北太平洋秋刀魚中汞的生物累積和食物傳輸
李俞靜、曾皓、張以杰及曾鈞懋 秋刀魚(Cololabis saira)是一種小型中上層魚類,廣泛分布於北太平洋,從亞熱帶到亞北極地區,具有重要的經濟、營養及文化價值。
李俞靜、曾皓、張以杰及曾鈞懋 秋刀魚(Cololabis saira)是一種小型中上層魚類,廣泛分布於北太平洋,從亞熱帶到亞北極地區,具有重要的經濟、營養及文化價值。
Yuting Vicky Lin a, Pierre-Alexandre Château b, Yoko Nozawa c d e, Chih-Lin Wei a, Rainer Ferdinand Wunderlich f g, Vianney Denis a a Institute of Oceanography, National Taiwan University, Taipei 10617, Taiwan b Department of Marine Environment and Engineering, National Sun Yat-Sen University, Kaohsiung 80420, Taiwan c Tropical Biosphere [...]
You-Wei Tzeng, Pan-Wen Hsueh, Chih-Lin Wei 國立臺灣大學海洋研究所博士後研究員曾宥維、魏志潾老師和中興大學生命科學系薛攀文老師,於2024年的五月在
由海洋所博士候選人許蓁、張以杰老師,以及美國華盛頓大學的André E. Punt教授,美國國家海洋漁業局(NOAA)太平洋島嶼漁業科學中心Jon Brodziak、日本水產研究所的Mikihiko Kai博士組成的國際合作團隊。該團隊合作發展了一種新的研究方法,利用演化生態學和生殖生物學的數值模擬分析,評估魚類族群入添量(recruitment)的韌性。這項研究成果在漁業管理和資源保育方面具有重要意義。這一分析方法解決了目前漁業資源評估常面臨的問題,即缺乏可靠且長期的魚類族群產卵親魚量與入添量數據,從而導致對魚類族群韌性估計存在高度不確定性的挑戰。通過將演化生態學和生殖生物學的知識融入模型,研究團隊能夠更準確地評估魚類族群的入添韌性,這對於未來的漁業管理和生態保護至關重要。這項研究成果於2024年4月刊登在《ICES Journal of Marine Science》期刊上。感興趣的讀者可以閱讀全文以獲取更多資訊: Hsu, J., Chang, Y.J.*, Brodziak, J., Kai, M., Punt, A.E. (2024). On the probable distribution of stock-recruitment resilience of Pacific saury (Cololabis saira) in the Northwest Pacific Ocean. ICES Journal of Marine Science, 1-12. https://doi.org/10.1093/icesjms/fsae030 氣候變遷對魚類的成長、繁殖和入添量等生物特性造成影響。這導致資源評估結果和漁獲量配額估計值存在高度的不確定性,進而對漁業管理成效和資源永續性帶來負面影響。魚類族群的入添韌性,即產卵親魚量與入添量關係曲線的「陡度」數值(steepness),是魚類在面對環境變化時的重要指標,影響族群量的恢復能力,同時也是決定漁業管理參考點的關鍵生活史參數之一。然而,由於缺乏可靠且長期的魚類族群產卵親魚量與入添量數據,對魚類陡度的估計存在著高度的不確定性。本研究以秋刀魚為例,利用幼生存活率及生活史參數,應用蒙地卡羅模擬方法考慮輸入參數的不確定性(見圖一),並進行敏感度分析,以估算秋刀魚的陡度數值。同時,研究探討了各生活史參數對於陡度估計的相對重要性。此外,研究還進一步探討了在不同氣候變遷情境下秋刀魚的入添韌性,以了解所面臨的氣候變遷風險。 圖一、秋刀魚生活史參數及其未確定性。 研究結果顯示,根據最佳的秋刀魚幼生死亡率及生活史知識,估計陡度的中位數為0.82(80%可能範圍:0.59至0.93)(見圖二)。這個結果代表,即使秋刀魚族群的產卵生物量減少到未開發時的20%,仍可產生相對高比例的入添量。此外,敏感度分析結果指出,秋刀魚的陡度受幼生死亡率、平均體重、成長和性成熟體長等因素的影響最為敏感。在各種可能的氣候變遷情境下,我們發現不利的環境條件(例如水溫上升)可能會導致幼魚的成長、體重和存活率下降,進而降低秋刀魚族群的韌性(見圖三)。 圖二、估計秋刀魚陡度的分布。垂直實線和垂直虛線分別表示陡度的平均值和中位數。 圓圈表示每個區間 (0.01) 的平均陡度值,而灰色時線為標準差。 圖三、五個不同環境情境下秋刀魚估計陡度的盒狀圖。情境1為目前環境和生活史參數的變異係數 (CV) [...]
由本所張以杰,蕭仁傑老師及本校生物機電工程學系馬琮翔同學及郭彥甫老師等研究人員所組成的臺灣大學跨領域研究團隊,利用AI深度學習技術建立了一套以耳石影像進行太平洋黑鮪(Thunnus orientalis)年齡自動判讀系統。該研究成果突破以人工方式進行年齡估計,減少時間及人員訓練成本,並提供開放平台供使用,這將有助於快速監控太平洋黑鮪年齡結構和族群變動,進而促進漁業資源的有效管理和保育。研究成果於2024年3月刊登在《Fisheries Research》期刊上。感興趣的讀者可以閱讀全文以獲取更多資訊: Ma, T.H.1, Chang, Y.J.1, Shiao, J.C., Jin, C.B., Kuo, Y.F. *(2024) Enhancing machine learning-based age estimation for Pacific bluefin tuna: An approach with data imputation and image augmentation strategies. Fisheries Research 274, 106992. https://doi.org/10.1016/j.fishres.2024.106992 太平洋黑鮪AI年齡估計網站: https://ml-tunaotolith.toolmenlab.bime.ntu.edu.tw 太平洋黑鮪資源在過去25年間曾經歷嚴重衰退,生物量從1996年開始下降,並在2010年達到歷史最低點。受到大環境影響,臺灣黑鮪季捕撈成熟黑鮪的產量在2012年創下新低,僅有711尾,重量僅214噸,較1999年減少了93%。隨著一系列嚴格的管理措施的實施,黑鮪資源在近10年已經開始恢復,並且近年來恢復速度更加迅速。 瞭解太平洋黑鮪的年齡資訊對於其生態學、漁業管理和保育至關重要。透過研究黑鮪的年齡資訊,我們可以瞭解魚群的生長速率、成熟年齡、壽命及年齡結構,進而更好地評估漁業壓力對魚類資源的影響,並制定相應的保護措施。最常見的年齡查定方法是計數耳石中形成的交替不透明和半透明區域(即生長帶)的數量。然而,該方法需要由有經驗的專家來進行,且過程中面臨諸多挑戰(核心及輪紋不清晰,偽輪紋,高齡魚年輪密集),這使得年齡判讀過程變得困難和耗時的任務。 圖一、太平洋黑鮪(Thunnus orientalis)不同年齡的耳石橫截面影像。每條魚的年齡由經驗豐富的讀者所估算(左上角數字為年齡)。 該研究探討應用卷積神經網絡(CNN)於太平洋黑鮪耳石影像上來進行年齡自動判讀的可行性。此外,為了提升模型的估計能力,並加入耳石重量,體重,體長作為輔助訓練。然而,耳石可能因為解剖取樣過程中破損(或其他因素)而導致耳石重量為缺失值。這一來導致可被用來作為CNN模型訓練的樣本數不足。為解決及探討以上問題,該研究共開發三個CNN模型來進行比較:(1)基準模型(Baseline);(2)耳石重量數據填補(Otolith Mass Imputation ,OMI)模型;及耳石重量數據填補與圖像增強(Otolith Mass Imputation and [...]
黃雍晉、張俊偉、謝志豪 自然科學中一個長久的課題,在於如何從歷史資料裡找出一個自然系統是否以及何時發生了動力學上(dynamics)的變化(亦稱為「穩態轉變(regime shift)」)。為解決這個問題,
陶曉航、謝志豪 由臺大海洋所陶曉航博士與謝志豪教授所領導的研究團隊,發展出嶄新的分析分法,用以探討族群內的空間結構如何變動。並將此方法運用在國際重要的經濟魚種
臺灣大學海洋研究所副教授賀詩琳與英國杜倫大學教授Erin McClymont共同引領國際團隊PlioVAR,發表距今三百萬年前全球氣候變遷事件成果,近期登上具高影響力的國際期刊——美國地球物理學會期刊《Reviews of Geophysics》。
由台大海洋所的碩士班學生洪偉哲、博士候選人許蓁、張以杰老師、謝志豪老師等研究人員及他們的合作夥伴所組成的漁業研究團隊,利用組織學方法及統計模型,深入研究了秋刀魚在漁撈季節期間的生殖動態變化以及影響因素。
楊箴芸、謝志豪 臺大海洋研究所謝志豪教授與碩士畢業生楊箴芸,使用新穎的研究船上實驗設計,首次提出海洋野外實驗之直接證據,支持“殺死勝利者”假說為調節海洋微生物多樣性的重要機制。本研究以東海微生物為研究對象,發表於2023年三月份之mSystems 期刊。 “殺死勝利者”假說(kill-the-winner hypothesis)旨要說明
張峰勳 謝志豪 臺灣大學海洋研究所張峰勲博士與謝志豪教授,分析東海南方海域的海洋浮游細菌群集間之生物多樣性,與其生態系統功能的關係。本研究於2023年2月發表於mSystem 期刊。
文:張明輝 瀑布景觀在臺灣山區相當普遍,常是吸引遊客駐足觀賞的景點,瀑布主要是河流流經坡度過於陡峭的河床甚或斷崖峭壁所造成,海洋裡有瀑布嗎?其實可以這樣想:海洋裡面有”河流”嗎?阿不就是海流,海洋裡面的山嗎?當然有啊,所以,答案是肯定的.
趙守恩、曾鈞懋 自工業革命以來,人類活動導致大氣中的二氧化碳 (CO2)濃度快速上升(增加~50%),加速全球環境變遷及暖化。海洋通過海氣交換作用吸收了約30%的人為二氧化碳,發揮了極重要的緩衝作用,卻也同時造成“海洋酸化”的問題,意味著海水逐年變酸(pH值下降),增強碳酸鈣(CaCO3)溶解,以及構成海洋生物威脅。因此,瞭解在人類活動影響下海洋碳酸鹽化學長期之變化極具重要。 本研究是以日本氣象廳自2010-2018年沿東海黑潮洋流所採集的9年時間連續資料進行分析,探究東亞西邊界洋流之海水酸化速率和二氧化碳分壓(pCO2)增加趨勢。台灣大學曾鈞懋教授實驗室發現黑潮表層海水pCO2每年增加3.70±0.57 µatm和pH減少0.0033±0.0009的趨勢,均顯著高於CO2海-氣平衡的預期速率和其他海洋時間序列研究報告的速率。其亦評估海洋暖化下東海黑潮海域CO2循環的驅動因素、過程、通量和影響:首先,確定了在總無機碳(DIC)不斷輸入之趨勢下,海水變暖導致pCO2增加和酸化速率加速;由於海水pCO2的增加速度快於大氣,觀察到海氣交換吸收CO2的年均通量從0.8至0.4 mol C m-2 y-1顯著下降(約50%);若持續目前暖化及CO2增加速度的趨勢下,於2030-2040年間東海黑潮海域可能從吸收大氣CO2(匯),轉而釋出到大氣 (源)。 總結: 此研究探討了海水增溫及DIC額外輸入,對於東海黑潮海域CO2吸收通量減少及酸化加劇的影響,已得到證實; 對於全球西部邊界洋流亦有DIC持續供應的海洋暖化熱點,應有類似惡化的現象; 對於海洋污染管控排放,維護地球健康具有重要意義。 文章連結:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X22011535 海水增溫及總無機碳額外輸入,對於東海黑潮海水CO2增加及酸化加劇的影響。
磷是所有生物的生命必要元素,也是控制海洋生物生長的限制因子。在表層海水中,溶解無機磷濃度非常低,常為極度缺乏狀態,因此海中微生物為求生存便使用不同的生理生化反應方式利用表層水中大量的溶解有機磷。
因為位處在「特殊」的地理位置的關係,台灣容易受颱風和地震等極端事件的影響,這些極端事件容易引發海底山崩產生濁流,因此濁流岩在台灣東部外海的沈積物紀錄中多次地被發現,
海洋吸收熱量以及二氧化碳,占地球表面積超過7成,對於調節地球氣候影響重大,海洋深層環流的變化是全球暖化趨勢下地球系統變遷的重要過程。
由本所博士班學生許蓁,本所老師 張以杰副教授,及美國國家海洋漁業局(NOAA)太平洋島嶼漁業科學中心Nicholas D. Ducharme-Barth博士的國際合作團隊,發展利用漁業資料進行估計魚類豐度指標(fish abundance index)的研究方法。研究成果於2022年8月發表在Fisheries Research期刊。(https://doi.org/10.1016/j.fishres.2022.106440) 魚類豐度指標的時間變動對於資源評估及漁業管理是不可或缺的科學數據,由於研究船調查資料(survey data)通常不易取得,漁業資料(fishery-dependent data)則常用來進行魚類豐度指標的估計。然而,使用漁業資料(例如,單位努力漁獲量,CPUE)進行估計時,往往需要校正漁撈方法、漁船行為改變、船長經驗等對CPUE影響,即所謂CPUE標準化。此外,魚類密度在空間上不均勻的分布亦造成漁業資料有採樣誤差。因此,探討漁業資料空間異值性(spatial heterogeneity)對於魚類豐度指標估計之影響是漁業研究上一門重要的課題。 該團隊利用台灣秋刀魚漁業資料,透過統計方法廣義線性混合模型(Generalized Linear Mixed Models,GLMMs)探討五種空間處理方法(圖一):目視法(Ad hoc)、二元遞迴分法(Binary)、空間集群分析法(Spatial clustering;考慮兩種密度權重),及向量自迴歸時空模型(Vector Autoregressive Spatio-Temporal,VAST)對於秋刀魚豐度估計結果之影響。此外,使用電腦模擬(computer simulation)在假設“真實”魚類豐度指標已知的情況下,探討兩種採樣情境下:隨機(random sampling)和優先(優先採樣於高豐度海域, preferential sampling)空間採樣(圖二),五種空間處理方法之優劣。 研究結果指出,秋刀魚的豐度受GLMM模型中所考慮的時空效應(spatio-temporal effect)之影響最大,這可能是漁撈活動或魚群分布隨著時間而在空間上改變所造成的。無論在實際漁業資料或電腦模擬研究中,VAST在統計上都優於其他方法,並且VAST所估計的豐度與已知的“真值”相比,誤差和偏差皆為所有方法中最小(圖三,黑色盒狀圖)。電腦模擬結果也指出當漁業資料來自優先採樣時,空間集群分析法(Spatial0.1,魚類密度權重高)會導致估計的豐度產生明顯的誤差及偏差(圖三右邊橘色盒狀圖)。但是另一個空間集群分析法(Spatial1,魚類密度權重低),其所估計豐度結果的準確性和VAST不相上下(圖三右邊綠色盒狀圖)。本研究建議未來估計魚類豐度研究,在VAST無法使用時,Spatial1是一個可接受的替代方法。 此外,該研究發展一個診斷分析工具探討GLMM模型中各項效應對於校正前後魚類豐度指標的年間變動影響(influence analysis),並公開該方法原始程式碼於GitHub 平台供其他學者使用。雖然該項研究是以秋刀魚為例,但研究方法可廣泛適用於其他漁業。 因此,可以被作為進行魚類估計豐度的標準工具。 延伸閱讀:Hsu, J., Chang, Y. J., and Ducharme-Barth, N. D. (2022). Evaluation of the influence of spatial treatments on catch-per-unit-effort standardization: A fishery [...]
浮游性有孔蟲是一種浮游動物,它的碳酸鈣殼體廣泛地應用在重建過去海洋與氣候的變化。在做此項重建工作時,主要的假設之一是無論水文如何變化,這些生物都會棲息在固定的水深。為了驗證這個假設,海洋研究所博士後研究員Raul Tapia博士與賀詩琳助理教授與來自海洋研究所生漁組及德國的科學家共同組成了一個研究團隊。此研究沿著印尼外海多個站位利用浮游網在0-500公尺水深採集了大量有孔蟲樣本。數據結果顯示,一些常被用於重建的浮游性有孔蟲物種,例如Trilobatus trilobus和Globigerinoides ruber,在湧升流與非湧升流區域有著不同棲息深度,他們的棲息深度會因為有沿岸湧升流而變深。此項發現意味著古海洋紀錄所呈現出來的結果,可能不僅是反映過去海洋的變化,也同時反映棲息深度的變化。 此研究最近刊登於EGU 的 Biogeosciences期刊 。 Link: https://bg.copernicus.org/articles/19/3185/2022/bg-19-3185-2022.html
台大海洋研究所的博士候選人林玉婷,以及他的指導老師單偉彌副教授於2022年7月16日將他們的研究發表在國際期刊《 Journal of Biogeography 》。
由師大生科系陳仲吉教授、本所謝志豪教授領軍的跨校生地化研究團隊,自2012年9月以來長期與本所詹森教授主持的黑潮探測整合計畫同步採樣。
許哲源 在每年南半球的春天至夏天交界點(10月-2月),會有一種深對流天氣系統名為Madden-Julian Oscillation (MJO),以40-60天的周期由西向東穿越印度洋
張俊偉、謝志豪 由臺大國家理論科學研究中心張俊偉博士與海洋所謝志豪教授所領導的國際研究團隊,透過非線性時間序列分析解析了全球19個長期觀測的水域生態系統
由臺大海洋所張以杰、許蓁、賴伯凱及合作夥伴所組成的漁業研究團隊,利用長時間的海洋環境及漁業資料,以系集預測方法探討氣候變遷對鮪魚棲地及漁業的影響
何珮綺、王珮玲 水文交互作用和生物活動控制了東中國海大陸棚透光帶的顆粒態有機物之碳氮同位素分佈。藉由在2008年到2018年間收集的透光帶顆粒態有機物之碳氮同位素組成和碳氮比值
蕭菀謙 林玉婷 林卉婷 單偉彌 台大海研所單偉彌副教授及其碩士生蕭菀謙,與海研所博士生林玉婷和海研所助理教授林卉婷所組成的研究團隊於北台灣進行的研究中,發現了在小尺度範圍
測量飛克等級人造鈾核種236U之豐度比值 236U/238U analysis of femtogram 236U by MC-ICPMS 海洋環流的研究除了衛星、海流儀等物理性量測方法外,利用海水中的“示蹤劑”也是方法之一
本研究為ES&T Water期刊Vol. 1 no.6的當期附加封面(supplementary cover)。封面敘述(Cover story)為: Aquatic scientists now can have a convenient way to measure nitrate in waters especially when nitrite/nitrate coexist.
許鶴瀚 海洋所許鶴瀚老師帶領之研究團隊,利用新整編的水深資料以及地層與震測剖面展示了臺灣造山帶東緣的花東海盆及鄰近的次海盆(弧東海盆)的地形特徵、海底峽谷系統及層序地層架構(圖1)。
張峰勲、謝志豪 臺大海洋所博士後研究員張峰勲與謝志豪教授,提出了一套新穎的分析架構來解釋海洋中微生物中捕食者與其獵物生物多樣性的正相關。這套分析方法成功運用在東海之微生物生態系統中
洪堡德涼流系統(祕魯涼流系統)位於智利沿海一帶,是世界上最具生物生產力的東部邊界湧升流區。此地擁有豐富的營養鹽,促成較高的海洋生物生產力並成為食物鏈的基礎,造就世界上產量最多的漁業之一。
呂宋海峽黑潮入侵的時空變異對於北南海的溫鹽及動量收支扮演重要角色,前人對於聖嬰現象造成呂宋海峽黑潮變異的研究大部分是探討北太平洋大尺度風場變異直接對黑潮的影響。
大氣與海洋的偶合過程能夠透過邊界層交換動量及熱能,連陸地上傳輸出的沙塵暴皆能與海洋共舞! 最近由本所曾于恒教授與美國加州大學戴維斯分校陳淑華教授合作帶領的國際團隊利用高解析度的海氣偶合模式探討沙塵傳輸至大西洋上方後所引起的海氣交互作用與上層海洋變化的動力過程。結果顯示沙塵可以降低海表向下的輻射通量20-30 Wm-2,在沙塵壟罩區域伴隨的大氣低氣壓異常及反氣旋環流的風應力旋度能使海洋混合層深度變淺且造成海表高度的下降。海溫也隨著沙塵在空間上的分佈有明顯的不同變化,特別是移動到大西洋上的撒哈拉沙塵會使西非海岸海表溫度下降,然而熱帶大西洋的西側則是增溫。這些海溫變異來自於不同的動力機制(圖一)。相異於海表溫度在空間上不均勻的變異,熱通量在沙塵底下皆有降低的現象,相關研究發表在美國地球物理聯盟系列期刊Journal of Geophysical Research-atmophsere。(撰稿:郭怡君、曾于恒,2021/03/20)。 圖一 沙塵所引起海表溫度變化的相關動力機制示意圖。淺藍(粉紅)區塊表示沙塵所引起的海表降溫(增溫)。
本所 張以杰老師所指導的博士班學生 許蓁與共同作者 謝志豪教授等人,以台灣為首在北太平洋漁業委員會註一(North Pacific Fisheries Commission, NPFC)建立國際研究團隊
張俊偉、謝志豪 由臺大海洋所謝志豪教授與國家理論科學研究中心張俊偉博士所帶領的國際團隊發現,長期暖化如何藉由削弱與生物多樣性交互關聯的因果網絡 (causal network)來影響水域生態系的穩定性
臺大海洋研究所賀詩琳助理教授共同率領國際團隊,包括海洋地質學家(PlioVAR; https://pliovar.github.io/index.html)和古氣候學者
王慧瑜、沈聖峰、陳穎萱、江勻楷、Mikko Heino 確保海洋魚類族群的永續與穩定為維護海洋生態與社會經濟、糧食安全的重要的一步。在印度、太平洋有多個海洋暖化的熱點