洋環流的流速在大洋的西側較東側為強？

答：因地球自轉科氏力。

15. 何謂西邊強化(Western Intensification)海流，並舉二個最具代表性的海流名稱為例。

答：因地球自轉科氐力的作用，使大洋環流的西邊形成強而窄的海流，這現象稱為西邊強化。這現象在北太平洋有黑潮，而在北大西洋的西邊則有灣流。

16. 試略述北太平洋主環流的組成及每一海流之概況。

答：北太平洋環流係由北赤道流(North Equatorial Current)、黑潮(Kuroshio)、北太平洋流(North Pacific Current)及加利福尼亞流(California Current)構成，形成一順時針方向轉動之主要大環流系統。

17. 造成海流的因素有哪些？

答：風吹海面、海面傾斜、海水密度不均、海水補償作用。

18. 試述艾克曼螺旋(Ekman Spiral)的特性。

答：艾克曼螺旋(Ekman Spiral)是指風之吹送造成海水流動之方向依水深而異。就北半球而言，表層流向係在風向右方45度之方向，而水深越深，流向逐次向右偏，流速則以指數遞減。

19. 何謂湧升流(Upwelling)?

答：湧升流是指海水緩慢上升的現象，會將三、四百公尺深的次層海水帶到表層，使得該區浮游生物繁殖旺盛，魚群大量聚集。

20. 海流之突堤效應?

答：當流沿岸運動時，碰到了海堤等突出海中之結構物時，漂沙運動受到阻礙，因而在堤的向流面形成沙之堆積而在背流面則可能受到侵蝕，此為突堤效應。

21. 何謂:聖嬰現象－南方震盪(El Nino/Southern Octillion, ENSO)？

答：是指東赤道太平洋海面溫度異常升高，並伴隨著西太平洋副熱帶高壓及東南信風減弱的異常氣候狀況，此現象大多發生在年底，故稱為聖嬰現象。

22. 聖嬰現象對台灣大氣之影響?

答：當聖嬰發生時,西太平洋的溫水向東移，形成颱風之海域範圍也往東移了一些，因此，颱風侵台的機率降低了。但登陸台灣的颱風卻從較遠的海域累積了更多的能量，往往強度增加了，造成的災害也變大了。

23. 何謂頻散波(dispersion wave)？何謂非頻散波(non-dispersion wave)？

答：波速隨波的頻率而改變，稱為頻散波。波速不隨波的頻率而改變，而維持一定值，稱為非頻散波。

24. 風浪形成的主要因素為何？

答：風速強弱、吹風區範圍大小及持續吹風時間長短。

25. 風浪與湧浪(swell)有何不同？

答：因風之直接作用產生之浪稱之為風浪，當風浪離開起風區繼續前進時波長變長，波形也較規則即為湧浪。

26. 何謂波浪的週期(Period)、波長(Wave Length)？

答：兩相連波浪之波峰或波谷（或任一同相位點）通過某固定點所須之時間稱為週期，兩相連波峰或波谷之空間長度為波長。

27. 週期為十秒的深海波，其波長與波速各約多少？

答：波長：1.56x10²=156公尺。波速：1.56x10=15.6公尺/秒。

28. 海上之波浪最常見的週期大約多大？

答：約3至10秒。

29. 為什麼海邊的浪大多是幾乎以向岸垂直進來？

答：因為岸邊波速受水深控制，而使波浪產生折射，造成波浪轉往漸與岸垂直的方向前進。

30. 為何海岬(Cape)地區被海水侵蝕的速率較海灣(Bay)地區快?

答：波浪的折射，在海岬地區能量聚集，沖擊力大增，而在海灣處能量散發，沖擊力大減。

31. 瘋狗浪的成因?

答：瘋狗浪較常發生在三貂角或貓鼻頭等突出沿岸，因波浪之折射往往在突出沿岸處形成能量的輻聚而激起大波。

32. 氣象局預報之小浪、中浪、大浪與巨浪，其浪高多大？

答：約小浪1公尺、中浪2公尺、大浪3~5公尺、巨浪6公尺。

33. 何謂潮汐(Tide)？

答：因月球與太陽之引力造成地球表面水之水位有規則地上下振動。其不含因氣象因素所造成之水位變化。

34. 請說明漲潮、退潮、高潮和低潮等潮汐現象？

答：潮汐作用使水位升高的現象稱為漲潮(Flood)，使水位下降的現象稱為漲潮(Ebb)，潮汐水位達最高稱之為高潮或滿潮(High water)，潮汐水位達最低稱之為低潮乾潮(Low water)。

35. 何謂半日潮（semi-diurnal tide）、全日潮（diurnal tide）及混合潮（mixed tide）？

答：每天有兩次滿潮與乾潮為半日潮，每天有一次滿潮與乾潮為全日潮，而半日潮與全日潮混合出現的潮型稱混合潮。

36. 何謂大潮（spring tide）及小潮（neap tide）？

答：以半日潮為主之海域，在新月或滿月後一至三日，潮差最大即為大潮。而在上弦或下弦月時潮差最小即為小潮。

37. 何謂日潮不等（或週日不等，diurnal inequality）？

答：同一天內之兩個滿潮（或乾潮）水位不等高為日潮不等，大部份地區的潮汐都有此現象，台灣也不例外。

38. 何謂分潮？何謂潮汐調和分析法（Harmonic Analysis）？

答：潮汐水位可分解成有縣個不同週期及振幅波動，此每一特定週期之波動即為潮汐之分潮。潮汐調和分析法係利用水位觀測資料以確定分潮特性，其為潮汐預報之基礎。

39. 請說明在台灣西部海岸帶，潮差大小分佈的情形。

答：漲潮時，海水從太平洋經由台灣島的兩端流入台灣海峽，最後在台灣海峽的中部會合。因此，位處於台灣中部的彰化雲林一帶是台灣潮差最大的區域，其潮差可超過4公尺。而由中部地區往北和往南，潮差即迅速遞減。到了南部的高雄和北部的三芝一帶時，潮差便大約只有1公尺左右了。

40. 何謂暴潮（Storm Surge）？

答：暴潮係暴風來襲時風力增強及大氣壓力下降之情況所形成之水位上升。

41. 暴潮為何可怕？

答：暴潮主要是颱風引起之水位上升，一般增加之高度不會超過一公尺，但如果颱風經過時，風又向岸吹，可能使水位堆高達六、七公尺，如又遇上大潮之滿潮時段，沿海低窪地區之海水倒灌就難免了。

42. 何謂海嘯（Tsunami）？

答：海地地震或火山爆發後，有時會引起波長很長的長浪，稱之海嘯。海嘯波長往往100公里以上，波高卻不到1公尺，航行於海上的船隻，常沒感覺，但是一旦抵達海邊，海水堆高可達10公尺以上，破壞力極強。

43. 如何推算海嘯之傳送速度？

答：海嘯之傳送速度v與水深h有關，其關係為v=(gh)^1/2，其中g為重力加速度。因此海嘯在深海的傳播速度很快，以水深4000公尺而言，其速度約為每秒200公尺，相當於噴射機的速度。

44. 元素以哪幾種化學組成存在於海水？其濃度範圍為何？

答：(1)主要離子(Cl^─, Na⁺, Mg²⁺, SO₄^2─, Ca²⁺, K⁺)，濃度範圍mM；(2)次要離子(HCO₃^─, Br^─, Sr²⁺, F^─)，濃度範圍mM；(3)溶解性氣體(N₂, O₂, Ar, CO₂, N₂O, (CH₃)₂S, H₂S, H₂, CH₄)，濃度範圍nM至mM；(4)營養鹽(NO₃^─, NO₂^─, NH₄⁺, PO₄^3─, H₄SiO₄) ，濃度範圍mM；(5)微量元素(Ni, Li, Fe, Mn, Zn, Pb, Cu, Co, U, Hg)，濃度範圍0.05mM；(6)溶解性有機化合物(amino acids, humic acids)，濃度範圍ng/L至mg/L 。

45. 何謂鹽度？鹽度測量的方法有哪些？

答：(1)鹽度(Salinity)的定義是每公斤海水中，所含溶解性鹽類離子的重量；(2)鹽度測量的方式，主要有：比重法、折射率法和導電度法等。

46. 何謂Marcet's Principle？

答：由於氯離子在海水中含量最多，而其它主要離子的含量與氯離子有一個比值，不管海水鹽度多少，海水中主要陰離子，SO₄^2─、CO₃^2─ 等與Na⁺、K⁺、Mg²⁺及Ca²⁺ 等陽離子，與氯離子有定比值，此觀念稱為Marcet's Principle。

47. 何謂穩定狀態(steady state)與元素停滯時間(residence time)？

答：(1)在海洋中各種元素是持續性的被製造與流失。但是長時間看來，並無多大的變化。這是因為海洋中元素的輸入與輸出達成平衡所致。此種平衡稱為系統處於穩定狀態；(2)在動態平衡時，某一元素停在海水中的時間。可以用表示，其中，A為該元素在海水中的濃度，dA/dt為該元素在系統中的濃度變化速率。

48. 如何界定海水中的化學物種？

答：一般，海水中化學物種是以0.5mm孔徑大小的濾紙過濾海水；可以通過濾紙的稱為溶解態，不能通過濾紙的為顆粒態。

49. 影響主要離子在海水中分佈的因素？

答：(1)缺氧海盆；(2)河口與陸地物質之輸入；(3)海水表面結冰；(4)碳酸鹽礦物的溶解與沉澱；(5)海底火山作用；(6)不同海水團的混合；(7)孤立海盆中海水之蒸發作用；(8)與大氣及沉積物間的交換作用。

50. 影響微量元素在海水中分佈的因素？

答：(1)元素進入海洋的強度；(2)元素與沉澱物間的交換作用；(3)元素與有機物間的相互作用；(4)元素在缺氧環境中的行為。

51. 何謂海水總鹼度(total alkalinity)與碳酸鹼度 (carbonate alkalinity)？

答：在一公升海水中，總鹼濃度即陰離子毫當量數總和，其測定係以強酸滴定，達到酸鹼平衡時，所需酸[H+]的毫當量數(meq) 。

Total alkalinity = [HCO₃^─] + 2[CO₃^─] + [B(OH)₄^─] + [SiO(OH)₃^─] - [H^─]

而碳酸鹼度只計算碳酸氫根(HCO₃^─)與碳酸根(CO₃^2─)之陰離子毫當量數和。

carbonate alkalinity = [HCO₃^─] + 2[CO₃^─]

52. 氮在海水中的主要物種及其在海水中的主要作用？

答：(1)氮之主要化學物種：NO₃^—, NO₂^—, NH₄⁺；(2)主要作用：氧化反應：再礦化與氨化作用(remineralization and ammonification)、硝化作用(nitrification)；還原反應：去硝化作用(denification)、固氮作用(nitrogen fixation)。

53. 何謂Redfield ratio？

答：海洋中浮游植物行光合作用吸收二氧化碳與氮及磷倆元素，合成藻類有機碳化物之通式為(CH₂O) 106(NH₃) 16H₃PO₄ 即C:N:P = 106:16:1。

54. 何謂再生營養鹽？

答：海洋中有機碳化物氧化分解產生之硝酸鹽與磷酸鹽，其反應氏如下

(CH₂O)+106(NH₃)+16H₃PO₄+138O₂ ←→106CO₂ +122H₂O +16NO₃^─+PO₄^3─ +19H⁺。