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民國115年 高考三級 海洋行政 海洋學概論收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請說明海洋斜溫層（thermocline）的定義與成因。（5 分）請從營養鹽與
光照兩項控制因子的角度，分析斜溫層強弱對海洋基礎生產力（primary
production）的影響，並比較低緯度、中緯度及高緯度海域之季節性變化
特徵。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、定義與成因：斜溫層（thermocline）係指海水中溫度隨深度急遽下降的水層，一般位於混合層（mixed layer）底部至約1000公尺之間，溫度梯度常達每公尺0.05至0.2℃。其成因主要有三：表層受太陽短波輻射加熱形成暖水層；風與波浪混合使上層溫度、鹽度趨於均勻；下層冷水密度較大且缺乏足夠動能上湧，遂在兩者之間形成穩定溫度梯度。低緯度因淨輻射強、層化穩定，斜溫層最明顯；高緯度因冷卻與對流混合而弱化。中緯度則兼有永久斜溫層（permanent thermocline）與隨季節生消的季節性斜溫層（seasonal thermocline）。 二、營養鹽控制：斜溫層強代表水柱層化穩定、垂直混合微弱，下層富含硝酸鹽（nitrate）、磷酸鹽（phosphate）與矽酸鹽（silicate）的冷水不易上傳至透光層（euphotic zone），營養鹽躍層（nutricline）同步變淺，表層終年貧營養，新生生產（new production）與總初級生產力均受抑制。反之，斜溫層弱或崩解時，湧升流與垂直混合可將深層營養鹽帶至表層，刺激藻華。惟混合過深會使浮游植物被帶離透光層，反而降低平均受光與生產效率。 三、光照控制：斜溫層深度決定混合層厚度，進而影響浮游植物在透光層內的停留時間與平均光量。斜溫層淺、混合層薄時，細胞長時間處於高光照環境，但若營養鹽已被耗盡，光合作用改受營養限制；斜溫層深、混合層厚時，個體反覆被帶至弱光或無光層，形成光限制（light limitation）。強層化海域通常以小尺寸的 picoplankton 與藍細菌為主，群落結構與輸出生產（export production）亦隨之改變。 四、緯度比較：低緯度海域全年層化強、營養鹽供給少，生產力偏低但季節變化小，僅在湧升區或颱風混合後出現短暫高峰。中緯度冬季冷卻與強風混合破壞斜溫層，春季回穩形成春季藻華（spring bloom），夏季強層化使生產力回落，呈明顯季節性。高緯度受極夜、低溫與海冰影響，光照為主要限制因子，夏季融冰造成淡水層化與短暫強烈藻華，冬季生產幾乎停滯。
深海平原和深海丘陵覆蓋了廣大地球表面，請問這些地貌特徵是什麼？
（10 分）請問有那些測量方法可以用來確定海底地形？請依使用聲波、
光波、微波的儀器分別說明量測原理及其可能的限制。（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、深海平原地貌：深海平原（abyssal plain）分布於大陸坡坡腳以外、水深約4000至6000公尺處，坡度極緩（常小於千分之一），表面覆蓋厚層遠洋軟泥與濁流（turbidity current）沉積物，地形平坦遼闊，是地球表面最平坦的地貌之一。其沉積速率低、生物擾動（bioturbation）明顯，並常發育錳結核與紅黏土。 二、深海丘陵：深海丘陵（abyssal hills）為平原上或中洋脊兩側的低矮起伏，高差數十至數百公尺、波長數公里，多由海底擴張過程中的正斷層、火山作用與岩漿供給變化所形成，隨後被沉積物披覆而趨於圓緩。平原與丘陵合計覆蓋全球海底極大比例，是深海生態系與沉積紀錄的重要載體。 三、聲波儀器：多音束測深儀（multibeam echosounder）向兩側發射扇形聲束，量測聲波往返時間並配合聲速剖面（sound velocity profile）推算深度，可獲高密度網格與高解析度地形；側掃聲納（side-scan sonar）則以回散射強度成像，凸顯底質與構造。限制包括聲速剖面誤差、船體姿態（roll、pitch、heave）補償不足、聲束腳印隨深度放大使解析度下降，且聲波難以穿透軟泥取得地層資訊，單束回聲測深精度亦較低。 四、光波儀器：水下攝影、雷射線掃描（laser line scanner）與結構光系統利用光在水中傳播、反射與三角定位原理成像，解析度可達公分級，能辨識生物、岩礫與小尺度構造。限制為光在水中快速衰減（藍綠光衰減係數約0.02至0.05每公尺），濁度高時有效距離僅數公尺，須搭載遙控載具（ROV）或自主載具（AUV）近底作業，成本高、覆蓋範圍小、作業受海況限制。 五、微波儀器：衛星雷達高度計（radar altimeter）發射微波脈衝量測海面高度，經去除波浪與潮位後反演重力異常與大地水準面（geoid），可推算海山、海脊等大尺度海底地形；合成孔徑雷達（SAR）可偵測內波與表層流場所反映的底地形。限制為解析度低（數公里至數十公里）、僅能反映大尺度特徵、易受海況與電離層延遲影響，且高度計反演需搭配重力模式與船測校正。實務上常以多音束為主，輔以側掃聲納、地震反射剖面與衛星重力資料整合判釋。
請問冬季季風風浪與夏季颱風湧浪，對臺灣西部海岸侵蝕的長期影響為何？
（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、冬季季風風浪特性：臺灣冬季受東北季風影響，風速強、風域廣且持續時間長，於西部海岸生成短周期風浪（wind sea），波高雖屬中等，但周期短、碎波帶能量集中且作用時間綿長。此類風浪長期推動沿岸輸砂（longshore drift），使灘面下切、濱線持續退縮，屬漸進式、累積性的侵蝕。 二、夏季颱風湧浪特性：颱風於遠洋生成後，其波浪以湧浪（swell）形式向外傳播，周期長（約10至20秒）、能量衰減慢，可繞射進入港灣，並在近岸造成水位設置（wave setup）與強烈回沖（backwash），引發短時間大幅度侵蝕、越波與海堤淘空。颱風暴雨同時增加河川輸砂，短期內可能局部補注沙源，形成侵蝕與堆積並存的現象。 三、兩者作用機制比較：冬季風浪屬高頻率、低強度、長時間的持續性作用，傾向塑造灘面平衡剖面並逐步搬移沙源；颱風湧浪屬低頻率、高強度、脈衝式作用，可在數日內造成灘肩侵蝕與沙壩（bar）外移，若後續無足夠風浪或沙源回復，侵蝕即不可逆。兩者叠加使西部沙岸承受全年無休的能量輸入。 四、長期影響與因應：在河川採砂、水庫攔砂、海岸工程阻斷輸砂及地層下陷等因素叠加下，西部沙岸（如桃園、苗栗、雲林、臺南等段）長期呈侵蝕趨勢，颱風後難以自然回復。建議依海岸管理法劃設海岸保護區，採取養灘（beach nourishment）、離岸潛堤、沙源管理與整合性海岸管理（ICZM），並建立長期地形與波浪監測，以區分季節性變動與長期趨勢。
隨著全球溫室氣體排放，海洋吸收二氧化碳導致海洋酸化，試從化學平衡
觀點，說明二氧化碳在海水中的緩衝作用機制（寫出相關化學反應式）。
（15 分）並論述海洋酸化對海洋造礁生物所造成的生理與生態衝擊。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、碳酸系統與化學平衡：海水中的無機碳以二氧化碳、碳酸、碳酸氫根與碳酸根存在，主要反應式為：CO2(g) ⇌ CO2(aq)；CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3；H2CO3 ⇌ H⁺ + HCO3⁻；HCO3⁻ ⇌ H⁺ + CO3²⁻；CaCO3(s) ⇌ Ca²⁺ + CO3²⁻。各物種比例由平衡常數 K1、K2 與溫度、鹽度、壓力決定，海水 pH 約8.1，溶解無機碳（DIC）以 HCO3⁻ 為主，鹼度（alkalinity）約2.2至2.4 meq/kg。 二、緩衝作用機制：大氣 CO2 溶入後經水合生成 H2CO3，解離釋出 H⁺ 與 HCO3⁻；所釋出的 H⁺ 會與海水中豐富的 CO3²⁻ 結合再生成 HCO3⁻，使游離氫離子增幅遠小於純水，pH 下降幅度受限，此即碳酸鹽緩衝（carbonate buffering）。惟此機制消耗 CO3²⁻，使碳酸鈣飽和度 Ω = [Ca²⁺][CO3²⁻]/Ksp 明顯下降，故海水雖具緩衝能力，仍無法阻止酸化與飽和度降低。鹼度在短期內大致保守，常作為推算酸化程度的依據。 三、對造礁生物的生理衝擊：Ω 下降使鈣化作用（calcification）所需能量增加，珊瑚、珊瑚藻、有孔蟲與翼足類的鈣化率下降；雖然 CO2 升高可能略促進光合作用，但無法抵銷鈣化抑制。酸化亦干擾珊瑚精子活動力、幼生附著與變態，並影響共生藻（Symbiodiniaceae）的光合效率，降低生殖與補充成功率。 四、生態衝擊與因應：鈣化速率下降而生物侵蝕與溶解速率上升，礁體可能由淨堆積轉為淨溶解，立體結構簡化，連帶減少魚類棲地與生物多樣性；鈣質浮游生物減少亦改變食物網與碳輸出。酸化與暖化、海洋熱浪叠加，使珊瑚復原力（resilience）進一步下降。因應上應以全球減碳為根本，並配合減少局部壓力、設立海洋保護區、復育與長期監測 Ω 與鹼度。
近年來海洋熱浪（marine heatwave）事件頻率與強度增加，造成世界各
地珊瑚礁生態系嚴重衝擊。請說明海洋熱浪定義與可能成因。（7 分）海
洋熱浪對珊瑚礁的生理、生態與群聚結構的影響分別為何？（18 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、定義：海洋熱浪（marine heatwave, MHW）指海表溫度連續5日以上高於當地氣候基準期第90百分位，且強度、持續時間與範圍足以造成生態衝擊的極端暖事件。依強度可分為中度、強烈、嚴重與極端四級，常以累積強度（cumulative intensity）與持續日數描述。 二、可能成因：包括大氣阻塞高壓系統造成風速微弱、蒸發與垂直混合減少；海氣熱通量與短波輻射加熱增強；洋流與環流異常，如聖嬰現象、黑潮或暖流路徑偏強；以及全球暖化背景下海溫基線上升，使熱浪更易跨過閾值並延長。此外，海洋表層層化加劇會抑制深層冷水上湧，使熱量累積。 三、生理影響：珊瑚受熱緊迫後，共生藻（Symbiodiniaceae）的光系統受損、活性氧累積，導致共生藻流失或色素降解而白化（bleaching）；長時間高溫使光合作用與鈣化速率下降、呼吸與代謝失衡，若熱壓迫持續，珊瑚組織壞死甚至死亡。熱浪亦降低生殖力、精子活動與幼生存活率，影響補充。 四、生態影響：白化後珊瑚覆蓋率驟降，大型藻類與草皮藻覆蓋上升，藻食性魚類與無脊椎動物族群隨之變動，食物網簡化；珊瑚疾病發生率上升，競爭與捕食關係改變。反覆且間隔過短的熱浪使復原時間不足，生態系可能由珊瑚主導跨越門檻轉為藻類主導。 五、群聚結構改變：耐熱的團塊型珊瑚（如 Porites）與耐熱共生藻比例上升，分枝型鹿角珊瑚（Acropora）大幅減少，群聚趨於單一化、歧異度下降，立體結構簡化使魚類多樣性與漁業資源受損。因應建議包括建立海洋保護區網絡、改善水質與減少過漁等地方壓力、復育耐熱品系，以及根本的溫室氣體減量。