花蓮外海發現巨大內波

 
 

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在人們的直覺裡,深海的流動應該非常緩慢,因此深層海水的水質也應該是穩定的。然而,近來許多新發現逐漸扭轉了這個印象。2015年Nature刊登了一篇文章(Alford et al., 2015),報導臺美數十位科學家們十年的觀測與模式推衍,確認了呂宋海峽與南海北部的密度層化海水中,存在驚人的內波現象,水下的等密面起伏(相當於波浪的波高)可達150公尺,也就是比臺北羅斯福路臺電大樓更高的垂直高差。

至於花蓮外海有無內波? 過去沒有任何文獻報導。花蓮東方有黑潮經過,水質清澈,是國內發展深層海水產業的重鎮,設有多支深層取水管。2014年臺大海研所接受經濟部委託,監測深層海水的水質,發現從662公尺深汲取的深層海水中,營養鹽濃度不時的變化,甚至有一個小時濃度改變30%以上的紀錄。當時研判有可能是內波造成的,但缺乏直接證據。為了進一步證明此論點,臺大海研所規畫了一個聯合同步觀測計畫,參與人員分成海、陸兩組,陸組在三個不同水廠的進水口連續採水觀測50小時。海組則在海研一號(ORI-1123航次),停泊在花蓮港四公里外,進行連續24小時的水文與流場觀測。同時也在船上採水分析。經過兩天50人次以上的接力輪班,終於勾勒出花蓮外海深層水團多維空間的活動記錄。

花蓮是環臺灣海域表面潮汐最弱的地區,平日潮汐高度僅0.5-1公尺之間。水下到300公尺間的等密面起伏變化也不大,但令人吃驚的是,在300公尺以下,水層有明顯的半日潮周期運動,垂直振幅可超過100公尺(見附圖),相當於三十層樓高。更奇特的是,這種規律的振盪,一直延伸到1000公尺的海底都沒有絲毫減弱。比過去在呂宋海峽或南海發現的內波更深。由地形來分析,花蓮內波不像是由呂宋海峽傳遞過來的,反而應與琉球島弧的海底海脊有關。這種現象在花蓮近岸首次被發現,其規模之大,實舉世罕見。

此研究係由本校海研一號研究船執行,參與單位有中研院、石材暨資源產業研究發展中心、台灣深層海水資源應用學會,台肥、光隆、東潤三家公司的技術人員也從旁協助。是一次成功的產官學研合作,也是第一次將海洋物理、海洋化學與海水產業從三個不同觀點將理論與實務緊密結合。掌握海水水團變化機制,對產業的品質控管具有實質的意義。研究成果則刊登在國際著名海洋學期刊Journal of Oceanography, 見Pai et al. (2017, JO, doi: 10.1007/s10872-017-0427-z),論文PDF下載:https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs10872-017-0427-z.pdf.

(撰稿:白書禎、楊穎堅)

 

圖一 海研一號在花蓮外海所測得的溫度、鹽度、密度垂直分佈24小時變化圖。圖中鋸齒狀的條紋代表海況儀19次重複施放之軌跡。