2008年晚春到初夏期間台灣周遭海域的二氧化碳交換通量與分佈
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(2) 誌. 謝. 古語有云：「學海無涯勤是岸，青雲有路志為梯。」 或許兩年對一個人的人生而言，或許只佔一小部分，但對我的人 生而言，卻有了不凡的意義，尤其從踏入海洋界以來種種的過程都是 知識的累積，在作研究的過程，感覺知識就像無邊無界的大海，值得 我一再的去探詢。 承蒙兩位恩師曾鈞懋教授、吳朝榮教授在專業研究上的悉心教誨 與指導，讓學生獲得許多正確思維，同時在生活上也是我的亦師亦 友，由衷感謝，溢於言表。也要感謝口試委員劉康克教授、魏慶琳教 授在百忙之中協助學生口試，給予論文上的指正及提供許多寶貴意見 與建議，使論文能更臻完備，謹此致上深深謝意。 感謝國研院的蘇大哥、雅真、莉芳、家榆、智凱、朝聰和俊賢在 研究上的扶持與幫助，及貴儀的文慧姐和漢松在儀器與耗材上的支 援，也感謝同實驗室的全盛學長、柏源、宗翰、士肇、煜庭、蟬如、 一帆、胤飛、嘉哲及其他曾經幫助過我、關心過我和鼓勵過我的人， 亦致上深深謝意。 此外最重要的還是要感謝在求學期間全力支持我的家人、父 親、母親、妹妹和球球，讓我在修業期間能無後顧之憂，得以完成學 業，最後在此謹將成果獻給您們，謝謝。. 2.
(3) 摘. 要. 本研究主要是探討台灣周遭海域表水二氧化碳的分佈及其海氣 交換通量，並進一步瞭解其變化的成因及與水團分佈的關係。研究時 間於 2008 年晚春初夏（5 月 28 日至 7 月 13 日）於南海（South China Sea, SCS）、西菲律賓海（West Philippine Sea, WPS）、台灣西部近 岸（Western Taiwan Coast, WTC）和東海（East China Sea, ECS）進 行二氧化碳分壓（fCO2）的現場立即偵測，利用”二氧化碳分壓自動 分析系統”（Automated Underway pCO2 System）來測量海水與大氣中 之 fCO2；所量測到的大氣 fCO2 範圍為 367.4~402.2 μatm，其高值均 發現在較靠近陸地的區域（台灣、中國大陸、呂宋島），高低濃度相 差可達 35 μatm。表水 fCO2 範圍：SCS 介於 352.3~415.6 μatm（ 389.3±16.5, n=1400）、WPS 介於 346.9~399.0 μatm（377.6±5.8, n=840 ） 、WTC 介於 370.5~407.3 μatm（389.2±4.8, n=836） 、ECS 介於 162~707 μatm（378±69, n=1497），以 ECS 的變化幅度最大，可達 545 μatm； 在長江和閩江沖淡水舌（Plume）區域發現海水中有著最低、次低的 fCO2 值（217、162 μatm），且 fCO2 分佈隨著經度由西向東而增加， 與葉綠素 a 濃度的分佈趨勢相反，因此海水 fCO2 分佈主要隨浮游生 物量的減少而產生梯度漸增的變化。長江與沿岸湧升流溫度低區，發 現到海水中之 fCO2 分別有顯著的高值（707、676 μatm）存在，此區 I.
(4) 域有極低的透光度（13.9 %），極高的營養鹽（NO2+NO3）及葉綠素 a（Chl-a）（32.2 μM、106.7 mg/m3），此海水含較高的 fCO2 推測可 能來自於長江河水和沿岸湧升的底層水。SCS 及 WPS 海域之水團較 為穩定，其 fCO2 變化梯度均是由陸棚向外洋增加，這是由於近岸海 水溫度較低且富含營養鹽葉綠素 a，使得海水中的 fCO2 減少；在外洋 區域生物作用較低，主要是反應日夜溫差（0.2~0.3℃），因此在 SCS 和 WPS 可清楚看出 fCO2 白日高晚上低（△fCO2 =7.9）。WTC 表水 fCO2 整體變化幅度不大，但大氣 fCO2 受控於較接近陸源影響而呈現 區域性的峰值。在晚春初夏期間，台灣周遭海域對於大氣來說皆是個 二氧化碳的源（source），其二氧化碳溢散至大氣之整體交換通量在 SCS 約為 1.74±2.06 mol C/m2/yr、WPS 約為 0.54±0.59、NWT 約為 0.29±0.18 和 ECS 約為 0.28±4.94。. 關鍵字：南海、西菲律賓海、台灣西部近岸、東海、fCO2. II.
(5) Abstract The distribution of CO2 in the surface water and the sea-air flux exchange in the sea areas around Taiwan are investigated in this study, and to discuss the reason of variation and the relationship with the distribution of water mass. Automated Underway pCO2 System are used to detect the seawater and air fCO2 during the late spring and early summer of 2008, from May 28 to July 13, including the South China Sea(SCS), the West Philippine Sea(WPS), the Western Taiwan Coast(WTC), and the East China Sea(ECS). The range of the atmospheric fCO2 is 367.4~402.2 μatm and the peaks are found near lands (Taiwan, China, and Luzon Island), the difference of concentration up to 35 μatm. The ranges of the surface water fCO2 are as follows: SCS: 352.3~415.6 μatm(Avg.= 389.3±16.5, n=1400), WPS: 346.9~399.0 μatm(Avg.= 377.6±5.8, n=840), TS: 370.5~407.3 μatm(Avg.= 389.2±4.8, n=836), ECS: 162~707 μatm(Avg.=378±69, n=1497); and ECS has the highest variation up to 545 μatm. The lowest and second lowest values of fCO2(217、162 μatm) are found in Changjiang Plume and Minjiang Plume, increasing from west to east with longitude and opposite to the concentration of chl-a. It’s quite obvious that the gradient of seawater fCO2 increase with the decrease of the biomass of plankton. The high values of fCO2(707、676 μatm) are found in Changjiang Upwelling and Coastal Upwelling which have low temperature. These areas also have very low transmittance(13.9 %) and very high nutrients(NO2+NO3) and Chl-a(32.2 μM, 106.7 mg/m3). It’s speculated that the high fCO2 may come from the bottom water of Changjiang Upwelling and Coastal Upwelling. Water masses in SCS and WPS are more stable and have the fCO2 gradient increase from shelf to offshore because the low III.
(6) temperature and rich of chl-a in nearshore seawater make the fCO2 of water decrease. In offshore, the fCO2 of SCS and WPS are high in daytime and low at night(△fCO2 =7.9), mainly reflecting the temperature difference between day and night(0.2~0.3℃) because of low biological effect. The surface water fCO2 of WTC has few variations but the atmospheric fCO2 has regional peaks because it is influenced by terrigenous matter. Data in this study suggests that the sea areas around Taiwan served as a source of atmospheric fCO2 during late spring and early summer, and the sea-to-air CO2 flux in SCS is +1.74±2.06 mol C/m2/yr, in WPS is +0.54±0.59, in WTC is +0.29±0.18, and in the ECS is +0.28±4.94. Keywords: the South China Sea(SCS), the West Philippine Sea(WPS), the Western Taiwan Coast(WTC), and the East China Sea(ECS), fCO2. IV.
(7) 目錄 中文摘要..................................................................................................... I 英文摘要...................................................................................................III 圖目錄........................................................................................................V 表目錄...................................................................................................... IX 附錄.......................................................................................................... IX 第一章 緒論...............................................................................................1 1.1 邊緣海碳循環的重要性 ..............................................................1 1.2 全球二氧化碳的海氣交換通量分佈 ...........................................3 1.3 海洋碳循環的作用機制 ...............................................................5 1.4.文獻回顧........................................................................................7 1.4.1 邊緣海的二氧化碳通量..............................................7 1.4.2 沿岸與河口及河川的二氧化碳通量..........................8 1.5 研究目的......................................................................................13 第二章 研究材料與方法 ........................................................................15 2.1 研究區域.....................................................................................15 2.2 研究方法.....................................................................................19 2.3 儀器設備......................................................................................20 2.4 採樣及分析.................................................................................22 V.
(8) 2.4.1 海水二氧化碳.............................................................22 2.4.2 大氣二氧化碳.............................................................23 2.5 其它參數之輔助資料.................................................................24 2.5.1 海水參數.....................................................................25 2.5.2 氣象參數.....................................................................26 2.6 二氧化碳之海氣交換通量計算 ................................................27 第三章 結果.............................................................................................29 3.1 二氧化碳與水文及化學參數之空間變化 .................................29 3.1.1 水文及化學參數................................................................29 3.1.2 大氣二氧化碳....................................................................39 3.1.3 表水二氧化碳....................................................................42 3.1.4 二氧化碳分壓差................................................................45 第四章 討論.............................................................................................48 4.1 溫度-鹽度（T-S）分佈圖 ..........................................................48 4.2 二氧化碳航跡時序與水文及化學參數關係 .............................52 4.2.1 南海....................................................................................52 4.2.2 西菲律賓海........................................................................56 4.2.3 台灣西部近岸....................................................................58 4.2.4 東海....................................................................................60. VI.
(9) 4.3 表水二氧化碳分壓主要控制因素探討 .....................................63 4.4 大氣二氧化碳不均衡..................................................................69 4.5 二氧化碳海氣交換通量在各海域的差異 .................................70 4.6 局部區域的二氧化碳海氣交換通量 .........................................73 4.6.1 南海....................................................................................73 4.6.2 西菲律賓海........................................................................75 4.6.3 台灣西部近岸....................................................................76 4.6.4 東海....................................................................................77 4.7 文獻比較......................................................................................78 第五章 結論.............................................................................................81 參考文獻...................................................................................................84. 圖目錄 圖 2.1 台灣周遭海域之 6 月夏天表面流場 ...........................................17 圖 2.2 表水二氧化碳濃度航跡圖和水文測站及地理位置 ...................18 圖 2.3 二氧化碳分壓自動分析系統示意圖 ...........................................22 圖 2.4 大氣與表水的二氧化碳採樣設備架設示意圖 ...........................24 圖 3.1 台灣周遭海域之溫度分佈圖 .......................................................34 圖 3.2 台灣周遭海域之鹽度分佈圖 .......................................................35 VII.
(10) 圖 3.3 台灣周遭海域之營養鹽濃度分佈圖 ...........................................36 圖 3.4 台灣周遭海域之透光度分佈圖 ...................................................37 圖 3.5 台灣周遭海域之葉綠素 a 濃度分佈圖 .......................................38 圖 3.6 台灣周遭海域之大氣二氧化碳分壓分佈圖 ...............................41 圖 3.7 台灣周遭海域之表水二氧化碳分壓分佈圖 ...............................44 圖 3.8 台灣周遭海域之大氣與表水的二氧化碳分壓差分佈圖 ...........47 圖 4.1 台灣周遭海域表水溫度與鹽度之關係圖 ...................................49 圖 4.2 東海水團型態之分佈示意圖（2008 年 7 月 3 ~13 日）...........51 圖 4.3 南海二氧化碳航跡時序與水文及化學參數關係圖 ...................55 圖 4.4 西菲律賓海二氧化碳航跡時序與水文及化學參數關係圖 .......57 圖 4.5 台灣西部近岸二氧化碳航跡時序與水文及化學參數關係圖 ...59 圖 4.6 東海二氧化碳航跡時序與水文及化學參數關係圖 ...................62 圖 4.7 溫度、葉綠素 a 與表水二氧化碳相互關係圖 ...........................68 圖 4.8 台灣周遭海域平均二氧化碳分壓差的比較 ...............................71 圖 4.9 調查期間之當月平均風速及風向 ...............................................72 圖 4.10 台灣周遭海域的二氧化碳海氣交換通量的比較 .....................73 圖 4.11 南海局部區域的二氧化碳海氣交換通量 .................................74 圖 4.12 西菲律賓海局部區域的二氧化碳海氣交換通量 .....................75 圖 4.13 台灣西部近岸局部區域的二氧化碳海氣交換通量 .................76. VIII.
(11) 圖 4.14 東海局部區域的二氧化碳海氣交換通量 .................................78 表目錄 表 1.1 全球各大洋之二氧化碳海氣交換通量 .........................................4 表 1.2 全球邊緣海的二氧化碳海氣交換通量的文獻回顧 .....................9 表 1.3 沿岸與河口及河川的二氧化碳通量文獻回顧 ...........................12 表 2.1 二氧化碳分壓之採樣航次及日期簡表 .......................................19 表 3.1 表水與大氣中的二氧化碳和水文及化學參數之簡表 ...............33 表 4.1 東海水團的溫鹽特性（2008 年 7 月 3 ~13 日） .......................50. 附錄 附錄一 航次軌跡圖 ................................................................................93 附錄二 2008 年 6 月衛星海面溫度分佈 ...............................................97 附錄三 2008 年 6 月衛星海面葉綠素 a 分佈 .......................................98 附錄四 各測站表水與大氣之二氧化碳分壓及水文化學參數 ............99. IX.
(12) 第一章 緒論 1.1 邊緣海碳循環的重要性 在大氣中造成溫室效應的氣體有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、 鹵化碳化物（含氯、氟或溴的碳基分子）、氧化亞氮（N2O）等，它 們會吸收和反射紅外線幅射的光譜；在這些溫室氣體中，對溫室效應 影響最大的主要是以二氧化碳為主，其對全球溫度升高的貢獻百分比 約佔了63 %，在二氧化碳逐年增加的情況下，溫室效應（Greenhouse effect）的作用變得日益劇烈，因此全球暖化及氣候變遷成為現今環 境最重要的課題之一（IPCC Fourth Assessment Report, 2007）。 科學家們藉由分析冰芯所封存的大氣樣品，過去四十二萬年來的 二氧化碳變化結果與溫度變化趨勢一致，中間雖經歷著數個冰期-間 冰期的交替，二氧化碳濃度與溫度之間有著明顯的同步振盪（△T： 10℃，△CO2：80 ppmv）。在工業革命（18世紀）之前，大氣中的 二氧化碳濃度均維持在約280±10 ppmv（Fischer et al., 1999; Petit et al., 1999; Keeling and Whorf, 2004），工業革命之後，由於生產工具和生 產方式的改變，人類大量使用化石燃料（Fossil Fuel）及對土地利用 的改變和森林的砍伐，大量的二氧化碳直接的由陸地排放到大氣中， 造成大氣中二氧化碳濃度由工業革命前的280 ppmv增加到2008年的 1.
(13) 385 ppmv；在這短短的200年間，人為活動所造成二氧化碳增加的幅 度將近105 ppmv，超過了過去四十二萬年來的變動幅度。這將會加速 全球溫度升高，導致冰川退卻、冰原融化，海平面的上升，進而影響 到全球氣候變遷，威脅到人類的生存空間與永續發展（IPCC Fourth Assessment Report, 2007）。 碳在地表的生地化循環影響了地球的生態環境及氣候變遷的異 動。地表碳的三個主要儲存庫有大氣、陸地生物並土壤圈及海洋，其 碳儲量分別為750、2200及40000 Gt C（1 Gt C=1015 g C） （Siegenthaler and Sarmiento, 1993）。其海洋的碳儲量遠遠超過大氣及陸地生物土 壤的總量，故海洋碳循環的微小變動，就可能造成大氣二氧化碳濃度 的劇烈變化。海洋亦佔了全球面積的70 %，其對大氣二氧化碳的調 節至關重要，估計全球海洋吸收大氣的碳目前約有2.0 Gt（Houghton et al., 2001; Sarmiento and Gruber, 2002），其中面積不及10 %的邊緣海， 其吸收量亦有0.4～1.0 Gt（Tsunogai et al., 1999; Thomas et al., 2004）， 相當於全球海洋吸收量的20～50 %，故此邊緣海的碳循環研究及其對 大氣二氧化碳調節的影響，是目前海洋碳循環研究重要的議題。. 2.
(14) 1.2 全球二氧化碳的海氣交換通量分佈 自 Takahashi 發表一系列的論文後，我們對全球海洋表水二氧化 碳分佈及海氣交換通量有一完整的了解，依分佈的情況來看，最低 pCO2 區域則分別出現在北半球冬季時南大洋和夏季時大西洋副極區 與北極圈。這些區域對大氣中的二氧化碳是個強烈的“匯”（sink）， 主要是反應了生物的生產作用，經光合作用消耗海水中的溶解性二氧 化碳。大範圍次低 pCO2 區域在冬季是出現在北太平洋和北大西洋中 緯度地區，當時海水受到冬天冷卻作用之影響。 相似的現象也出現在夏季時南半球（適值冬天）海洋之中緯度區 域；另外在冬天和夏天最高的 pCO2 值均出現在東赤道太平洋區域， 是因為此區域位於赤道湧升流區域、以及在此區域受到水平對流，將 富含高濃度的二氧化碳海水帶至海表（Etcheto et al., 1999; Feely et al., 1999）。此外，在太平洋的赤道區域，pCO2 是由東到西減少的，這 是由於二氧化碳受到生物利用的結果（Quay, 1987）。同時，較高的 pCO2 值也出現在冬天之西北太平洋的副極區，這是由於表層水下面 的垂直對流混合所造成；而在夏天的阿拉伯海較高的值是因為季風所 產生的湧升流的作用影響。 在二氧化碳海氣交換的年平均淨通量分佈，主要二氧化碳源 （source）的區域位在東赤道太平洋和阿拉伯海的西北方；其次，是 3.
(15) 位在熱帶大西洋、印度洋和西北太平洋的副極區；相對的，強烈地二 氧化碳匯的區域是位於在亞熱帶環流和副極區 （40 °N- 60 °N 與 40 °S60 °S）之間。估計每年全球海洋對人為二氧化碳的吸收量約為 2.0 Gt C year-1（Houghton et al., 2001; Sarmiento and Gruber, 2002）。 針對不同海域對二氧化碳海氣交換通量的大小（表 1.1），初步 估計南大洋的吸收率（Uptake Ratio = Regional Flux / Area Ratio, ur） 最高（ur = 2.04），二氧化碳吸收通量佔全球海洋總量約有 21 %，依 次為大西洋和印度洋，以太平洋的吸收率最低（ur =0.40），二氧化 碳吸收通量佔全球海洋總量約有 18 %；赤道太平洋是一個強烈地 “source”的區域，然而在南太平洋的東南方，是一個微弱地“source” 的區域（Takahashi et al., 2002）。 表1.1 全球各大洋之二氧化碳海氣交換通量（修改自Takahashi et al., 2002） Pacific latitude band Ocean (Pg C yr-1) N of 50 °N. +0.01. -0.40. Indian Ocean (Pg C yr-1) －. 14 °N-50 °N 14 °N-50 °S (equator) 14 °S-50 °S S of 50 °S Oceanic Regions. -0.64. -0.34. +0.07. －. -0.92. +0.74. +0.15. +0.18. －. +1.07. -0.51 －. -0.33 －. -0.67 －. － -0.47. -1.51 -0.47. -0.40. -0.92. -0.43. -0.47. -2.22. 18. 41. 19. 21. 100. Regional Flux (%). Atlantic Ocean (Pg C yr-1). 4. Southern Ocean (Pg C yr-1) －. Global Ocean (Pg C yr-1) -0.39.
(16) Area (106 km2) Area Ratio S% Uptake Ratio. 151.6. 72.7. 53.2. 31.7. 309.1. 49.0. 23.5. 17.2. 10.3. 100. 0.40. 0.57. 1.10. 2.04. -. 1.3 海洋碳循環的作用機制 海洋中的碳循環，主要是受控於生物幫浦（biological pump）與 物理幫浦（physical pump）兩大機制。 「生物幫浦」是指透光層（Euphotic Zone）中之浮游植物（phytoplankton）進行光合作用時，會吸收溶解 在海水中的營養鹽及無機碳，轉換成有機碳，這些生成的有機碳會再 次被浮游植物吸收利用，但仍有少部分的有機碳會經由表層向下傳輸 受到分解而減少，至終永遠埋藏於底層的沉積物中。然而，所謂的「物 理幫浦」是指大氣中之二氧化碳可透過海氣交換作用進入表層海水， 造成海水中總二氧化碳濃度的增高，再藉由大規模海洋環流的輸送將 二氧化碳輸出並存於深水層中（Kamykowaiki, 1987; Toggweiler, 1989; Chester, 1990; Shaffer, 1993; Falkowski et al., 1998; Raimbault et al., 1999）。 二氧化碳海氣交換研究過往大都挶限在大洋區域。近年來，邊 緣海域二氧化碳的研究漸被重視，Tsunogai et al. (1999)提出陸棚海域 的「大陸棚幫浦」作用（continental shelf pump），此作用將大氣的. 5.
(17) 二氧化碳從表水傳輸到鄰接深海內部的重要機制。這機制可同時利用 生物幫浦和物理幫浦及水文條件的相互作用下產生，使得大氣二氧化 碳進入陸棚海域，再經由側向傳輸到鄰近深海的表層水之下（次斜溫 層（subthermocline））。 在近幾年來，有著相當多的文獻提到二氧化碳在這陸棚區域有 著強烈的匯，譬如亞洲的東海（East China Sea）（Tsunogai, 1997,1999,2002 ; Peng et al., 1999 ; Wang et al., 2000; Shim et al., 2007）、美洲的加勒比海（Caribbean Sea）（Nelson et al., 2001; Wanninkhof et al., 2005） 、歐洲的北海（North Sea） （Kempe et al., 1991; Gypens et al., 2004; Thomas et al., 2005）等。Tsunogai et al. (1999)估計 整個東海的二氧化碳海-氣吸收通量為 35 g C m-2 y-1，若比照東海的二 氧化碳海-氣交換通量大小所估算出全球陸棚區域有著 1 Gt C yr-1，這 即佔了全球每年二氧化碳海-氣交換通量的 50 %。最近，Thomas et al. (2004)對北海之研究利用密集且自動船走式的二氧化碳系統測定表 水的二氧化碳，四季觀測結果發現吸收大氣二氧化碳通量約 2~3 mol C m-2 yr-1，估計經由大陸棚作用將吸收的大氣二氧化碳帶至北大西洋 深海的量，約佔了全部吸收量的 93 %。整體來說，每年大氣二氧化 碳約 0.4~1 Gt C yr-1 被邊緣海吸收。. 6.
(18) 1.4 文獻回顧 1.4.1 邊緣海的二氧化碳通量 於最近邊緣海對二氧化碳交換的研究，Borges 等人（2005）和 Cai 等人（2006）分別整合了全球邊緣海區域的二氧化碳通量，對於 整個邊緣海而言近岸及陸棚的區域有著極大的淨二氧化碳交換通 量，其值分別-0.45 和-0.22±0.16 Gt C yr-1，約佔全球二氧化碳交換通 量的 10~25 %。其結果顯示中高緯度（亞洲：日本海（Japan Sea）、 東海（East China Sea）；美洲：紐澤西（New Jersey）海岸的陸棚區 域、巴塔哥尼海（Patagonian Sea）陸棚區域、歐洲：巴倫支海（Barents Sea）、格林蘭海（Greenland Sea）、挪威海（Norwegian Sea）、波 羅的海（Baltic Sea）、北海（North Sea）；極區（Antarctic））的邊 緣海域有顯著二氧化碳的匯，低緯度（亞洲：南海（South China Sea）； 美洲：加勒比海（Caribbean Sea）；歐洲：地中海（Mediterranean Sea）） 熱帶海域則呈現源，這些匯的區域主要有河川注入，由陸源帶來大量 的營養鹽，在溫暖季節，可促進浮游植物和藻類得以生長吸收二氧化 碳;在較冷季節，海水溫度低有較高二氧化碳溶解，因此整年有明顯 二氧化碳的吸收。在熱帶海域中，由於水溫終年高溫，生物生長少， 其在海洋表水之二氧化碳含量高於大氣二氧化碳，故呈現源。以下就 全球邊緣海之二氧化碳海氣交換研究作一簡要回顧，如表 1.2 所示： 7.
(19) 1.4.2 沿岸與河口及河川的二氧化碳通量 在海岸河口的碳循環，由於受到河川所挾帶的陸源物質影響，造 成此循環過程相較複雜。在海岸環境，位於西班牙的比斯開灣（Bay of Biscay）及卡迪茲灣（Kaneohe）和美國的中西太平洋海岸線（US Middle Atlantic Bight），除了卡迪茲灣會在夏天由匯轉源以外，全年 的二氧化碳海氣交換情況主要還是個匯。特別地，在智利的離岸湧升 流區域（Coastal Upwelling off Chile）發現到它是個強的源。 此外，在有顯著陸源及人為有機物物質注入的河口及河川環境， 其二氧化碳海氣交換情況主要是源，除了密西西比河（Mississippi River）和在珠江河口（Pearl River estuary）5~6 月期間對於大氣中的 二氧化碳而言是呈現微弱匯之區域，其通量分別為-0.002 和-1.5 mol C m-2 yr-1，主要是受生物吸收作用之影響；相對地，在其它的河流中二 氧化碳對於大氣中的二氧化碳皆呈過飽和的現象，因此河流中二氧化 碳往大氣傳送，是個明顯的源，例如長江 Changjiang (Yangtze) River） 的二氧化碳交換通量則可達 15.5 ~ 34.2 mol C m-2 yr-1。以下就各沿岸 與河口及河川之二氧化碳海氣交換研究作一簡要回顧，如表 1.3 所示：. 8.
(20) 表 1.2 全球邊緣海的二氧化碳海氣交換通量的文獻回顧 Site Global Coastal Environments Global Ocean Margins. Flux (mol C/m2/yr) Global Coastal. Measuring period. Reference. 1998~2005. -0.45 (Pg yr-1). Borges et al., 2005. 1998 ~ 2005. -0.22±0.16 (Pg yr-1). Cai et al., 2006. -0.78. Sakamoto et al., 2008. Asia Japan - Otaru coast in Jan., 1998 ~ May Hokkaido 2003 Aug., 2003 ~ Nov., 2005 Spring Yellow Sea Mar., and May 2005 Summer East China Sea Fall Winer Nothern South China Mar., 2002 ~ Apr., Sea 2003 1992 Spring East China Sea Summer Fall Winer East China Sea May, 1996 Feb. ~ Mar. and Oct., East China Sea 1993 East China Sea Jul., 2007 Northern South 2002~2003 China Sea Sep., 1999 ~ Oct., South China Sea 2003 2000~2002 Spring Northern South Summer China Sea Fall Winer Northern South Sep., 1994 China Sea Basin Northern South China Sea Sep., 1994 Southern Shelf Southern Taiwan Summer, 2000 ~ 9. -0.85 -1.84±0.58 -101.2 (g C yr-1) Gong et al., 2007 +0.92±0.66 -0.62±1.05 Shim et al., 2007 -0.14±0.07 -0.11±0.08 ~ -0.23±0.18 -1.2 ~ -2.8 -0.33 ~ -0.64 -0.18 ~ -0.48 -0.34 ~ -0.74 -0.63 ~ -0.17 -2.1. Chou et al., 2005. Wang et al., 2000 Peng et al., 1997. -0.91. Tsunogai, 1997. -0.88 ~ -1.57. Chou et al, 2009. -0.11~ -0.23. Chou et al, 2005. -0.02. Tseng et al., 2007. +0.46 +0.37 ~ -1.10 +2.56 +0.37 ~ -1.10 -0.80. Zhai et al., 2005. 0 ~ -0.69. Rehder et al. 2001. -0.11 ~ -2.01. Rehder et al. 2001. ~+0.04. Zhai et al., 2000.
(21) Strait Spring, 2001 Kuroshio and Sep., 1994 +0.5 the South China Sea Jan. ~ Mar., Jul. and Arabian Sea +0.46 Nov. ~ Dec., 1995. Rehder et al. 2001 Goyet et al., 1998. America New Jersey continental shelf Sargasso Sea. Caribbean Sea(Central). Caribbean Sea. April, 1994 ~ 1996. Summer, 1994 ~ Fall, -3.09×103 1996 Jan., 1996 ~ Dec., 0 ~ +3.65 2000 Jun. - Nov. +3.65 ~ +7.3 Mar., 1997 +3.65 Mar., 1998 +18.25 2002 ~ 2004. -0.04 ~ -1.2 -4.8×1011 (mol C yr-1). Caribbean Sea northern and eastern Feb., 2002 parts southwestern parts Southeastern Continental Shelf of Dec., 2000 ~ 2002 the United States Fall, 2000 ~ 2004 Patagonian Summer, 2000 ~ continental shelf 2005. Verdugo Barents Sea Greenland Sea and the Barents Greenland Barents Sea Greenland Sea and Norwegian Seas Greenland Sea Norwegian Sea. -0.16 ~ -0.31. -0.5 ~ -1. Boehme et al., 1998 Nelson et al., 2001. Astor et al.,2005. Wanninkhof et al., 2005 Olsen et al., 2004. +0.5 ~ +1 -0.68 -1.61 -2.08. Wang et al., 2005 Bianchi et al., 2005. Europe +0.005 May, 1994 ~ Sep., 1995 +0.18 1990 ~ 1999 -4.27±0.68. Alvarez et al., 1999 Omar et al., 2007. Aug., 1992 ~ Apr., 2001. Nakaoka et al., 2006. Summer, 1993 ~ Winter 1997 Spring Summer Fall Winer Spring Summer. -1.18±0.45 -1.05±0.41. Skjelvan et al., 1997 -0.40 -0.47 -0.76 -0.51 -0.32 -0.30 10.
(22) -0.27 Fall -0.11 Winer Nov., 1999 ~ Mar., 2000 -15.15 Eastern Gotland Sea Dec. ~ Jan. ., (Baltic Sea) Jan. ~ Feb. -13.54 Feb. ~ Mar. -3.69 Central Arkona Sea May, 2003 ~ Sep., -3.03±0.18 (Baltic Sea) 2004 North Sea(Southern -1.38 Bight) Aug., 2001 ~ May, -1.64 Northern 2002 +0.22 Southern North Sea(Southern 1996 ~ 1999 -0.17 Bight) North Sea. Summer. North Eastern Atlantic Ocean Iberian Peninsula. May, Nov. ~ Dec., 1993 and Jul. ~ Aug., -0.17 1994 1998 ~1999 and 2003 -1 ~ +1.5 ~ 2004. Mediterranean Sea Northwestern Mediterranean Sea. Strait of Gibraltar South Africa to Queen Maud Land South of Tasmania. -1.4. 1995 ~ 1997. Kuss et al., 2004. Kuss et al., 2006 Thomas et al., 2005 Gypens et al., 2004 Kempe et al., 1991 Perez et al., 1999 D'Ortenzio et al., 2008. -0.10 ~ -0.15. Hood et al., 2001. Africa Sep., 1997 ~ Feb., -2.5 1998 Dec., 1997 ~ Feb., -1.10±1.83 1998 1996 ~ 1997 and -7.52 ~ +0.51 2002 ~ 2003. Santana-Casiano, 2002 Chierici et al., 2004 Breviere et al., 2005. Arctic Chukchi Sea. Jun. ~ Sep., 1993. Western Arctic Ocean shelf waters slope waters. Summers of 1998 ~ 2000. Barents Sea. Mar., May, Jun. ~ Jul., 1999. Southern Ocean. -1.95±0.5. -6.50 ~ 1.10 -0.04 ~ -6.17 -7.32±2.78. Antarctic Jan. and Aug., 2000. seasonal ice zone, Average SIZ (south of 58 degrees. -0.73 ~ -1.46 11. Kaltin et al., 2005 Murata et al., 2003 Kaltin et al., 2002. Metzl et al., 2006.
(23) S) permanent open ocean zone, POOZ (50-58 degrees S) Weddell Sea Bransfield Strait Bellingshausen Sea, Bransfield and Gerlache Straits Bransfield Strait Gerlache Strait. Average Jan. (Summer) Aug. (Winter) Apr. ~ May, 1996 Dec., 1999 ~ 2000 Dec., 1995 ~ Feb., 1996. -0.18 -0.40 0.91 -0.27± 0.26 -0.27 -2.37±2.19 -0.47±0.40 -3.50. Stoll et al., 1999 Kim et al., 2003 Alvarez et al., 2002. 表 1.3 沿岸與河口及河川的二氧化碳通量文獻回顧 Site. Bay of Biscay Bay of Biscay. Flux (mol C/m2/yr) Bay, Bright & Gulf Sep., 1997 ~ Dec., -1.9±0.1 2004 -2.7±2.8 ~ Dec., 2002 ~ 2004 -0.08±0.41 Measuring period. Bay of Biscay. 2003 ~ 2004. -1.83±1.83. Hudson Bay. Sep. ~ Oct., 2005 Nov., 1999 ~ Apr., 2000 Mar., 2003 ~ 2004 Spring. +0.72. Sep., 2003 ~ 2004. +1.45. Prydz Bay. Kaneohe Bay. Padin et al., 2009 Padin et al., 2008 Padin et al., 2005 Else et al., 2008. +0.91 Gao et al., 2008 -0.12 ~ -0.20. +0.17 ~ +0.22 Summer Northeastern shelf of -0.73 Fall the Gulf of Cadiz -0.15 Winter US Middle Atlantic 1994 ~ 2000 -1.1 Bight Coastal Upwelling Jan. ~ Mar., 1997 +0.58 off Chile Estuary & River May, 2003 ~ Oct., Temmesjoki River +44.80 2004 Changjiang Sep., 2005 ~ Apr., +15.5 ~ +34.2 (Yangtze) River 2006 Sep., 1989 ~ Aug., Mississippi River -0.002 2004 12. Reference. Fagan et al., 2007 Huertas et al., 2006 DeGrandpre et al., 2002 Lefevre et al., 2002 Silvennoinen et al., 2008 Zhai et al., 2006 Green et al., 2006.
(24) Pearl River estuary May ~ Jun., 2001 Randers Fjord River Apr. and Aug., 2001 Scheldt River Nov., 1995 ~ 2002 Sep., 1995 and Feb., Thames River 1999 Jan.,1993 ~ May, Amazon River 1996. -1.46 Dai et al., 2005 -7.67 ~ +740.22 -13.14 ~ +105.85 Borges et al., 2004 +146 ~ +167.9. Arousa. +0.13. May ~ Oct., 1989. +5.48 ~ +8.76. +1.79×109 (mol C yr-1). Satilla River estuary Oct., 1995. Ternon et al., 2000 Roson et al., 1999 Cai et al., 1998. 1.5 研究目的 邊緣海生物地球化學作用對全球碳循環的影響所扮演的角色漸 受重視，因有陸地河川及沿岸湧升作用來豐富營養鹽的滋養，其生物 生產速率相當快速，吸收碳之效率遠超過一般開放性大洋。另外，在 邊緣海域較易受到自然因素(例：河川注入改變)和人為因素(例：長江 三峽大壩的建造與截流)改變了陸源物質輸入的影響，進而改變了邊 緣海對二氧化碳的吸收的能力。 本論文之研究區域皆屬於西太平洋的邊緣海域，然各個海域之水 文條件歧異度高，除了水深有明顯的梯度變化以外，還有河川注入、 湧升流區域與南海暖水及黑潮等各水團之交互作用，其各海域二氧化 碳分佈及海氣交換在空間上勢必存在極大的差異，為此，利用晚春到 初夏時期海研一號於台灣周遭海域的連續航次，觀測二氧化碳分佈及 海氣交換的通量，進而瞭解溫暖時期西太平洋邊緣海域在海洋碳循環. 13.
(25) 所扮演的角色。 故本研究目的有以下幾點： （1） 利用表水與大氣的二氧化碳和水文及化學參數之濃度分佈圖， 以瞭解在此季節的空間分佈趨勢，並探討成因。 （2） 判斷大氣傳輸及陸源物質對台灣周遭海域之大氣二氧化碳的影 響。 （3） 估算各海域之二氧化碳海氣交換通量及探討變化機制。 （4） 並將各海域作個細部的區分，進一步瞭解各區域的通量變化。. 14.
(26) 第二章 研究材料與方法 2.1 研究區域 台灣位處西太平洋，其周遭鄰近之邊緣海海域，包括了南海、西 菲律賓海、台灣海峽和東海。研究區域位置包含了南方呂宋島（Luzon Island）西北方的南海（東經 115.6°~120.1°、北緯 18.2°~22.5°）及最 北則是朝鮮半島（Korean Peninsula）南方（即長江出海口處）的東 海（東經 120.1°~127.1°、北緯 25.1°~31.6°），之間又有位於台灣西 側將此兩個海域相連接的台灣海峽（東經 119.9°~122.7°、北緯 22.8°~25.3°），東方則是分別位於台灣東邊的西菲律賓海（東經 120.3°~127.6°、北緯 20.6°~22.4°）。在這四個海域裡有著多種水團型 態的存在，例如南海水（South China Sea Water）、西菲律賓海水（ West Philippine Sea Water）、黑潮水（Kuroshio）、台灣海峽暖水（ Taiwan Strait Warm Water）、沿岸湧升流（Coast Upwelling）與台灣 及中國大陸河川注入的淡水如長江（Changjiang Diluted Water）及閩 江沖淡水（Minjiang Diluted Water）（圖 2.1）。 利用海洋一號（Ocean Research 1, OR1）在 2008 年 5 月 28 日到 7 月 13 日期間前後於南海、西菲律賓海、台灣西部近岸和東海執行 四個航次，以每 4 分鐘收集一筆表水的二氧化碳資料。南海航次於 2008 年 5 月 28 日到 6 月 6 日進行，採集了 13 個測站垂直水文及化 15.
(27) 學參數資料，並收集了 1400 筆的表水二氧化碳資料。西菲律賓海航 次於 2008 年 6 月 18 到 23 日期間收集水文及化學參數資料，及 840 筆的表水二氧化碳資料。台灣西部近岸航次於 2008 年 6 月 26 日到 7 月 1 日，收集了 746 筆的表水二氧化碳資料。東海航次於 2008 年 7 月 3 日到 13 日，航次期間採集了 35 個測站垂直水文及化學參數資料 ，並收集了 1497 筆的表水二氧化碳資料。整體濃度範圍在 162~707 μatm，其表水二氧化碳濃度航跡圖和水文測站及地理位置可參見圖 2.2 所示。本研究所探討之參數，主要有溫度、鹽度、營養鹽、透光 度、葉綠素 a 及海水中之二氧化碳（Water fCO2，fCO2 W）與大氣中 之二氧化碳（Air fCO2，fCO2 A）等。相關的航次、日期和樣品採集 的資訊參照表 2.1。. 16.
(28) SUMMER CDW. East. China Coastal upwelling. TSWW. Sea. Kuroshio. West WPSW Philippine. South SEATS SCSW China. Sea. Sea. 圖 2.1 台灣周遭海域之 6 月夏天表面流場（國研院-胡智凱助理工程師 提供，主要是以 POM 數值模式為基礎，加上 Levitus 長期氣候統計 平均的溫度、鹽度與風場，所產生的穩定環流場，結合以上影響之條 件所繪製）（SEATS：Southeast Asia Time-series Study site, SCSW： South China Sea Water, WPSW：West Philippine Sea Water, TSWW： Taiwan Strait Warm Water, CDW：Changjiang Diluted Water）. 17.
(29) ECS. WTC. SCS. WPS. 圖 2.2 表水二氧化碳濃度航跡圖和水文測站及地理位置（SCS：South China Sea, WPS：West Philippine Sea, WTC：Western Taiwan Coast, ECS：East China Sea；箭頭是代表航行前進之方向，水藍色之實線為 航跡的路徑，編號則是代表採樣測站）. 18.
(30) 表 2.1 二氧化碳分壓之採樣航次及日期簡表 研究區域. 南海. 西菲律賓海. 台灣西部近岸. 東海. 航次. OR1_866. OR1_868. OR1_869. OR1_870. 日期. 05/28~06/06, 2008. 06/18~06/23, 2008 ˇ. 06/26~07/01, 2008 ˇ. 07/03~07/13, 2008 ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. x. x. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 溫度 (Temperature) 鹽度 (Salinity). ˇ ˇ. 營養鹽 (Nutrients) 透光度 (Light transmission) 葉綠素 (Chl-a). ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 海水中之二氧化碳 (fCO2 W). ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 大氣中之二氧化碳 (fCO2 A) （OR1：海研一號）. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. *有採樣之水文參數（ˇ） *無採樣之水文參數（ｘ）. 2.2 研究方法 本研究主要是採用美國能源部（US Department of Energy, DOE） 所訂定之海水二氧化碳系統參數分析手冊（Handbook of Methods for the Analysis of the Various Parameters of the Carbon Dioxide System in the Sea Water, 1994）中所敘述的”二氧化碳分壓自動分析系統” （automated underway pCO2 system）來測量表水及大氣的二氧化碳分 壓。 19.
(31) 2.3 儀器設備 本研究所使用之二氧化碳分壓自動分析系統，有五個主要部分， 分別為：平衡系統、乾燥系統、偵測器系統、校正系統和電腦系統（圖 2.3）。 （1）平衡系統（Equilibrium system） 所採用之平衡槽（Equilibrator）是經由 Scripps Institution of Oceanography 的 Dr. Ray Weiss 設計，體積大小為 24 L（直徑 23 cm 及高 58 cm 之圓筒狀設計）；主要的功用是為了確保氣體在平衡槽是 均衡的，經由幫浦抽取海水樣品導入平衡槽，透過噴淋裝置增加曝氣 與混合之效果，使得二氧化碳氣相-液相兩相間達平衡。由於頂空 （headspace）體積 16 L，其控制了平衡槽與外面空氣的交換速率， 延長內部氣體的滯留時間（Retention Time），此滯留時間可達 2~4 分 鐘。平衡槽內設有溫度計記錄進水溫度，以利校正溫度差造成二氧化 碳測值偏差的影響。 （2）乾燥系統（Drying System） 它是用來去除海水和大氣二氧化碳樣品之水汽，避免測定上的干 擾。在本研究之二氧化碳分壓自動分析系統中，乾燥系統有冷凝系統 （Condenser）和乾燥劑（Moisture Dryer, MgClO4）兩部分。在冷凝 系統部分，利用降低溫度來冷凝水汽，來達到乾燥之效果，這是初步 之乾燥；而在乾燥劑部分，在含剩餘水汽的二氧化碳氣體樣品進入非 分散式紅外線分析儀之前，需再次運用乾燥劑去除殘餘水汽，以避免 偵測器受到水汽的影響，造成測定上的誤差，有效提升非分散式紅外 線分析儀的靈敏度與精確度。. 20.
(32) （3）偵測器系統（Detector System） 本研究是採用非分散式紅外線分析儀（carbon dioxide analyzer 其 型號為：model 6252, Li-CorTM ,USA）來測定二氧化碳之濃度，數據 準確度（accuracy）及精確度（precision）分別為±0.1 及±0.05 μatm， 偵測極限為 0.01 μatm。 （4）校正系統（Calibration System） 校正系統利用二氧化碳標準氣體（carbon dioxide gas standard） 標定待測物之濃度，此二氧化碳標準氣體是來自於美國國家海洋與大 氣總署（NOAA's climate monitoring diagnostics laboratory, CMDL)。 本研究選擇了四個不同濃度之二氧化碳標準氣體，氣體之分壓分別為 266.56、301.76、406.72 和 451.37 ppmv（parts per million by volume）。 其標準濃度之準確度及精確度分別為±0.1 及±0.02 μatm （5）微電腦系統（Computer System） 全程全自動控制及計算樣品濃度。以每一小時為循環基準，測量 三個大氣、四個水樣，並測定四個標準氣體，共有 11 個測值。每小 時的循環中，固定作一次檢量線，交替輪流測定海水中及大氣中之二 氧化碳及測量時的實際溫度、大氣壓力（氣壓計的精確度為±30 Pa） 與氣體流量（二氧化碳標準氣體流量：50 ml min-1、海水與大氣樣品 氣體流量：75 ml × min-1）之即時紀錄。. 21.
(33) 1. *BOW AIR INTAKE. 2. 3. *SEAWATER INTAKE. 2. LOW. 5. MED. Equilibrium System Drying System Detection System CO2 gas standard Computer. MED. HIGH. 1. 2. 3. 4. 5.. 4. 圖 2.3 二氧化碳分壓自動分析系統示意圖 (*seawater intake：表水樣品導入口, bow air intake：大氣樣品導入口). 2.4 採樣及分析 2.4.1 海水二氧化碳 本研究所採用之二氧化碳分壓自動分析系統為一種自動化之連 續性測量儀器。圖 2.4 所示，海水中之二氧化碳的樣品採集部分，海 水樣品的引入口是位於海水表面之下（水深 5 m 處），為連續不間斷 地經由海研一號船底甲板（Moon Pool）的深水幫浦將未受污染的海. 22.
(34) 水以每分鐘 10 升的水量導入平衡槽中，並連續不斷地記錄其測量的 溫度，以利於計算進入平衡槽內的溫度差異變化，作為最後數據在溫 度上的系統誤差之校正。在這個平衡槽內海水樣品得以達到平衡，並 使得溶解於海水樣品中的二氧化碳產生氣液分離的效果，並經由幫浦 抽取進入冷凝器，去除空氣內所含的水汽，之後再經由乾燥劑吸附殘 餘之水汽，經過流量控制器控制其流量，並透過微電腦紀錄其流量， 最後進入非分散式紅外線分析儀測量其海水之二氧化碳濃度；海水中 之二氧化碳樣品濃度於一個小時的循環中以微電腦記錄七次，每次間 隔約為 4 分鐘。. 2.4.2 大氣二氧化碳 圖 2.4.1 所示，大氣中之二氧化碳的樣品採集部分，採集裝置前 端架設於研究船的上層甲板，為避免船體的污染，使用一伸縮桿使管 線前端突出於船體，距海面 10 公尺高。採樣管線 （直徑 3/8 in, Dekabon TM tubing），管線內部為鐵氟龍材質，最前端為濾紙固定器，裡面 裝有一層塑膠濾紙（0.5 μm，直徑 47 mm），用以過濾大氣中的顆粒， 外層再以塑膠罩保護，防止雨水及水汽間接透過幫浦抽取進入管線 中。採樣管線牽到研究船的實驗室之後，連接到冷凝器作冷凝之動 作，使得氣體中之水汽能有效的加以去除，後面接上流量控制器及抽 23.
(35) 氣幫浦，抽氣量控制為 6~8 dm3 min-1，採樣次數為不間斷之連續進 樣。最後連接到偵測器系統-非分散式紅外線分析儀。航次所得資料 需作異常值的研判，是否遭受到污染之情況。大氣中之二氧化碳樣品 濃度於一個小時的循環中以微電腦記錄三次，每次間隔約為 4 分鐘。. 圖 2.4 大氣與表水的二氧化碳採樣設備架設示意圖. 2.5 其它參數之輔助資料 本研究所採用之輔助資料有兩大類，分別為海水中之水文化學參 數與氣象參數資料，將連續測得的二氧化碳數值與輔助資料結合，用. 24.
(36) 來探討台灣周遭海域二氧化碳的空間分佈及計算各個海域的二氧化 碳通量變化。. 2.5.1 海水參數 主要的資料來源是以海研一號上的溫鹽深儀系統（CTD）、表水 溫鹽系統（Surface CTD）及實測之葉綠素 a（Chl-a）和營養鹽資料 為主。 （a）表水溫鹽系統：利用馬達抽取表面海水，不需特別停船，可量 測研究船行經區域表面海水水溫、鹽度、密度，並附掛有螢光探針或 穿透率探針，來測量螢光值與透光度，以連續性的方式收集資料；為 了將這些資料與二氧化碳分壓自動分析系統所測得的二氧化碳濃度 作一個結合，則配合表水及大氣二氧化碳濃度的循環方式，以每 4 分 鐘於相同時間點之資料作為本研究之主要探討使用。 （b） 實測之葉綠素 a 資料：主要是用於將葉綠素 a 與螢光值作回歸 之步驟，求出它們之間的相關性，並將我們用表水溫鹽系統所得之螢 光值回推成葉綠素 a 濃度後，以此方式呈現葉綠素 a 之濃度分佈圖 （Contour）。. 25.
(37) （c） 海面水溫與表水的葉綠素 a 資料：皆取自於美國太空總署 （National Aeronautics and Space Administration，NASA）所提供的資 料（取自 http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/）。海面水溫是使用 Terra 所 搭載 MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）觀測之 月平均資料，其空間解析力達 4×4 km；而葉綠素 a 是使用 Level-3 SeaWiFS（Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor）之月平均資料，其 空間解析力達 9×9 km。. 2.5.2 氣象參數 主要的資料來源為衛星風場及實測島嶼測站資料與探測報告的 資料。 （a） 風場資料：在南海的部分，主要是使用美國國家海洋與大氣總 署 NOAA 的 NCEP/NCAR （National Center of Environmental Prediction / National Center of Atmospheric Research）衛星同化 （reanalysis）的資料（Kalnav et al., 1996），原始解出的資料為網格 2.5°，每日 4 筆。利用內插法求出在 KK 站（18°N, 116°E）的數值， 再以日平均值作為南海風場的資訊；西菲律賓海、台灣西部近岸和東. 26.
(38) 海的部分，主要是利用中央氣象局分別位於蘭嶼、東吉島和彭佳嶼的 氣象觀測站，採取日平均資料作為通量運算時使用。 （b） 探測報告：研究船在到站後會記錄作業時的風場（風速及風向） 及氣溫資料，可用它來比對 NCEP/NCAR 的資料，驗證衛星資料的可 信度。. 2.6 二氧化碳之海氣交換通量計算 二氧化碳海氣交換的通量（F, flux）可利用海洋氣體交換模式來 估算（Liss and Slater, 1974；Liss and Merlivat, 1986；Broecker and Peng, 1982；Wanninkhof, 1992），此法是使用交換傳動速率當作一個正比 常數，乘以 CO2 於海氣間之濃度梯度，其方程式如下，. F = K × (ΔfCO2 ) = k × α × ( fCO 2W - fCO 2 A ). ……2.1. 其中 K（氣體交換參數）＝ k×α（k：傳輸速率； α ：氣體溶解 度），fCO2W 和 fCO2 A 分別是 CO2 在表水和上部空氣的部份分壓。氣 體交換速率（k）由二個主要元素決定而得：風速（µ, 10m height）和 史密斯數值（Sc）。Sc 是受溫度決定的參數（Sc=ν/D; ν=海水之動力 黏度；Ｄ是 CO2 氣體擴散係數)，Ｓc 可由經驗方程式（Wanninkhof, 1992）推算出來： 27.
(39) Sc=A－Bt＋Ct2－Dt3 其中 t 為溫度（oC），A＝2073.1; B=125.62; C=3.6276; D=0.043219. CO2 的溶解度（α, mol/kg atm）與水溫和鹽度有關，亦是經由方 程式計算而得（Weiss, 1974）。 氣體傳動速率 k 值亦由短時間觀測風速的經驗公式 （Wanninkhof, 1992）推算出：. k = 0.31u 2 (Sc / 660 ). −1 2. ……2.2. 式中的風速 μ 的資料來自於 NOAA/NCEP 全球平均風場資料與 中央氣象局的風場資料。 △fCO2（=fCO2 W－fCO2 A）指的是海水與大氣中之二氧化碳的分 壓差，△fCO2 決定了海洋與大氣間的二氧化碳傳輸方向，當△fCO2 ＜0，即代表海水中的二氧化碳是未達到飽和的，此時二氧化碳會由 大氣傳輸進入到海洋，這時候海洋對大氣中的二氧化碳是作為匯；相 對地，當△fCO2＞0，即代表海水中的二氧化碳是過飽和的情況，這 時二氧化碳會由海洋傳輸釋放到大氣，這時候海洋對大氣中的二氧化 碳是作為源。. 28.
(40) 第三章 結果 3.1 二氧化碳與水文及化學參數之空間變化 台灣周遭海域的南北緯度差異有 13.5°，其水文及化學的分佈變 化差異亦大，主要受控於各個水團（例：黑潮及菲律賓海水，高溫高 鹽；南海水，高溫次鹽）的特性分佈和地理水文影響（例：河川溪水 輸入低溫低鹽的淡水和湧升流將低溫高鹽的底層水帶至表層）。於 2008 年晚春到初夏期間（5 月 28 日~7 月 13 日）將所測得之表水與 大氣中的二氧化碳和水文及化學參數（溫度（Temperature, ℃）、鹽 度（Salinity）、營養鹽（NO2 和 NO3, μM）、透光度（light transmission, %）及葉綠素 a（Chl-a, mg/m3）），繪製成濃度空間分佈圖（contour ），以便瞭解台灣周遭海域各參數之分佈差異，並探討其主要成因， 其相關參數的結果簡述如表 3.1。. 3.1.1 水文及化學參數 台灣周遭海域的水文及化學參數之空間變化分佈，如圖 3.1~圖 3.5 所示。 在南海海域水文參數整體變化不大，其呈現一個西北－東南梯度 變化的趨勢，平均溫度為 28.4±0.7 ℃（25.8~29.4 ℃，n=1400）、鹽. 29.
(41) 度為 33.9±0.3（32.9~34.3，n=1400） 、營養鹽為 0.002±0.004 μM（0~0.010 μM，n=14）、透光度為 93. 1±1.8 %（85.3~96.5 %，n=1400）和葉綠 素 a 為 0.22±0.11 mg/m3（0.11~1.4 mg/m3，n=1400）。於水深較淺（ <100 m）的較北方區域（L1 測線，如附錄一）有著低溫低鹽（T = 25.8~27.3 ℃, S = 33.6~34.1）、低透光度（76.1~91.9 %）、較高的營 養鹽（~0.004 μM）和高葉綠素 a（0.3~1.4 mg/m3）的特性；相對的， 在水深較深的南方區域及 SEATS 站（L2 測線，如附錄一）則有著高 溫高鹽（T = 28.4~28.9 ℃, S = 33.6~33.9）、高透光度（94.6~96.2 % ）、低營養鹽（<D.L.）和低葉綠素 a（0.1~0.3 mg/m3）的特性。航次 執行過程受到降雨影響，使得在測站 12 及測站 18 的觀測區域的溫、 鹽度有著明顯下降的趨勢。 在西菲律賓海海域，於研究期間水團明顯受到離岸遠近及降雨的 影響，而有著東－西向的梯度變化，平均溫度為 29.5±0.4 ℃（27.9~30.2 ℃，n=840）、鹽度為 34.2±0.3（32.9~34.4，n=840）、透光度為 93.8±1.6 %（81.4~95.0 %，n=840）和葉綠素 a 為 0.13±0.09 mg/m3（0.09~0.11 mg/m3，n=840），營養鹽根據前人於夏季時期所調查之結果也是相 當低 <0.1 μM（Lee Chen et al., 2008）。在台灣近岸區域（水深<1000 m）（如附錄一），是屬於低溫低鹽（T = 27.9~29.3 ℃, S = 32.9~33.9 ）、低透光度（81.4~93.6 %）和高葉綠素 a（0.1~1.0 mg/m3）；相對 30.
(42) 的，在菲律賓海盆（水深>4000 m）的離岸區域（如附錄一）有著黑 潮及西菲律賓海水的特性，是屬於高溫高鹽（T = 28.5~30.2 ℃, S = 33.7~34.4）、高透光度（89.0~95.0 %）和低葉綠素 a（0.1~0.2 mg/m3 ）。在回程的途中，由於降雨影響，使得鹽度有著明顯的變化。 在台灣西部近岸海域，由於取樣點位在台灣沿岸，因此在河口區 域明顯受到河川的影響，然在台灣東北方的湧升區，觀察到特殊的水 文特性（如附錄一）。平均溫度為 28.3±0.5 ℃（26.0~30.0 ℃，n=836 ）、鹽度為 33.8±0.3（32.3~34.2，n=836）、透光度為 85.3±8.6 %（ 3 28.7~93.9 %，n=836）和葉綠素 a 為 0.53±0.36 mg/m（0.13~0.51 mg/m3. ，n=836），營養鹽的部分以 Naik 和 Chen（2008）文獻記載最高濃 度出現在台灣海峽西側其值可達 15 μM，東側則僅有 4 μM。在河口 區域，有著低鹽（S = 32.9~33.7）和低透光度（28.7~70.0 %）的特性 ，受限於水深較淺的影響，葉綠素 a 整體沒有明顯的變化趨勢，唯有 在曾文溪口發現到較高的葉綠素 a 值（0.6 ~2.9 mg/m3）。而在台灣東 北方的湧升區，有著低溫高鹽（T = 26.0~27.9 ℃, S = 34.0~34.2）、高 葉綠素 a（0.4 ~0.9 mg/m3）的特性。 在東海海域，其水團分佈是較為複雜的，東側主要受到黑潮水影 響，西側主要受到河川注入（長江和閩江）及沿岸湧升流的影響。整 體呈西北－東南之梯度變化，主要是受控於長江沖淡水的注入及黑潮 31.
(43) 水侵入東海陸棚之間的消長（如附錄一）。平均溫度為 27.6±1.4 ℃（ 22.7~30.0 ℃，n=1497）、鹽度為 32.3±2.7（19.1~34.2，n=1497）、 營養鹽為 4.7±9.5 μM（0.02~32.2 μM，n=33）、透光度為 80.2±14.8 % （13.9~91.9 %，n=1497）和葉綠素 a 為 1.82±4.23 mg/m3（0.13~34.01 mg/m3，n=1497）。在東海的東側，此部分的水團特性與在西菲律賓 海東側所觀察之結果相似，皆有黑潮之高溫高鹽（T = 27.5~29.1 ℃, S = 34.0~34.1）、高透光度（90.0~91.7 %）、低鹽養鹽（0.02~0.14 μM ）和低葉綠素（0.3 ~0.8 mg/m3）的特性；在西側部分的沿岸湧升流 ，其特性呈低溫高鹽（T = 24.4 ~26.4 ℃, S = 33.2~34.2）、高營養鹽 （4.6~32.2 μM） 、低透光度（43.7 ~86.7 %）和高葉綠素 （ a 1.0~2.9 mg/m3 ）；而在閩江及長江沖淡水舌（plume）的區域，則是低溫低鹽（T = 22.7~27.7 ℃, S = 19.1~31.0）、高營養鹽（4.7~28.8 μM）、低透光度 （18.5~88.0 %）和高葉綠素 a（0.6~34.0 mg/m3）的特性。 從衛星分佈來看（如附錄二所示），整體海面溫度分佈由北至南 遞減，尤其在東海海域海面溫度也呈現由西向東遞增的趨勢，這衛星 分佈梯度與實際觀測之結果機乎是吻合的。而在 SeaWiFS 衛星所觀 測到的葉綠素ａ部分（如附錄三所示），由於受到雲層的影響使得局 部區域的資料過於缺乏，但在近岸的部分皆可觀測到較高的葉綠素 a. 32.
(44) ，特別是在中國大陸的沿岸，其葉綠素 a 均是大於 5 μg/l；也可明顯 地看出在晚春到初夏時期，東海海域的葉綠素ａ是高於其它海域。. 表 3.1 表水與大氣中的二氧化碳和水文及化學參數之簡表 研究區域. 南海. 西菲律賓海. 台灣西部近岸. 東海. 航次. OR1_866. OR1_868. OR1_869. OR1_870. 日期. 05/28~06/06, 2008. 06/18~06/23, 2008. 06/26~07/01, 2008. 07/03~07/13, 2008. 28.4±0.7 (n=1400) 33.9±0.3. 29.5±0.4 (n=840) 34.2±0.3. 28.3±0.5 (n=836) 33.8±0.2. 27.6±1.4 (n=1497) 32.3±2.7. 21.5±0.2. 21.3±0.2. 21.4±0.3. 20.5±1.8. 93.1±1.8. 93.8±1.6. 85.3±8.6. 80.2±14.8. 0.2±0.1. 0.1±0.1. 0.5±0.4. 1.8±4.2. NO2 & NO3 (μM). 0.002±0.004 (n=14). n. a.. n. a.. 4.7±9.5 (n=33). fCO2W (μatm) fCO2 A (μatm) △fCO2. 392.3±16.3 (n=1400) 371.6±2.4 (n=600) 17.7±17.3 (n=1400). 377.6±5.8 (n=840) 372.2±1.2 (n=360) 5.4±5.9 (n=840). 390.7±10.4 (n=812) 377.7±6.0 (n=348) 13.0±12.8 (n=812). 377.7±69.4 (n=1497) 373.4±4.9 (n=642) 4.3±68.6 (n=1497). 9.7. 10.6. 5.3. 8.8. 1.74±2.06. 0.54±0.59. 0.29±0.18. 0.28±4.94. ＊. Temp. (℃). Salinity Density (kg/m3) Light (%) Chl-a (mg/m3). (μatm) Wind (m/s) Flux (mol C/m2/yr). *所採用的水文及化學參數資料筆數同於溫度（南海 n=1400, 西菲律 賓海 n=840, 台灣西部近岸 n=836, 東海 n=1497; n. a. = not available）. 33.
(45) *T= 27.6±1.4℃ (22.7~30.0 ℃, n=1497）. T= 28.3±0.5℃ (26.0~30.0 ℃, n=836）. T= 29.5±0.4℃ (27.9~30.2 ℃, n=840）. T= 28.4±0.7℃ (25.8~29.4 ℃, n=1400）. 圖 3.1 台灣周遭海域之溫度分佈圖（*T：即代表所採集資料中的溫度 幾何平均±標準偏差（溫度範圍，資料筆數））. 34.
(46) *S= 32.3±2.7 (19.1~34.2 , n=1497）. S=33.8±0.3 (32.3~34.2 , n=836）. S=34.2±0.3 (32.9~34.4, n=840）. S=33.9±0.3 (32.9~34.3, n=1400）. 圖 3.2 台灣周遭海域之鹽度分佈圖（*S：即代表所採集資料中的鹽度 幾何平均±標準偏差（鹽度範圍，資料筆數））. 35.
(47) *N+N= 4.74±9.48μM (0.02~32.24μM, n=33）. N+N= 0.002±0.004μM (0~0.010μM, n=14）. 圖 3.3 台灣周遭海域之營養鹽濃度分佈圖（*N+N：即代表所採集資 料中的 NO2 與 NO3 加總之幾何平均濃度±標準偏差（營養鹽濃度範 圍，資料筆數））. 36.
(48) *Light= 80.2±14.8 % (13.9~91.9 %, n=1497）. Light= 85.3±8.6 % (28.7~93.9 %, n=836）. Light= 93.8±1.6 % (81.4~95.0 %, n=840）. Light= 93. 1±1.8 % (85.3~96.5 %, n=1400）. 圖 3.4 台灣周遭海域之透光度分佈圖（*Light：即代表所採集資料中 的透光度幾何平均±標準偏差（透光度範圍，資料筆數））. 37.
(49) *Chl-a= 1.82±4.23 mg/m3 (0.13~34.01 mg/m3, n=1497）. Chl-a= 0.53±0.36 mg/m3 (0.13~0.51 mg/m3, n=836）. Chl-a= 0.13±0.09 mg/m3 (0.09~0.11 mg/m3, n=840）. Chl-a= 0.22±0.11 mg/m3 (0.11~1.42 mg/m3, n=1400）. 圖 3.5 台灣周遭海域之葉綠素 a 濃度分佈圖（*Chl-a：即代表所採集 資料中的葉綠素 a 幾何平均濃度±標準偏差（葉綠素 a 濃度範圍，資 料筆數））. 38.
(50) 3.1.2 大氣二氧化碳 台灣周遭海域大氣二氧化碳分壓的分佈，如圖 3.6 所示。研究發 現大氣中之二氧化碳分壓在各海域並非均勻分佈。在較靠近陸地的區 域（台灣、中國大陸、呂宋島），其大氣二氧化碳含量較高；遠離陸 地其濃度則低，高低濃度相差可達 35 μatm。 南海的大氣二氧化碳分壓變化幅度不大（368.5 ~380.2 μatm）， 約 12 μatm ，平均為 371.6±2.4 μatm（n=600）。濃度較高的區域出現 在近岸的地區（台灣（高雄）的西南方（380.1 μatm）、大陸（廣東 ）的東南方（380.2 μatm）和呂宋島的北方（377.8 μatm），整體分佈 呈現由西北（最高濃度區域的大陸東南方）往東南遞減之趨勢。 西菲律賓海的大氣二氧化碳變化幅度近約 13 μatm，範圍在 370.0~382.5 μatm，平均為 372.2±1.2 μatm（n=360）。在此海域的大 氣二氧化碳與南海相當，相較其他海域是屬偏低且變化較小之區域， 其最高濃度區域則是出現在接近台灣南端（屏東）的近海區域（約 377.8 μatm）。 台灣西部近岸河口區域的大氣二氧化碳變化幅度將近 30 μatm， 範圍在 370.0~399.8 μatm，平均為 377.7±6.0 μatm（n=360）。在這海 域的二氧化碳測值明顯看出是受到陸源人為物質的影響，其中最高濃 度是發生在接近於桃園的近海（399.8 μatm），次高濃度是發生在接 39.
(51) 近於高雄（386.1 μatm）及新竹的近海（389.7 μatm），偏高的濃度則 是發生在接近於雲林（377.5 μatm）與彰化 （378.2 μatm）和台北近 海（382.04 μatm）。以上這些區域在臨海地區皆有較高密度的工業、 焚化爐與發電廠，推估在這外海區域的高二氧化碳含量皆受到當時陸 源傳輸和風場的影響。 東海大氣二氧化碳變化幅度約有 35 μatm，範圍在 367.4~402.2 μatm，平均為 373.4±4.9 μatm（n=642）。這是由於大多數的二氧化碳 排放源均集中在中國大陸（福建、浙江）的近岸及台灣（台北）地區 ，以至於它的變化程度為四個海域之最。其中最高濃度是接近於大陸 沿海（402.2 μatm），次高濃度則是接近於台灣的近海（395.2 μatm） 。. 40.
(52) *fCO2A= 373.4±4.9μatm (367.4~402.2μatm, n=642）. fCO2A = 377.7±6.0μatm (370.0~399.8μatm, n=360）. fCO2A = 372.2±1.2μatm (370.0~382.5μatm, n=360）. fCO2A = 371.6±2.4μatm (368.5 ~380.2μatm, n=600）. 圖 3.6 台灣周遭海域之大氣二氧化碳分壓分佈圖（*fCO2A：即代表所 採集資料中的大氣二氧化碳分壓幾何平均±標準偏差（大氣二氧化碳 分壓範圍，資料筆數））. 41.
(53) 3.1.3 表水二氧化碳 春末夏初台灣周遭海域海表二氧化碳分壓的分佈，如圖 3.7 所示 。研究結果發現表水二氧化碳分壓在各海域分佈變化大小不一。在南 海、西菲律賓海和台灣西部近岸之表水二氧化碳濃度變化幅度範圍約 36.8~63.3 μatm；然而，最大的表水二氧化碳變化程度則是出現在東 海海域，其表水二氧化碳的變化差異可達 544.8 μatm，主要是由於此 海域的水團特性複雜，有著許多不同來源的水團（沿岸湧升流、長江 沖淡水、黑潮、閩江沖淡水）出現。 南海表水二氧化碳變化幅度有 63 μatm，範圍在 352.3~415.6 μatm ，平均為 389.3±16.5 μatm（n=1400）。在此海域低濃度的表水二氧化 碳（352.8~371.46 μatm）均是出現在水深小於 200 m 的區域，部分在 水深 1000~2000 m 間的等深線範圍（352.3~384.9 μatm）；而高濃度 的表水二氧化碳則分別出現在南海的西南方（靠近南海海盆中心）（ 408.4~415.6 μatm）和巴士海峽的附近（394.5~401.6 μatm），這些都 位在水深較深的區域，生物作用少，主要反應水溫變化為主。 西菲律賓海的表水二氧化碳變化範圍在 346.9~399.0 μatm，其高 低值差異約 53 μatm，平均為 377.6±5.8 μatm（n=840）。此海域的表 水二氧化碳分佈，除了接近台灣沿海區域受到生物作用的影響而呈現. 42.
(54) 低值外，其餘的區域主要是反應黑潮及大洋西菲律賓海海水的特性， 其表水二氧化碳濃度均是介於 380.0~390.0 μatm 之間。 台灣西部近岸的表水二氧化碳變化範圍在 370.5~407.3 μatm，平 均為 389.2±4.8 μatm（n=836）。此海域的表水二氧化碳之變化幅度是 四個海域中較少；唯有在台灣東北湧升區有測值略微偏高（ 394.6~399.6 μatm）。 東海的表水二氧化碳變化幅度最大（約有 645.0 μatm），範圍從 162.1 到 706.9 μatm，平均為 377.7±69.4 μatm（n=1497）。此海域的 表水二氧化碳受到水團分佈不同造成明顯的差異分佈，較高的值是出 現在沿岸湧升流區（~677.0 μatm）和長江湧升區（~706.9 μatm），主 要皆是受到底部的碳源向表層傳輸和河川注入時底部擾動的影響；較 低的值則是出現在長江沖淡水舌（~162.1 μatm）和閩江沖淡水舌區域 （~216.7 μatm），這是由於河川在這些區域挾帶了豐富的營養鹽，進 一步地促進浮游植物生長，進而消耗了表水的二氧化碳含量。. 43.
(55) *fCO2W= 377.7±69.4μatm (162.1~706.9μatm, n=1497）. fCO2W = 389.2±4.8μatm (370.5~407.3μatm, n=836）. fCO2W = 377.6±5.8μatm (346.9~399.0μatm, n=840）. fCO2W = 389.3±16.5μatm (352.3~415.6μatm, n=1400）. 圖 3.7 台灣周遭海域之表水二氧化碳分壓分佈圖（*fCO2W：即代表所 採集資料中的表水二氧化碳分壓幾何平均±標準偏差（表水二氧化碳 分壓範圍，資料筆數））. 44.
(56) 3.1.4 二氧化碳分壓差 二氧化碳分壓差（△fCO2）主要是利用表水二氧化碳（fCO2 W） 減去大氣中之二氧化碳（fCO2A）。台灣周遭海域二氧化碳分壓差之 空間變化，如圖 3.8 所示，整體分佈趨勢接近於表水二氧化碳的分佈 情況。二氧化碳分壓差呈現負值（即代表著匯，sink）的海域，皆是 發生在沖淡水舌區域及水深較淺的區域，因為在這些區域皆有著較高 的營養鹽，葉綠素 a 濃度也相對的增加，明顯地表水二氧化碳被生物 吸收（uptake）；而二氧化碳分壓差呈現正值時（即代表著源，source ），主要都是發生在沿岸湧升流及河口湧升的區域，這是受到底部的 碳源向表層傳輸和河川注入時的擾動影響；相對地，在南海中心海盆 及西菲律賓海盆的大洋區域，所葉綠素 a 的濃度反應上機乎是小於 0.3 mg/m3，這是相當低的生物量。 南海的二氧化碳分壓差變化範圍在-25.2~+45.3 μatm，平均為 17.7±17.5 μatm（n=1400）。在此海域主要的 sink 區域，一部分集中 在海流將進入台灣海峽的區域（-7.4~-1.8 μatm），另一部分則是在水 深較淺的陸棚區域，受到海底地形劇烈抬升影響（-19.1~-13.5 μatm） ；相對地，強烈的 source 區域則是在南海海盆中心（38.1~45.3 μatm ），往北逐漸遞減，且在巴士海峽的部分也呈現一個稍弱的 source（ 21.9~29.0 μatm）。 西菲律賓海的二氧化碳分壓差變化範圍在-23.5~+27.7 μatm，平 均為 5.4±5.9 μatm（n=840）。此海域的二氧化碳分壓差是呈現較穩定 的情況，在接近台灣沿岸區域，其少部分是呈現 sink 區域（-0.1~-23.5 μatm），由西（台灣沿岸）向東（西菲律賓海）逐漸從 sink 轉為 source ，主要是在近岸部分受到生物作用的影響而呈現出 sink。. 45.
(57) 台灣西部近岸的二氧化碳分壓差變化範圍在-15.6~+34.9 μatm， 平均為 11.3±7.4 μatm（n=836）。大部分區域二氧化碳分壓差皆是正 值為 source；唯有在受到陸源影響的近岸地區，是個 sink。 東海的二氧化碳分壓差變化劇烈，其範圍在-210.5~+327.4 μatm ，平均為 4.3±68.6 μatm（n=1497）。此海域的二氧化碳分壓差的分佈 與海水中之二氧化碳的分佈型態幾乎類似。主要的 source 區域在沿岸 湧升流區（2.0~327.4 μatm）和長江湧升區（2.5~300.4 μatm）；相對 地，主要的 sink 區域在長江沖淡水舌（-0.2~-210.5 μatm）和閩江沖淡 水舌（-2.9~-153.1 μatm）區域。而在陸棚混合區域則是呈現出較複雜 的水團分佈，其二氧化碳分壓差界於-32.5~14.3 μatm。. 46.
(58) *△fCO2= 4.3±68.6μatm (-210.5~+327.4μatm, n=1497）. △fCO2= 11.3±7.4μatm (-15.6~+34.9μatm, n=836）. △fCO2= 5.4±5.9μatm (-23.5~+27.7μatm, n=840）. △fCO2= 17.7±17.5μatm (-25.2~+45.3μatm, n=1400）. 圖 3.8 台灣周遭海域之大氣與表水的二氧化碳分壓差分佈圖 （*△fCO2：即代表所採集資料中的大氣-表水二氧化碳分壓差之幾何 平均±標準偏差（大氣-表水二氧化碳分壓差範圍，資料筆數））. 47.
(59) 第四章 討論 4.1 溫度-鹽度（T-S）分佈圖 台灣周遭海域水文變化複雜，主要有南海水、黑潮水、長江沖淡 水和台灣河川溪水等不同來源的水相互混合的結果。這些不同性質之 水體，會因季節性的不同，水團消長運動亦不同，因此構成了台灣周 遭海域的特殊水文特性。本研究於南海、西菲律賓海、台灣西部近岸 和東海有基本水文採樣的測站，分別有 14、3、24 和 33 站，其表水 溫度與鹽度之相互關係如圖 4.1 所示。溫鹽圖（T-S diagram）之結果 顯示在東海海域有著明顯的海、淡水混合，溫鹽較低的測站，主要是 受到大陸長江和閩江溪水匯入所致。台灣海峽的水則是南海水、黑潮 支流和河川沖淡水的混合結果，其測值分佈南海水及黑潮典型的溫鹽 特徵附近，鹽度小於南海水的部分，則是受到河川注入淡水之影響。 南海水及菲律賓海水則明顯分佈於南海水及黑潮典型的溫鹽特徵線 上或之間。 由於東海水團主要隨洋流影響以外，還牽涉到本身地理環境的影 響；本研究為了細部探討各個局部區域的二氧化碳變化，因此將歧異 度高之水團的溫鹽特性呈現於表 4.1，主要將東海區分成高溫高鹽 （27.5 < T < 29.1, 34.0 < S < 34.5）的黑潮水、低溫高鹽的沿岸湧升水 （24.4 < T < 26.4, 33.2< S < 34.5）、低溫低鹽（22.7< T < 27.7, 19.1 < S < 31.0）的長江沖淡水、及次低溫次低鹽的（26.4< T < 27.3, 32.0 < S < 33.2）閩江沖淡水和混合過程後所構成的陸棚混合水（26.4 < T < 27.7, 31.0 < S < 34.0），其水團型態之分佈情況如圖 4.2 所示。. 48.
(60) （a）. （b）. 圖 4.1 台灣周遭海域表水溫度與鹽度之關係圖（SCSW：南海水，KW ：黑潮水；(a)以溫度 24~31℃、鹽度 20~36 作為邊界，表示所有採樣 測站的值，(b)為(a)之局部放大。以溫度 24~31℃、鹽度 31~35 作為邊 界，主要為顯現南海水與黑潮水間的 T-S 分佈情況）. 49.
(61) 表 4.1 東海水團的溫鹽特性（2008 年 7 月 3 ~13 日） Water type Kuroshio Water（KW） Costal Upwelling Water（CUW） Changjiang Diluted Water（CDW） Changjiang Upwelling Water（CUW） Minjiang Diluted Water（MDW） Taiwan Strait Warm Water（TSWW） Shelf Mixing Water（SMW） （including Taiwan Strait Warm Water, Kuroshio Water and Diluted Water）. Temperature（T）. Salinity（S）. 27.5 < T < 29.1. 34.0 < S < 34.5. 24.4 < T < 26.4. 33.2< S < 34.2. 22.7 < T < 27.7. 19.1 < S < 31.0. 22.7 < T < 25.7. 21.3 < S <28.6. 26.4 < T < 27.3. 32.0 < S < 33.2. 27.1 < T < 27.9. 32.4 < S < 33.7. 26.4 < T < 27.7. 31.0 < S < 34.0. （Kuroshio(KW):黑潮水, Coast Upwelling Water(CUW):沿岸湧升水, Changjiang Diluted Water(CDW):長江沖淡水, Changjiang Upwelling Water(CUW):長江湧升水, Minjiang Diluted Water(MDW): 閩江沖淡 水, Shelf Mixing Water(SMW): 陸棚混合水; Taiwan Strait Warm Water(TSWW):台灣海峽暖水。由於台灣海峽暖水與陸棚混合水之特 性相近，因此本研究將此兩者水團合併討論）. 50.
(62) 圖 4.2 東海水團型態之分佈示意圖（2008 年 7 月 3 ~13 日）（以表 4.1 中各水團的溫鹽特性繪製而成）. 51.
(63) 4.2 二氧化碳航跡時序與水文及化學參數之關係 利用二氧化碳航跡時序（Cruise time-series profile）與各水文及化學參 數（溫度、鹽度、透光度、葉綠素 a）之關係，觀察海水和大氣二氧 化碳隨航跡時間變化與各參數間變化的關係。另外，本文也對海水中 之二氧化碳作正規化（Normalized）處理，將其標準回規至基準溫度 （各海域航次期間之平均溫度）下的含量(NfCO2W)，以扣除各個海域 二氧化碳受溫度作用的影響，每個二氧化碳測值在同一基準溫度下作 比較並研判與各參數的關係，如式 4.1 所示（Takahashi, 2002） NfCO2W = fCO2Wobs × exp [0.0423(TWmean-TWobs)]. ……4.1. NfCO2W：fCO2 之觀測值 Tmean：測量期間溫度的平均值 Tobs：溫度之觀測值 同時將正規化前與後的海水二氧化碳分佈作比較，判斷海水二氧 化碳變化受控於溫度或非溫度作用的影響，其結果均呈現於圖 4.3~ 圖 4.6 的（d）圖。. 4.2.1 南海 南海擁有著開放性大洋及邊緣海（陸棚）的特性，靠近陸棚區域 容易受到海底地形影響，依據附錄一可得知，越靠近陸棚地區混合層 深度的比率越高，造成在部分測站有擾動的現象，故此海水二氧化碳 和其他的參數有明顯的空間變化（圖 4.3）。一般來說，靠近大陸及 台灣（水深小於 2000 m）的區域（測站 11、14、26、12、14、16、4 、2 及 1），其表水二氧化碳濃度低；近南海 SEATS（KK）測站（. 52.
(64) 南海海盆）和巴士海峽附近（測站 6、4），表水二氧化碳呈現高值 。海水中二氧化碳的分壓（fCO2w）分佈與正規化在航次平均溫度 28.4 ℃下海水中二氧化碳分壓（NfCO2）的整體趨勢大略一致，除了航跡 從測站 18 到 12 之間（Julian day（j-d）=154.4~155.8）表水二氧化碳 分壓明顯的隨溫度遞減而下降外，其餘的溫度變化並不明顯，故溫度 所造成的效應也較一致。 此航次從台灣經測站 11 到 18 之間（j-d= 149.7），溫鹽及透光度 有明顯上下跳動。海水二氧化碳似隨鹽度跳動，並向 SEATS 站逐漸 遞增。從測站 18 到 SEATS 站（j-d=151.8~153.6），顯示 fCO2w 也隨 著鹽度上升而提高，推測兩邊水團性質不同，兩者混合的效應所致， 而在 SEATS 站停留了約兩天（j-day=151.8~153.6），水溫隨日夜變 化略有起伏有 0.6℃差異（T=28.5~ 29.1 ℃），fCO2w 也隨著溫度而有 日夜的改變約 7.2 μatm（408.4～415.6 μatm）。 在 SEATS 站啟航回程，行經測站 18，因整體區域與 18 站到 SEATS 站區域相近，亦發現 fCO2w 與鹽度有相似的變化。在測站 18 到 12 之間（j-d=154.4~155.8），主要為陸棚地區並受到鋒面影響， 大量降雨、溫度下降、鹽度受擾動及期間葉綠素 a 的濃度較高並有三 個峰值，峰值的出現都似乎對應 fCO2w 的低值。整體來說，在此期間 fCO2w 隨溫度下降而遞減，亦即 fCO2w 的變化主要受溫度控制。 於測站 12 到 16（j-d=155.8~156.6），開始遠離鋒面地區，降雨 量下降，溫度回升，並遠離陸棚，底深加深，葉綠素 a 的濃度略微降 低，而 fCO2w 與 NfCO2 趨勢一致，推測此區域 fCO2w 之變化主因並 非是溫度，其 fCO2w 濃度提升可能是因為遠離陸棚地區造成葉綠素 a 濃度下降，生物消耗二氧化碳的能力降低所致；也可能是因為測站 12 到 16 的區域之環流變化表現出高低 fCO2w 濃度之間的混合現象。 53.
(65) 航跡中，測站 16 到 6 間（j-d=156.6~157.0），fCO2w 呈現一個下 凹的低值，期間溫度變化不顯著，反應出 NfCO2 趨勢與 fCO2w 一致， 溫度並非其期間主要的控制因素，同時期間遠離陸源，底深大於三千 公尺，底層的 DIC 不易帶入表層，而葉綠素的值呈現上凸峰值，推 測浮游生物吸收，使得 fCO2w 變低。 最後，由測站 6 回到測站 1（j-d=157.0~158.2），在此期間底深 有明顯的變化，過測站 3 之後進入陸棚地區，葉綠素 a 的濃度趨勢越 靠近陸棚值越高，而溫度在測站 6 到 4 間變化並不明顯，但到陸棚區 域有降溫的現象，溫度與生物兩者效應的加乘，使區域中測站 6 到測 站 4，fCO2w 逐漸上升，但靠近陸棚區域 fCO2w 呈現低值。. 54.
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